煤的催化气化技术研究进展

煤的催化气化等人认为不同金属化合物对煤气化反应具有不同的催化作用机理。通常认为,芳香碳氢化合物很难与氧离子或者氢氧离子进行反应,碱金属盐的存在可能会通过与碳技术研究进展原子部分成键而使煤焦表面碳骨架电荷发生迁移,改变了煤焦表面碳原子的电子云分布,削弱∫碳一碳键的结合强度,增强了马涛吕彦力周丹郑州轻工业学院机电工程学院450002碳一氧键的结合力,使煤焦表面具有更强反应活性点,使气化反应更易于进行。钙和铁化合物的催化作用,更多的学者则趋向于认为钙和铁直接参与了反应,而不像碱气化反应有较高的催化活性。朱廷钰用氧金属盐那样通过改变焦样表面的能量分布概述了化剂的引入对煤气化的影响,指出化铁作催化剂,也取得了很好的实验效果。起到催化作用,它们的催化作用可以用氧催化气化研究的关键是新型催化剂、催化机「 Yeboah等对熔融盐催化剂进行了大录研化和还原循环反应来表述。谢克昌等认为理和催化反应动力季的研究对于催化的究研究结果显示格融盐催化剂的催化活石灰石的催化机理在于CB分布于煤焦表研究,强调了工业废城,石灰石和生物廣手性明显高于单组分催化剂具体为三元熔面后增加了煤焦表面的活性位,形成活性廉价催化剂的应用前景,分析了三元嫁林盐融盐催化剂的催化话性高于二元催化剂的中间体,具体过程:(1)CaQ细粒均布在煤催化剂的催化活性。在催化机理和气化催化活性,二元的催化活性高于单组分的焦表面2)汽(化剂H1O与煤焦表面及CaO的呀究上,重点介绍了金属催化剂中特催化活性,笔者认为其原因是三元熔融盐表面撞3)H在GaO表面吸附时,论和正随机孔模型,并了日味元混合物催比剂为固志,三元催比剂更容因而使表面有两个电子态不的一Q日(4关健词γ易扩散于反应体系,且活性点更多,因此,相邻OH压缩脱附HO并提供个03煤气化;僱化;催化剂;动力学模型其催化活性更好。(5)在产生CaO·O这样的不稳定活性中间上述催化剂虽然表现出很好的催化活体后按照氧传递机理进行反应,即性,但都比较昂贵,且其回收和再利用比较CaOO+C→CaO+C|O](1)麻烦。近来不少学者积极进行更廉价,甚至C|O]→CO(2)1催化剂的研究可弃催化剂的研究。福州大学的洪诗捷等氧转移理论还认为,金属催化剂可能煤气化反应的基本原理表明,媒催化用工业疫液碱进行福建无烟媒水蒸气催化形成金氧化物中间体,该中间体作为氧Q和(C=H等体系的反应速率适于催化化活性,谢克吕和hk等场报道了用固相转移到气相,例如,W提出KC0汽化温度,提高气化反应速率,定向调节产品组成,而且要考虑可能带来的环境污染得的生物灰(主要含钾盐)作催化剂也取K2CO3+2C→2K+3C(3)以及生产成本的增加,并且保证其在气化得了很好的效果。Zhu等将煤和麦秆通过2K+2nC→2CK(4)操作条件下不腐蚀设备,保持催化活性高温热解制的煤焦进行硏究,发现在750℃2C K+2H, O-2nC+2KOH+H, (5)将碱金属,碱土金属和Fe、N,co等时制的煤焦有更好的反应活性。生物质作2KOH+CO→K2CO+H2()过渡金展作为煤催化气化催剂的主要来为未来廉价媒气化催化剂的来源,具有良催化C-CO,反应机理为:源,研究者们已达成共识Yeah等研究好的应用前景凌开成等研究了高灰煤在CO2中的催酸盐类和碳酸盐类)及其金属氢氧化物较化气化认为高灰媒中所含的灰分对媒的2CnK+CO2→(2 C KOCO→(2nC强酸性盐类(如金属氮化物和硫酸盐)具有O+Co (9)更好的催化活性,并对常见单组分碱性金堞适合于用作气化用煤,而且高灰煤中添(2nC)K2O+CO2→(2nC)K2CO,→属盐催化剂的催化活性进行了排序:加适当的催化剂后,其气化活性可以得到2nC+Kc0Li cO>Cs CO>CsNO, KNO, K, CO,进一步的提高。他们将化肥厂炉渣用于平煤催化气化中金属催化剂的催化机理,KSo,>Naco,>CaSo,张泽凯庞克朔气媒,发现共具有与NaCO相似的催化公认的一点是,在煤催化气化过程中气化亮和张济宇等都通过实验进一步验证了碱活性,还将硫铁矿用于西曲焦煤中,发现其|反应速率与反应界面处的活性部位数和活金属的催化活性,过渡金属方面, Ohtsuka具有比KC还要显著的催化活性,因此,性表面积成正比,催化剂的引人,有效地增等证实镶催化剂在较低温下对媒的气化也凌开成等人认为它们在一定范围内是一种加了反应表面的话性部位教和活性表而积有特别高的催化活性N催化剂用于褐煤水比较好的可弃型高灰媒气化催化剂从而明显提高了气化反应速率。许多学者蒸气气化,在较低温度下(50℃左右)表2催化机理的研究认为,活性表面积的增加是催化剂在固体现出非常高的催化活性,在加压流化床气作为一种降低汽化温度,反应物表面侵蚀开槽作用(包括闭孔的打化炉中可直接生成CH,利用氨浸提法可率,控制煤气成分的有效气中国煤化工蛸)的结果回收98%的N。但N作催化剂代价太高,炭催化气化,从1867年英国H力学的研究且在800K-900K时很容易因硫中毒而失至今,国内曾就不同优质煤CNMH只化反应实质是一种多相催活,使用上受到了很大限制。 Huttinger的进行了广泛的研究,其中对保研究表明,单质铁对煤加氢气化和水蒸气的研究取得了许多重要结果和进展。赵新下转第19页≯22民用建筑供热特点上对二者加以控制。热源的总负荷可以考|述模型都是根据煤试样在反应过程中的结民用建筑的供热特性与公共建筑在本虑以算术迭加的方式进行初定。假设一个构变化提出的,虽然在一定条件和场合下质上是相似的,只是民用建筑的负荷变化区域内公共建筑和民用建筑的计算总热负与实验结果吻合较好,但均不能从根本上更为复杂,与时间、气温条件都有很大关荷之比为11时,根据图2和图3所示的热体现催化作用机理,使用条件也受到一定系。但公共建筑的供热模型也可以当作是源负荷示意,总热负荷在此状态下应该为限制。最近,张泽凯,徐秀峰等尝试利民用建筑的供热模型,其主要特点也是在如图4所示用暂态技术建立能够定量描述煤气化动力使用期间处在舒适温度,非使用时间处在2=g+Q2学的模型。张泽凯等采用阶跃扰动技术较低的温度。其中:2m“Q+Q从微观反应动力学出发,进行了金属复合3变负荷供热系统热源控制策略催化剂对煤气化的暂态动力学研究,成功考虑到公共建筑和民用建筑的热负荷可见,由于公共建筑与民用建筑的热获取了反应过程机理、反应速率常数和反的不同步性,分三种情况考虑热源的控制负荷高峰低潮期是相互交错的,所以总热应控制步骤等较详细的反应历程信息。王策略:只有公共建筑只有民用建筑两种负荷经迭加后可在长时间内保持恒定,热黎等通过引入催化作用因子,探讨了孔结建筑都有源能在较长时间内稳定的运行,而仅在一构变化和催化效应的叠加结果对催化气化3.1单一公共建筑的热源控制策略天的两个时间段内进行短时间的负荷增加反应速率的影响,建立了适用于煤焦催化首先考虑只有公共建筑的情况,对这即可。要使整个系统在这个供热总负荷值气化的修正随机孔模型,较好地体现了煤种情况的控制相对另外两种情况来说要简状态下能进行正常的供热,须在不同的时焦催化气化的动力学规律。但这些模型的单一些。由于燃煤锅炉不宜经常改变燃烧间段内对民用建筑和公共建筑分别采取不适用性仍需进一步验证状况稳定负荷运行的效率是最高的。所以同的流量控制,以实现总供热量在不同时4结束语锅炉负荷改变的时间段越少,每段稳定运间段内对于不同性质的建筑的热量分配对于目前煤的催化气化研究现状,我行的时间越长,方案就越合理。根据公共建由图4可见,总供热量在大部分的时间们应在以下几各方面做深入研究筑分时供热的理论,锅炉负荷可以按照图2内低于连续运行时的总供热量,而只在短(1)进一步研究开发高效、低成本、低进行调节控制时间内大于连续运行的供热量,其节能性污染、无腐蚀新型催化剂(2)研开究开发利用如图2所示在大多数的时间内锅炉是显而易见的,且在此种情况下,再用速筑煤中自身矿物质作煤气化催化剂,或将煤媒是在稳定工况下运行的,且每次稳定运行物内部温度作为供热控制的参数,还可提与某些富含金属离子的生物质或工业排放的时间较长,因此对锅炉的热效率没有影高供热质量,避免出现局部总是过热、不热物和废弃物共气化新工艺(3)深入研究常响,此时只需对每天的最小总热负荷和工的现象用碱(土)金属,如Na,CO3,K,CO3,作总热负荷采用某种合理的计算方式,依结语CaCO3,CaO以及过渡金属如铁系催化剂照得出的负荷值进行供热,那么在非使用时间段内的低负荷运行就能够很好地节约按需供热、计量收费”必将是我国供的催化作用机理及其气化反应动力学,为热能。热事业的发展趋势。目前实行的分户供热媒催化气化工业设计提供理论依据,(4研民用建筑的总供热负荷变化与公共建旨都是按需供热,由于公共筑与民用建物氮氧化物的影响(5)进一步研究催化剂3.2单一民用建筑的热源控制策略筑在使用时间上几乎是完全错开的,其热失活和丢失的原因及其防止办法;(6)考察筑不同,高仇荷出现在晚上的时间段,此负荷的高峰值也是错开的,利用公共建筑气《化前低温预氧优处理后气化反应性的时,由于室外气温比白天降低,且居民大都与民用建筑的热负荷高峰值不同步的特因此,热负荷大大提高;而白天的时间段以间歇供热的规律为前提,在锅炉连续稳的影响进=步研究复合催化剂对气化由于室外气温较夜间高,且多数住户白天定的状态下,实现变负荷供热系统控制策性能的影响;(9)加快煤催化气化的工业化不在家中,可将温控阀设定值调低,则白天略。进程。的热负荷是低热负荷。其总热负荷的变化参考文献情况大致可由图3表示。从图3中可以看出,与只有公共建筑的山冠群,刘北川,余宝法供热系统自动控()周宏仓金保升,仲兆平等值化作用下流化床中煤部分气化的试验研究同动力两个时间段按不同的负荷值运行,在白天制中热源的控制策哈明区域供热.20.5程.2061:69-702的建筑物负荷低的时间段内,采用低负荷2]张美元,李建华计重供热对建筑节能[2]张泽凯,王黎,刘业奎,等,氯化钾运行在大部分用户要回家的时候锅炉运的影响时山西建筑200.5催化气化煤的等温动力学研究J,西安交行其最大负荷值,使之能适应用户尽快提作者简介3通大学学报:203.379:4-95燕飞,男,1975年出生,大学本科,工[]庞克亮,向文国梁财等,在碱金禹催化升房间温度的需要,之后在夜间的高负荷程师,毕业于安徽工业大学.研究方向为作用下煤焦与C2的气化反应动力工证室内为舒适温度,由图可以看出在大多建筑节能,能工程和能源动力等,程.2006,26(1):141~14[4]张济宇,林驹,黄文沂福建无烟粉数的时间内,锅炉也是在稳定工况下运行煤催化气化J.燃杵化学学报,199,.27(3)的,且每次稳定运行的时间较长,因此,对238-245锅炉的热效率没有影响。土接第17页5徐秀峰,顾永达,陈诵英煤焦气化反应33公用建筑与民用建筑共存的热源中国煤化工应机理的研究进展同煤控制策略化反应,由于反应体系复杂当一个区域内,公共建筑与民用建筑|简化为气固多相催化反应48~53,都存在时,除了在热源负荷需要同时考虑化动力学研究结果的基础CNMHG张丽煤焦催化气化的修者的负荷需求之外,还应该在热网运行的宏观动力学模型有界面反应模型,区域正随机孔模型研究.西安交通大学学报反应模型,微粒模型、孔隙模型等。上200,4:319-323.