【摘要】：本文研究加壓條件下煤顆�？焖倜摀]發(fā)分成焦特性,包括煤焦的孔結(jié)構(gòu)和氣化反應(yīng)活性。研究方法包含實(shí)驗(yàn)制焦和煤焦測試,用氣泡模型模擬孔結(jié)構(gòu)形成,以及計(jì)算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。主要結(jié)論是:煤種組成的復(fù)雜性,以及制焦加熱速率、終溫、壓力等外部因素,通過影響脫揮發(fā)分過程的氣泡擴(kuò)散、聚并和逃逸行為,從而影響成焦的孔徑分布;進(jìn)而影響實(shí)際氣化反應(yīng)中處于動(dòng)力學(xué)控制區(qū)的孔表面積占比,進(jìn)而影響煤焦表觀反應(yīng)活性。利用清華大學(xué)設(shè)計(jì)搭建的加壓沉降爐制焦系統(tǒng),在終溫1000-1400℃、表壓0.0-1.7 MPa下制備陜北柳溝煙煤的煤焦樣品,并使用常規(guī)儀器對焦樣進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)及氣化反應(yīng)性的測試分析。測試結(jié)果表明,對典型的膠粘性煤——柳溝煙煤:制焦壓力升高對煤焦孔結(jié)構(gòu)的影響是:孔分布數(shù)量減少,尺寸增大;比表面積降低;孔隙率升高;膨脹率先增大后緩慢減小;失重率減小,真密度減小;H/C增大。壓力升高對氣化反應(yīng)活性的影響是:表觀反應(yīng)性與本征反應(yīng)性均升高,原因是壓力升高時(shí)比表面積下降對反應(yīng)活性的抑制弱于H/C增大對反應(yīng)活性的促進(jìn)。制焦終溫升高對煤焦孔結(jié)構(gòu)的影響是:孔分布數(shù)量增多,尺寸減小;比表面積升高;孔隙率略微升高;膨脹率略微增大;失重率增大,真密度增大;H/C減小。終溫升高對氣化反應(yīng)活性的影響是:表觀反應(yīng)性與本征反應(yīng)性均降低,原因是終溫升高時(shí)比表面積增大對反應(yīng)活性的促進(jìn)弱于H/C降低對反應(yīng)活性的抑制。本文改進(jìn)了文獻(xiàn)的煤熱解成焦孔結(jié)構(gòu)生成模型,分析了壓力和溫度對氣泡擴(kuò)散、聚并以及逃逸三種過程的影響。通過模型計(jì)算表明,壓力增大通過增強(qiáng)擴(kuò)散和聚并作用而導(dǎo)致大孔增多、小孔減少;溫度升高通過抑制擴(kuò)散和聚并作用導(dǎo)致大孔減小、小孔增多。本文的模型計(jì)算預(yù)測與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符,可以解釋壓力、溫度對孔結(jié)構(gòu)生成的作用機(jī)制。本文利用熱重分析結(jié)果推算本征反應(yīng)速率,利用Thiele模數(shù)表征反應(yīng)/擴(kuò)散相對強(qiáng)弱。通過煤焦氣化反應(yīng)計(jì)算表明,在較低溫度下的熱重測試(900℃),所有孔徑段都處于動(dòng)力學(xué)控制區(qū)。計(jì)算發(fā)現(xiàn),在實(shí)際氣化反應(yīng)中,總壓升高后,不同孔徑段的孔會(huì)在不同溫度下進(jìn)入動(dòng)力學(xué)-擴(kuò)散過渡區(qū);針對微孔段的計(jì)算可以反映擴(kuò)散對表觀反應(yīng)產(chǎn)生影響的起始溫度;表觀反應(yīng)要考慮影響本征反應(yīng)的活性位分布密度、孔結(jié)構(gòu)總表面積及在擴(kuò)散影響下提供的有效占比三個(gè)關(guān)鍵因素,由此提出分段計(jì)算有效表面積,量化孔結(jié)構(gòu)對表觀反應(yīng)影響程度的方法。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ520.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2641950