煤气化反应的过程与影响因素分析

科技信息O科教前沿OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2011年第27期煤气化反应的过程与影响因素分析高素萍宁夏回族自治区煤田地质局宁夏银川750011)【摘要】大型煤气化技术是煤炭清洁高效特化的核心技术,经济、穗定的煤气化技术对煤化工项目的成败至关重要。目前,我国每年的煤炭消费量超过20亿吨,但只有很少的一部分(少于5%)用于气化,大部分煤炭用于燃烧和炼焦,带来了严重的环境问题,增加气化用煤的比例不仅是化学及其相关工业的要求,也是解决环境问题的重要途径,从气化技术的发展趋势看,大规模的煤气化技术是主要发展趋势,【关鍵词】质分析;煤气化反应;清洁能源;节能减排;气化度;热稳定性;非均相反应0引言进行反应煤气化指以煤或煤焦为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)水蒸气(5)吸附态的产物从固体内孔表面脱附;或氢气作气化剂在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部(6)产物分子通过固体的内部孔道扩散出来(内扩散);(7)产物分子由颗粒表面扩散到气相中(外扩散);分转化为气体燃料的过程。所得的可燃气体即为煤气其有效成分包由此可见,在总的反应过程中包括了扩散过程(1)、(2)、(6)(7)括:COH2、CH,煤气经进一步的净化改质可以作为合成气合成化工和化学过程(3)、(4)、(5)。扩散过程分外扩散和内扩散化学过程包括产品。吸附、表面反应和脱附。上述各步骤的阻力不同反应过程的总速率将1煤气化基本原理取决于阻力最大的步骤即速率最慢的步骤该步骤称为速率控制步1.1干燥骤。当总反应受化学反应速率控制时称为“化学动力学控制”,当总反应受扩散过程的速率控制时称为“扩散控制”。气化反应的动力区与扩原料煤进入气化炉后随着温度的逐渐升高煤中水分会受热蒸散区是反应过程的两个极端情况,在实际情况下,总的过程是在中间发使燃料得到干燥,其速率主要受人炉原料煤粒度气化操作温度及区或者邻近某个极端区进行。当反应在动力区进行时为了强化气化原料与气化剂的接触方式等因素影响过程,就必须提高气化温度热随着温度的进一步的升高煤料会发生热分解反应生成一定量3煤气化过程的影响因素的挥发性物质(包括干馏煤气、焦油及热解水等)。煤热解过程中的化由于煤本身是一种复杂的混合物,所以影响其气化的因素很多学反应非常复杂包括煤中有机质的裂解裂解产物中轻质部分的挥主要包括原料煤的性质煤中矿物质压力及温度。在选择煤气化工艺发裂解残留物的缩聚挥发产物在逸出过程中的分解及化合缩聚产时,首先考虑气化所用原料煤的性质不同的气化工艺对原料煤的要物的进一步分解以及再缩聚等过程。同时煤料中不能挥发的部分形求也有所不同根据所用原料煤的性质选用合适的气化工艺。若原料成半焦。热解过程中产生的挥发分的量与原料煤的煤阶、媒料的升温煤的性质不适合所选择的气化工艺,则将导致气化炉生产指标的下速率以及原料在气化炉内的运动方式等因素有关13部分燃烧降。气化用煤的性质主要包括反应活性粘结性、结渣性热稳定性、机煤料中的部分碳与气化剂中的氧发生燃烧反应放出热量为气化械强度粒度组成以及煤的水分灰分和硫分等。过程供热保证气化反应能够在较高的气化炉操作温度下快速连续进煤的反应活性是指在一定的条件下煤与不同气化介质(如CO2行O2、HO及H2等)相互作用的反应能力。煤的反应活性又称反应性,它14气化和煤的气化与燃烧密切相关,反应性强的煤在气化和燃烧过程中反应煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通人气化炉的气化剂发速率快效率高反应性的强弱直接影响煤气化的有关技术指标生化学反应,生成以C0H2CH、CO2及HS等为主要成分的气态产煤中矿物质在气化和燃烧过程中由于灰分的软化熔融而转变成炉渣的能力称为煤的结渣性。对于固定床气化炉,大块的炉渣将会破物即粗煤气。影响反应的主要因素有原料煤的性质气化温度、气化坏床内均匀的透气性严重时炉算不能顺利排渣;此外由于炉渣会包压力、气化剂种类、煤料与气化剂的接触方式以及气化炉的结构等。裹未气化完全的原料煤,使气化炉排出的渣含碳量高。对于流化床来2煤气化反应的过程说,即使少量的结渣,也会破坏炉内正常的流化状况,但对于气流床气煤气化反应是煤与气化剂之间的反应,即气固相之间的非均相行化煤灰熔融性温度高于气化温度会造成排渣困难影响气化炉正常运反应同时也有气体反应物之间的均相反应。在反应器中煤料首先进行脱挥发分和热分解得到固体残留物半焦。热分解后的半焦与气化即在高温作用下保持原来粒度的性质。热稳定性好的煤在气化过程剂间的气固相反应反应可以分为两类即表面反应和容积反应。表中能以原来的粒度烧尽或气化完全而不碎成小块而热稳定性差的煤面反应发生在固体外表面,为气体反应物刚扩散到固体表面时在固体遇热后则迅速碎裂成小块或粉末。外表面发生反应而容积反应主要在内表面进行。通常当温度较高时煤的机械强度关系到煤的输送和气化时能否保持其应有的粒度容易发生表面反应如氧化反应燃烧反应;而容积反应主要是反应速组成,以保证气化过程均匀的进行减少带出物量率较慢情况下的反应煤料的水分、灰分和硫分控制,控制原料煤的水分和灰分主要是在表面反应中反应气体很难渗透到固体颗粒的内部反应只在为了维持正常气化过程,以获得较好的气化效率外表面进行但随着反应的进行反应表面不断向固体内部移动并在已反应过的地方产生灰层。未反应的核随时间不断收缩反应局限于升温速率制焦温度等。工艺条件也是影响煤气化过程的重要因素包括气化温度压力、未反应核的表面。在容积反应中反应气体扩散到颗粒的内部并分散温度是影响煤气化反应性的最重要因素之一,利用等温热重法的渗透到整个固体,反应的灰层在颗粒的孔腔壁表面逐渐积累起来,使研究表明,煤焦的碳转化率随反应时间增加而增大随气化温度的提反应区逐渐收缩。对于气-固相气化反应,其总的气化历程通常必须经过以下步骤:高煤焦转化率增加,气化速率增大。压力也是气(1)反应气体由气相扩散到固体碳表面(外扩散)用,力学平衡上分析增加压力有利于甲中国煤化工化反应。(2)反应气体通过颗粒内部的孔道进入小孔的内表面(内扩散)升温速率对(3)反应气体分子吸附在固体碳内孔的表面形成中间络合物;相同的温度下停CNMH(速率越大煤焦在更高温度,所以相同(4》)吸附的中间络合物之间、吸附的中间络合物与气相分子之间反应温度时煤焦气化转化率越低。(下转第51页科技信息O科教前沿OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2011年第27期集的表面肌电信号从右下臀皮肤表面上采集。受测者将右手手心朝上由于去噪过程中固定软阈值门限值为1.237。所以高频分量进行放在桌上,每隔一定的时间,重复做用力握拳再慢慢释放的动作,总计系数筛选后就去除了小波系数1,237以上的部分筛选后的高频分20次。将采集到的表面肌电信号保存为mat格式,方便下一步用量的小波系数如图4所示MATLAB软件进行分析处理最后经过对最底层的低频系数和第一层高频系数进行一维小波在分析肌电信号的频率特点以后,通过多次试验最后选用在时重构就得到了去噪后的表面肌电信号。将去噪前后的表面肌电信号域上具有有限支撑的 Daubechies3小波作为母小波进行肌电信号降噪在Mahb中,应用 Matlab的强大的作图功能作图在同一张图中进行处理对比,如图5所示将去除了工频干扰的表面肌电信号用Malb小波工具箱中的Signal Extension从中间截取连续的3600个数据进行处理再选择小波工具箱中的一维离散平稳小波分析(消澡)( SWT DenoIsing1-D)图形接口方式进行小波去噪。首先把信号加载进去根据表面肌电信号的采样频率,我们采用 Daubechies3对表面肌电信号进行1层完全分解。小波分解后获得1个细节小波系数d层系数)和个近似系数(最底层低频系数)。因为肌电信号的频率集中分布在1000Hx以下,而主要能量分布在0-500Hx。所以,我们应对高频部分d1层进行小波去噪,去除高频分量中的噪声而保留高频分量中的有用部分这就需要我们的去噪方法应选用阈值去噪。我们这里选用固定软阈值进行小波去噪图5信号去噪前后对比3结论本文利用多尺度小波分析的方法,更加适合用于处理肌电信号这一类的突变信号,在此基础上独创性地采用在每一尺度下进行不同软阈值的小波阈值去噪,实现了对不同频段的噪声使用不同的阈值处图3第一层高频分量小波系数理取得了非常良好的实验效果。再以小波变换的多分辨率分析为基础,应用 MATLAB中的小波工具箱,对表面肌电信号进行固定软阈值( Fixed form soft thresholding)去噪。实验结果表明这种阈值形式在软门限阈值处理能够得到直观意义上很好的去噪效果抑制了肌电信号中的无用部分恢复肌电信号中有用部分,为下一步更好地进行肌电信号特征提取等肌电信号研究工作打下基础图4去噪后的第一层高频分量小波系数[责任编辑常鹏飞]上接第37页)4结束语参考文献】化技术的选择与现在国外新开发的气化炉都采用加压气化的工艺,其优点是:提(2)王志华选择先进适用的煤气化技术研大氮肥200942562高气化强度增加单炉产量、节约压缩能耗、减少带出物损失。气流床加压气化由于采用了高温、高压、纯氧、减小煤粒度等措施,因而达到作者简介:高素萍(1964),女,汉族,北京人,191年毕业于常州煤田地质加快气一固两相表观动力学反应速度进而强化气化生产、显著改善气职工学校煤质化验专业助理工程师现主要从事煤质化验方面的工作。化技术经济指标的目的[责任编辑江广霞]上接第41页)渗碳体)的组织分布均匀,晶粒度细小(见图1-A-2、图便是其临界冷却速度。1-B-2得到的各项力学性能值特别是0℃冲击值较好(如图2-A-2、32工厂在实际生产中在温度酷热空气流动性差的夏季以及壁厚图2-B-2),其冲击吸收功分别为125和158;正火中冷却速度在≤大于40mm以上的工件在正火后应采用适宜的风冷措施或被买方允300℃/h时得到的组织分布不很均匀,晶粒较为粗大(见图1-A-1、图许的其他等同的冷却措施如喷雾冷却来保证其冲击力学性能1-B-1),力学性能值中冲击值较差(如图2-A-1、图2-B-1),其冲击吸3.3工厂在生产实际过程中可结合自身的设备人员等进行不断的总收功分别为38和29J。在以上不同的正火冷却速度控制下各个试样结分析逐步收窄适用的正火冷却速度的范围进一步的提高生产效的抗拉强度和屈服强度值变化不大(如图3所示率和管道质量22正火冷却速度与组织力学性能关系的讨论正火过程中发生着的固态相变,是一个在母相中新相形核与长大【参考文献】的过程以本钢材为例母相就是奥氏体新相就是珠光体(铁素体与[1崔忠圻金属学及热处理]2版北京机械工业出版社200渗碳体的混合物)。对应相同的正火温度正火冷却速度快相变过冷[2)郭玉林金属材料力学性能M郑州河南科学技术出版社201度大珠光体形核率高,晶粒长大的时间少原子扩散能力降低晶粒[3中国机械工程学会热处理手册北京机械工业出版社20864长大幅度小,所以得到的珠光体晶粒多,晶粒细小且分布均匀韧性好,[4上海市机械制造工艺研究所金相分析技术M上海:上海科学技术文献出版冲击值较为优越。反之,得到的珠光体晶粒少,晶粒较为粗大韧性差,社9870冲击值较低不能满足ASME材料规范的验收要求。[5I英j维斯D中国煤化工北京中国科学技术出版社19903结论[6]American SocietYHCNMH Go831影响 ASME SA335P11钢在正火后0℃冲击性能的关键要素之一[责任编辑:江广霞]