第12卷第1期 2012年2月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
粉煤气化条件下不同粒径半焦的表征与气化动力学
孙德财1，张聚伟，赵义军”，刘云义"，余剑"，许光文1
(1.中国科学院过程工股研究所多相复杂国家重点实费室，北京100190;
2.沈阳化工大学化学工程学院，辽宁沈阳110142：3.哈尔滨上业大李能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001）
Vol.12 No.1 Feb.2012
要：利用可模拟真实粉煤气化条件的平流火焰反应器制取了同一煤种的2种不同平均粒轻的半焦，并对其进行了摘
物理表征和气化反应动力学研究，其物理表征显示，小颗拉半焦的平均比表面积远小于大颗粒半焦。半焦的CO，气化实验表明，含很多小孔的大颗粒半焦的气化反应受内扩散影响显著，比表面积较小的小颗粒半焦具有更高的气化反应速率，利用随机孔模型导出了反应速率R，根据小颗粒半焦在不同温度下平衡态时的反应速率R值获得半焦气化的
本征气化反应速率表达式为R,=1.243x10’exp(19243.5/T)g/(mmin) 关键词：粉煤气化：半焦：粒径：比表面积：反应动力学；反应机理中图分类号：TQ53
文章编号：1009-606X(2012)01006807
文献标识码：A
前言
煤颗粒的燃烧和气化属气固异相多相反应，而煤颗
粒和煤热解产生的半焦颗粒的孔隙结构和粒度对异相反应有重要影响.关于粉煤及其煤焦颗粒粒度和孔隙结构对煤的燃烧和气化动力学国内外已有大量研究-6] 煤颗粒在真实的燃烧或气化条件下热解，由于尺寸不均或热破碎现象17.8，导致即使是相同条件下所制半焦的颗粒尺寸和比表面积等物理结构也存在较人差异，必然会导致不同粒径半焦的燃烧或气化反应动力学存在很大差异。姜秀民等[3.4]发现粉煤粒度对其物理结构(比表面积和孔容)和燃烧特性有很大影响：薛水强等进行了粒度影响煤颗粒燃烧和热解的化学热力学和动力学理论计算，发现煤颗粒粒度降低会导致其燃烧和热解反应的表观活化能和速率常数增大。然而，以往的研究都是针对原煤粒径的影响，而未对热解产生的半焦粒径的影响进行研究，本工作对不同粒径半焦的物理结构和气化反应动力学进行研究，另外，针对煤或半焦的气化反应动力学的研究[4.9表明，半焦的制取条件(主要包括气氧、颗粒加热速率及加热终温等)对半焦的气化活性有重要影响。因此，本工作选择与实际粉煤气化条件相似的条件(高温还原性气)制取半焦，并对不同拉径半焦进行物理表征，对半焦与CO的气化反应动力学进行研究，为建立实际条件下的粉煤气化模型提供基础理论数据。
2
实验
2.1实验材料
实验用煤为新疆长焰煤，其工业分析与元素分析见收楼日期：2011-11-07，修回日期：2011~1212
基金项目：国家青年科学基金资助项月(编号：21006110)
表1.
表1煤样的工业分析和元素分析
Table1
Proximate and ultimate analysis of the coal sample
(%, a, dry basis)
Proximatc analysis
Volatile
Ash
Fixed carbon
32.91
4.64
2.2实验设备
62.45
C 69.69
Ultimate analysis
H 697
N 0.82
o 21.24
半焦制备在图1所示的平流火焰反应器(FlatFlame Reactor,FFR)中进行.FFR实验系统主要由配气系统、给粉系统、平流火焰燃烧器、取样系统及冷却系统等几部分组成。为了模拟实际气化反应炉炉膜中的高温烟气环
Inner burner gas
to
Outer bumer
8
Exhaustgas
Cooling oil in Cooling oil out
Quenching gas (Nz)
A
1. Reaction tube 6. Gas analyzer
2. Sampling probe 7, Gas cooling
5
6
3.Cyclene
4. Filter
8. Flat flame burmer
图1平流火焰反应器示意图
5. Drying bottle 9, Coal feeder
Fig.1 Schematic diagram of flat flame reactor (FFR)
作署简介：外德财(1986-)，男，吉林客林市人，硕土研究生，化学工程与技术专业，E-mail:sundecai052@163.com：张案伟，通讯联系人，
Tel: 010-824544905, E-mail: jwzhang@home.ipe.ac.cn. 万方数据