煤氣化反應的過(guò)程與影響因素分析

科技信息O科教前沿OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2011年第27期煤氣化反應的過(guò)程與影響因素分析高素萍寧夏回族自治區煤田地質(zhì)局寧夏銀川750011)【摘要】大型煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效特化的核心技術(shù),經(jīng)濟、穗定的煤氣化技術(shù)對煤化工項目的成敗至關(guān)重要。目前,我國每年的煤炭消費量超過(guò)20億噸,但只有很少的一部分(少于5%)用于氣化,大部分煤炭用于燃燒和煉焦,帶來(lái)了嚴重的環(huán)境問(wèn)題,增加氣化用煤的比例不僅是化學(xué)及其相關(guān)工業(yè)的要求,也是解決環(huán)境問(wèn)題的重要途徑,從氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢看,大規模的煤氣化技術(shù)是主要發(fā)展趨勢,【關(guān)鍵詞】質(zhì)分析;煤氣化反應;清潔能源;節能減排;氣化度;熱穩定性;非均相反應0引言進(jìn)行反應煤氣化指以煤或煤焦為原料,以氧氣(空氣、富氧或純氧)水蒸氣(5)吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體內孔表面脫附;或氫氣作氣化劑在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應將煤或煤焦中的可燃部(6)產(chǎn)物分子通過(guò)固體的內部孔道擴散出來(lái)(內擴散);(7)產(chǎn)物分子由顆粒表面擴散到氣相中(外擴散);分轉化為氣體燃料的過(guò)程。所得的可燃氣體即為煤氣其有效成分包由此可見(jiàn),在總的反應過(guò)程中包括了擴散過(guò)程(1)、(2)、(6)(7)括:COH2、CH,煤氣經(jīng)進(jìn)一步的凈化改質(zhì)可以作為合成氣合成化工和化學(xué)過(guò)程(3)、(4)、(5)。擴散過(guò)程分外擴散和內擴散化學(xué)過(guò)程包括產(chǎn)品。吸附、表面反應和脫附。上述各步驟的阻力不同反應過(guò)程的總速率將1煤氣化基本原理取決于阻力最大的步驟即速率最慢的步驟該步驟稱(chēng)為速率控制步1.1干燥驟。當總反應受化學(xué)反應速率控制時(shí)稱(chēng)為“化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制”,當總反應受擴散過(guò)程的速率控制時(shí)稱(chēng)為“擴散控制”。氣化反應的動(dòng)力區與擴原料煤進(jìn)入氣化爐后隨著(zhù)溫度的逐漸升高煤中水分會(huì )受熱蒸散區是反應過(guò)程的兩個(gè)極端情況,在實(shí)際情況下,總的過(guò)程是在中間發(fā)使燃料得到干燥,其速率主要受人爐原料煤粒度氣化操作溫度及區或者鄰近某個(gè)極端區進(jìn)行。當反應在動(dòng)力區進(jìn)行時(shí)為了強化氣化原料與氣化劑的接觸方式等因素影響過(guò)程,就必須提高氣化溫度熱隨著(zhù)溫度的進(jìn)一步的升高煤料會(huì )發(fā)生熱分解反應生成一定量3煤氣化過(guò)程的影響因素的揮發(fā)性物質(zhì)(包括干餾煤氣、焦油及熱解水等)。煤熱解過(guò)程中的化由于煤本身是一種復雜的混合物,所以影響其氣化的因素很多學(xué)反應非常復雜包括煤中有機質(zhì)的裂解裂解產(chǎn)物中輕質(zhì)部分的揮主要包括原料煤的性質(zhì)煤中礦物質(zhì)壓力及溫度。在選擇煤氣化工藝發(fā)裂解殘留物的縮聚揮發(fā)產(chǎn)物在逸出過(guò)程中的分解及化合縮聚產(chǎn)時(shí),首先考慮氣化所用原料煤的性質(zhì)不同的氣化工藝對原料煤的要物的進(jìn)一步分解以及再縮聚等過(guò)程。同時(shí)煤料中不能揮發(fā)的部分形求也有所不同根據所用原料煤的性質(zhì)選用合適的氣化工藝。若原料成半焦。熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)分的量與原料煤的煤階、媒料的升溫煤的性質(zhì)不適合所選擇的氣化工藝,則將導致氣化爐生產(chǎn)指標的下速率以及原料在氣化爐內的運動(dòng)方式等因素有關(guān)13部分燃燒降。氣化用煤的性質(zhì)主要包括反應活性粘結性、結渣性熱穩定性、機煤料中的部分碳與氣化劑中的氧發(fā)生燃燒反應放出熱量為氣化械強度粒度組成以及煤的水分灰分和硫分等。過(guò)程供熱保證氣化反應能夠在較高的氣化爐操作溫度下快速連續進(jìn)煤的反應活性是指在一定的條件下煤與不同氣化介質(zhì)(如CO2行O2、HO及H2等)相互作用的反應能力。煤的反應活性又稱(chēng)反應性,它14氣化和煤的氣化與燃燒密切相關(guān),反應性強的煤在氣化和燃燒過(guò)程中反應煤熱解后形成的半焦在更高的溫度下與通人氣化爐的氣化劑發(fā)速率快效率高反應性的強弱直接影響煤氣化的有關(guān)技術(shù)指標生化學(xué)反應,生成以C0H2CH、CO2及HS等為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)煤中礦物質(zhì)在氣化和燃燒過(guò)程中由于灰分的軟化熔融而轉變成爐渣的能力稱(chēng)為煤的結渣性。對于固定床氣化爐,大塊的爐渣將會(huì )破物即粗煤氣。影響反應的主要因素有原料煤的性質(zhì)氣化溫度、氣化壞床內均勻的透氣性嚴重時(shí)爐算不能順利排渣;此外由于爐渣會(huì )包壓力、氣化劑種類(lèi)、煤料與氣化劑的接觸方式以及氣化爐的結構等。裹未氣化完全的原料煤,使氣化爐排出的渣含碳量高。對于流化床來(lái)2煤氣化反應的過(guò)程說(shuō),即使少量的結渣,也會(huì )破壞爐內正常的流化狀況,但對于氣流床氣煤氣化反應是煤與氣化劑之間的反應,即氣固相之間的非均相行化煤灰熔融性溫度高于氣化溫度會(huì )造成排渣困難影響氣化爐正常運反應同時(shí)也有氣體反應物之間的均相反應。在反應器中煤料首先進(jìn)行脫揮發(fā)分和熱分解得到固體殘留物半焦。熱分解后的半焦與氣化即在高溫作用下保持原來(lái)粒度的性質(zhì)。熱穩定性好的煤在氣化過(guò)程劑間的氣固相反應反應可以分為兩類(lèi)即表面反應和容積反應。表中能以原來(lái)的粒度燒盡或氣化完全而不碎成小塊而熱穩定性差的煤面反應發(fā)生在固體外表面,為氣體反應物剛擴散到固體表面時(shí)在固體遇熱后則迅速碎裂成小塊或粉末。外表面發(fā)生反應而容積反應主要在內表面進(jìn)行。通常當溫度較高時(shí)煤的機械強度關(guān)系到煤的輸送和氣化時(shí)能否保持其應有的粒度容易發(fā)生表面反應如氧化反應燃燒反應;而容積反應主要是反應速組成,以保證氣化過(guò)程均勻的進(jìn)行減少帶出物量率較慢情況下的反應煤料的水分、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應中反應氣體很難滲透到固體顆粒的內部反應只在為了維持正常氣化過(guò)程,以獲得較好的氣化效率外表面進(jìn)行但隨著(zhù)反應的進(jìn)行反應表面不斷向固體內部移動(dòng)并在已反應過(guò)的地方產(chǎn)生灰層。未反應的核隨時(shí)間不斷收縮反應局限于升溫速率制焦溫度等。工藝條件也是影響煤氣化過(guò)程的重要因素包括氣化溫度壓力、未反應核的表面。在容積反應中反應氣體擴散到顆粒的內部并分散溫度是影響煤氣化反應性的最重要因素之一,利用等溫熱重法的滲透到整個(gè)固體,反應的灰層在顆粒的孔腔壁表面逐漸積累起來(lái),使研究表明,煤焦的碳轉化率隨反應時(shí)間增加而增大隨氣化溫度的提反應區逐漸收縮。對于氣-固相氣化反應,其總的氣化歷程通常必須經(jīng)過(guò)以下步驟:高煤焦轉化率增加,氣化速率增大。壓力也是氣(1)反應氣體由氣相擴散到固體碳表面(外擴散)用,力學(xué)平衡上分析增加壓力有利于甲中國煤化工化反應。(2)反應氣體通過(guò)顆粒內部的孔道進(jìn)入小孔的內表面(內擴散)升溫速率對(3)反應氣體分子吸附在固體碳內孔的表面形成中間絡(luò )合物;相同的溫度下停CNMH(速率越大煤焦在更高溫度,所以相同(4》)吸附的中間絡(luò )合物之間、吸附的中間絡(luò )合物與氣相分子之間反應溫度時(shí)煤焦氣化轉化率越低。(下轉第51頁(yè)科技信息O科教前沿OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2011年第27期集的表面肌電信號從右下臀皮膚表面上采集。受測者將右手手心朝上由于去噪過(guò)程中固定軟閾值門(mén)限值為1.237。所以高頻分量進(jìn)行放在桌上,每隔一定的時(shí)間,重復做用力握拳再慢慢釋放的動(dòng)作,總計系數篩選后就去除了小波系數1,237以上的部分篩選后的高頻分20次。將采集到的表面肌電信號保存為mat格式,方便下一步用量的小波系數如圖4所示MATLAB軟件進(jìn)行分析處理最后經(jīng)過(guò)對最底層的低頻系數和第一層高頻系數進(jìn)行一維小波在分析肌電信號的頻率特點(diǎn)以后,通過(guò)多次試驗最后選用在時(shí)重構就得到了去噪后的表面肌電信號。將去噪前后的表面肌電信號域上具有有限支撐的 Daubechies3小波作為母小波進(jìn)行肌電信號降噪在Mahb中,應用 Matlab的強大的作圖功能作圖在同一張圖中進(jìn)行處理對比,如圖5所示將去除了工頻干擾的表面肌電信號用Malb小波工具箱中的Signal Extension從中間截取連續的3600個(gè)數據進(jìn)行處理再選擇小波工具箱中的一維離散平穩小波分析(消澡)( SWT DenoIsing1-D)圖形接口方式進(jìn)行小波去噪。首先把信號加載進(jìn)去根據表面肌電信號的采樣頻率,我們采用 Daubechies3對表面肌電信號進(jìn)行1層完全分解。小波分解后獲得1個(gè)細節小波系數d層系數)和個(gè)近似系數(最底層低頻系數)。因為肌電信號的頻率集中分布在1000Hx以下,而主要能量分布在0-500Hx。所以,我們應對高頻部分d1層進(jìn)行小波去噪,去除高頻分量中的噪聲而保留高頻分量中的有用部分這就需要我們的去噪方法應選用閾值去噪。我們這里選用固定軟閾值進(jìn)行小波去噪圖5信號去噪前后對比3結論本文利用多尺度小波分析的方法,更加適合用于處理肌電信號這一類(lèi)的突變信號,在此基礎上獨創(chuàng )性地采用在每一尺度下進(jìn)行不同軟閾值的小波閾值去噪,實(shí)現了對不同頻段的噪聲使用不同的閾值處圖3第一層高頻分量小波系數理取得了非常良好的實(shí)驗效果。再以小波變換的多分辨率分析為基礎,應用 MATLAB中的小波工具箱,對表面肌電信號進(jìn)行固定軟閾值( Fixed form soft thresholding)去噪。實(shí)驗結果表明這種閾值形式在軟門(mén)限閾值處理能夠得到直觀(guān)意義上很好的去噪效果抑制了肌電信號中的無(wú)用部分恢復肌電信號中有用部分,為下一步更好地進(jìn)行肌電信號特征提取等肌電信號研究工作打下基礎圖4去噪后的第一層高頻分量小波系數[責任編輯常鵬飛]上接第37頁(yè))4結束語(yǔ)參考文獻】化技術(shù)的選擇與現在國外新開(kāi)發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化的工藝,其優(yōu)點(diǎn)是:提(2)王志華選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研大氮肥200942562高氣化強度增加單爐產(chǎn)量、節約壓縮能耗、減少帶出物損失。氣流床加壓氣化由于采用了高溫、高壓、純氧、減小煤粒度等措施,因而達到作者簡(jiǎn)介:高素萍(1964),女,漢族,北京人,191年畢業(yè)于常州煤田地質(zhì)加快氣一固兩相表觀(guān)動(dòng)力學(xué)反應速度進(jìn)而強化氣化生產(chǎn)、顯著(zhù)改善氣職工學(xué)校煤質(zhì)化驗專(zhuān)業(yè)助理工程師現主要從事煤質(zhì)化驗方面的工作?；夹g(shù)經(jīng)濟指標的目的[責任編輯江廣霞]上接第41頁(yè))滲碳體)的組織分布均勻,晶粒度細小(見(jiàn)圖1-A-2、圖便是其臨界冷卻速度。1-B-2得到的各項力學(xué)性能值特別是0℃沖擊值較好(如圖2-A-2、32工廠(chǎng)在實(shí)際生產(chǎn)中在溫度酷熱空氣流動(dòng)性差的夏季以及壁厚圖2-B-2),其沖擊吸收功分別為125和158;正火中冷卻速度在≤大于40mm以上的工件在正火后應采用適宜的風(fēng)冷措施或被買(mǎi)方允300℃/h時(shí)得到的組織分布不很均勻,晶粒較為粗大(見(jiàn)圖1-A-1、圖許的其他等同的冷卻措施如噴霧冷卻來(lái)保證其沖擊力學(xué)性能1-B-1),力學(xué)性能值中沖擊值較差(如圖2-A-1、圖2-B-1),其沖擊吸3.3工廠(chǎng)在生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中可結合自身的設備人員等進(jìn)行不斷的總收功分別為38和29J。在以上不同的正火冷卻速度控制下各個(gè)試樣結分析逐步收窄適用的正火冷卻速度的范圍進(jìn)一步的提高生產(chǎn)效的抗拉強度和屈服強度值變化不大(如圖3所示率和管道質(zhì)量22正火冷卻速度與組織力學(xué)性能關(guān)系的討論正火過(guò)程中發(fā)生著(zhù)的固態(tài)相變,是一個(gè)在母相中新相形核與長(cháng)大【參考文獻】的過(guò)程以本鋼材為例母相就是奧氏體新相就是珠光體(鐵素體與[1崔忠圻金屬學(xué)及熱處理]2版北京機械工業(yè)出版社200滲碳體的混合物)。對應相同的正火溫度正火冷卻速度快相變過(guò)冷[2)郭玉林金屬材料力學(xué)性能M鄭州河南科學(xué)技術(shù)出版社201度大珠光體形核率高,晶粒長(cháng)大的時(shí)間少原子擴散能力降低晶粒[3中國機械工程學(xué)會(huì )熱處理手冊北京機械工業(yè)出版社20864長(cháng)大幅度小,所以得到的珠光體晶粒多,晶粒細小且分布均勻韌性好,[4上海市機械制造工藝研究所金相分析技術(shù)M上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版沖擊值較為優(yōu)越。反之,得到的珠光體晶粒少,晶粒較為粗大韌性差,社9870沖擊值較低不能滿(mǎn)足ASME材料規范的驗收要求。[5I英j維斯D中國煤化工北京中國科學(xué)技術(shù)出版社19903結論[6]American SocietYHCNMH Go831影響 ASME SA335P11鋼在正火后0℃沖擊性能的關(guān)鍵要素之一[責任編輯:江廣霞]