气流床气化炉飞灰/CO_2高温气化反应性

2012年第5期广东化工第39卷总第229期www.gdchem.com气流床气化炉飞灰CO2高温气化反应性顾菁1,陈作真1,李德飞1,吴诗勇2,吴幼青2,高晋生2(1.肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司,广东肇庆52600042.华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237)摘要采用程序升温热重法研究了飞灰CO2高温气化反应性。结果表明:随着升温速率的增加,不同飞灰炭气化反应性的变化程度有所不同;SCFA的气化反应性高于HLFA和NCFA脱灰后飞灰炭的反应性变差:飞灰炭的气化反应性优于高温煤焦关键词]气流床:飞灰;高温气化;反应性中图分类号TQ文献标识码]A文章编号]1007-1865(2012)05-007702Study on the CO2 Gasification Reactivity of Fly Ash from Entrained-Flow GasifierGu Jing, Chen Zuozhen, Li Defei, Wu Shiyong, Wu Youqing, Gao Jinsher(1. Zhaoqing Shunxin Coal Chemical Industry Technology Co, Ltd, Zhaoqing 5260002. School of Resource and Environmental Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract: The CO2 gasification characteristics of three fly ash samples were performed by a temperature-programmed thermo-gravimetry. The results showedthat heating rate had obvious effects on CO gasification reactivity, that the reactivity of SCFA higher than that of HLFA and NCFA. In general, the gasificationreactivity of fly ash carbon was better than of the coal chars, and the reactivity of demineralized fly ash carbon was worseKeywords: entrained-flow: fly ash: high temperature gasification: reactivity目前,关于煤焦高温反应性的研究,国内外已有不少报道5,本实验的3种飞灰分别来自山东华鲁恒升化工股份有限公司但对气化炉飞灰反应性的研究较少。气流床气化炉飞灰的理化性的多喷嘴气化炉(HLFA)、南京化学工业有限公司的德士古气化炉质与高温煤焦有很大的区别,因此,对气流床气化炉飞灰进行(NCFA)和上海焦化厂的德士古气化炉(SCFA),3个气化炉的具体高温反应性研究具有重要意义。本实验利用程序升温热重法,在反应温度150-1400℃范围内,研究了不同飞灰炭CO2高温气化简称为 DHLFA、 DNCFA和 DSCFA。反应性另外本实验选用来自同一地区的神华煤为原料,在常压、热1实验部分解温度1400℃条件下,制备快速热解焦(SHRP1400,作为对比。1实验原料及样品制备四种实验原料的工业分析与元素分析见表2表1实验样品HLFA Shenhua caol Multi-nozzle gasifier, Shandong Hualu Hengsheng Group Co, Ltd Operating Pressure/MPa Condition Temperauter/CSampleRaw coalGasifier1350NCFA Shenhua caolTexaco, Nanjing Chemical Industral Co, LtdSCFA Shenhua caolTexaco, Shanghai Coking Chemicals Company表2飞灰的工业分析与元素分析X和气化反应速率dXdtTab 2 Proximate analysis and ultimate analysis of fly ash△WProximate analysis (wt%, d) Ultimate analysis(wt%. d)XWo-w(t)WI-M -V-A)(1)HLFA746844920.8323.8100380.26dx dwNCFA623160131.6830.210.460.460.22V。-A。)SCFA53.539.55369246.730.740.240.29式中:△W一样品参加汽化反应失去的质量,mg:dwdtDHLFA349911.53534847.2100.750.51样品气化反应失重速率, mg/minDNCFA0.5415.8683.6079.591.211.220.58W0时刻热天平的读数,mg;w(t)t时刻热天平的读数W-样品初始质量DSCFA18.2216.8164.9777471230.390.48Ma样品水分含量,%Va样品挥发分含量,%;Ax样SHRP140011.323.07856187050.510.38008品灰分含量,%。A: ash: V: volatile matter: FC: fixed carbon本实验采用反应性指数Rs来表征飞灰炭的反应性12CO2气化反应性测试R实验仪器: TG-DTA/DSC热分析仪,法国 SETARAM公司。式中ts为碳转化率达到50%时所需的时间。粒度200日以下,程序升温反应的升温速率分别为5Km1,152实验结果与讨论Kmin和20Kmin,计算机自动采集反应过程的失重曲线(TG)和21升温速率对飞灰炭CO2高温气化反应性的影响失重速率曲线(DTG),并利用(1)式与(2)式分别计算气化碳转化率II中国煤化工CNMHG[收稿日期]2011-1-30[基金项目]国家重点基础研究规划项日(2004CB217704)[作者简介】顾菁(1982-),女,江苏江阴人,工程师,主要研究方向为煤化工广东化工2012年第5期www.gdchem.com第39卷总第229期1000HIFASOFA时间mnGasification Temperature, C(m℃min;·l5℃min;▲30c/min)(as℃min;·l5℃/min;▲30℃/min)(u5℃/min;·l5℃/min;▲30℃/min图1HLFA的碳转化率随反应时间的变化图2HLFA的反应速率随反应温度的变化图3升温速率对飞灰碳Tas的影响Fig. I Carbon conversion versus gasification time Fig. 2 Reaction rate versus gasification temperature Fig 3 The effects of heating rate on Tos of samples四NFA1100BLFADHLFA□DNFAHINCFA440cating Rate℃min30Hting Rate, Cminlating Rate, C/min图4飞灰碳脱灰前后Tas的比较Fig 4 Comparsion between Tos of fly ash carbon before demineralization and that after时,HLFA的碳转化率随反应时间和反应速率随温度的变化情况。反应性主要受与碳氧基团结合的Ca的催化作用控制从图中可以看出,升温速率越大,飞灰完全反应所需时间越短灰中矿物质脱除使气化反应性的减少大于飞灰比表面积在升温过程中,其反应速率随反应温度增加而增大,达到一个最化反应性的增加,总的结果表现为脱灰后飞灰炭的反应性降低大值后,开始减小;反应速率的最大值随升温速率的增大而增大24飞灰炭CO2高温气化反应性与高温煤焦的比较这规律与煤焦气化反应相同,但也存在着差别。随着升温速率的将飞灰炭的气化反应性与高温煤焦进行了比较。本实验在增大,不同飞灰炭气化反应性的变化程度有所不同℃/min、15℃/min和30℃min升温速率下所得SHRP1400的To图3是5℃/min、15℃/min和30℃min升温速率下不同飞分别为931℃、992℃和1036℃,都大于飞灰炭的Tos。由此可灰炭的Tas从图中可以看出:随着升温速率的增大,飞灰炭的知,飞灰炭的气化反应性比高温煤焦大。这与飞灰和高温煤焦的Tos也随之增大,但不同的飞灰炭Tos的提高程度也有所不同。当性质有关,如:飞灰的孔隙结构比高温煤焦发达,且飞灰的碳晶升温速率由5℃/min增加到l5℃/min时,HLFA、NCFA和SCFA结构有序化程度比高温煤焦差。因此,飞灰炭的气化反应性比勺Tos由893℃、879℃和871℃增加到937℃、937℃和918℃,高温煤焦高。这说明,在工业上,飞灰可以重新回收利用,以提的分别增加了4891%、65.55%和53.25%,NCFA的增加幅度最大高气流床气化炉的碳转化率。即反应性变得更差。当升温速率继续增加时,Tas分别为972℃971℃和955℃,增加率约为35%。3结论22不同飞灰炭/CO2高温气化反应性比较(1)在反应温度150-1400℃范围内,对不同飞灰炭CO2高温应性强弱顺序为FA下A、CA:但当开温速幸5℃m炭气化反应性的变化程度有所不同:5A的气化反应性高子时,顺序为 HLFA-NCFA