论文部分内容阅读
煤在直接液化过程中会产生大量液化残渣,残渣的清洁转化利用可提高煤炭资源的利用效率。本文以神华煤液化残渣为原料,采用TG-FTIR联用技术,考察了催化剂种类、催化剂添加量、温度及升温速率等因素对残渣在CO2气氛下热转化特性的影响。同时,采用均相反应模型对残渣催化气化动力学进行拟合计算。研究结果如下：1)液化残渣热转化过程包括两个阶段：低温热解阶段和高温气化阶段。在280℃-620℃的温度范围内发生热解,当温度为510℃时,热解速率最大,为0.256%/℃。在650℃左右,残渣开始气化,初始气化速率较为缓慢,880℃之后,气化速率明显加快,进入恒温段1 min时,气化速率迅速增加到最大,达到4.72%/min。残渣热解阶段的转化率为32.4%,气化阶段的转化率为66.2%,气化反应指数为0.016 min-1。2)研究催化剂种类、催化剂添加量、温度及升温速率对残渣热转化特性的影响,结果表明：碱金属(K2CO3、Na2CO3、K2SO4)和碱土金属(CaO)催化剂在残渣热解阶段表现为抑制作用,而在气化阶段表现为明显的促进作用,其催化活性大小依次为：K2CO3> Na2CO3>CaO> K2SO4。铁系催化剂(FeSO4)在整个热转化过程中均表现出微弱的抑制作用。考察Na2CO3、K2CO3添加量对残渣热转化特性的影响时发现,随着催化剂添加量的增加,催化剂对热解阶段的抑制作用逐渐增强,而对气化阶段的促进作用整体呈先增强后减弱的趋势。当Na2CO3、K2CO3添加量分别为10%、15%时,残渣气化反应活性最高,气化反应指数分别为0.072 min-1、0.082 min-1。温度对残渣热解阶段几乎没有影响,而对气化阶段的影响较为显著。温度升高,残渣气化反应指数迅速增大,反应活性明显增强。升温速率对残渣热解阶段的影响相对明显,随着升温速率的加快,残渣热解反应速率明显提高,当升温速率为50℃/min时,热解速率最快,转化率最高。3)研究残渣热转化过程中CH4、芳香烃、脂肪烃及CO逸出规律的结果表明：CH4、芳香烃和脂肪烃化合物均在热解阶段生成,其逸出规律呈单峰形式。在530℃之前,吸收强度随温度的升高逐渐增强,之后开始减弱。CO在整个热转化过程中均有生成,其逸出规律呈双峰形式,第一个吸收峰出现在415℃-605℃的热解温度范围内,第二个吸收峰出现在675℃-900℃的气化温度范围内。碱金属、碱土金属催化剂对热解阶段四种气体产物的逸出均有抑制作用,而对气化阶段CO的逸出有明显的促进作用。当Na2CO3、K2CO3添加量分别为10%、15%时,4种气体产物的吸收强度均达到最大。4)选用均相反应模型对残渣催化气化动力学进行拟合,求得残渣在恒温段气化反应的活化能为198.90 kJ/mol。