氣流床氣化爐飛灰/CO_2高溫氣化反應性

2012年第5期廣東化工第39卷總第229期www.gdchem.com氣流床氣化爐飛灰CO2高溫氣化反應性顧菁1,陳作真1,李德飛1,吳詩(shī)勇2,吳幼青2,高晉生2(1.肇慶市順鑫煤化工科技有限公司,廣東肇慶52600042.華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,上海200237)摘要采用程序升溫熱重法研究了飛灰CO2高溫氣化反應性。結果表明:隨著(zhù)升溫速率的增加,不同飛灰炭氣化反應性的變化程度有所不同;SCFA的氣化反應性高于HLFA和NCFA脫灰后飛灰炭的反應性變差:飛灰炭的氣化反應性?xún)?yōu)于高溫煤焦關(guān)鍵詞]氣流床:飛灰;高溫氣化;反應性中圖分類(lèi)號TQ文獻標識碼]A文章編號]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,關(guān)于煤焦高溫反應性的研究,國內外已有不少報道5,本實(shí)驗的3種飛灰分別來(lái)自山東華魯恒升化工股份有限公司但對氣化爐飛灰反應性的研究較少。氣流床氣化爐飛灰的理化性的多噴嘴氣化爐(HLFA)、南京化學(xué)工業(yè)有限公司的德士古氣化爐質(zhì)與高溫煤焦有很大的區別,因此,對氣流床氣化爐飛灰進(jìn)行(NCFA)和上海焦化廠(chǎng)的德士古氣化爐(SCFA),3個(gè)氣化爐的具體高溫反應性研究具有重要意義。本實(shí)驗利用程序升溫熱重法,在反應溫度150-1400℃范圍內,研究了不同飛灰炭CO2高溫氣化簡(jiǎn)稱(chēng)為 DHLFA、 DNCFA和 DSCFA。反應性另外本實(shí)驗選用來(lái)自同一地區的神華煤為原料,在常壓、熱1實(shí)驗部分解溫度1400℃條件下,制備快速熱解焦(SHRP1400,作為對比。1實(shí)驗原料及樣品制備四種實(shí)驗原料的工業(yè)分析與元素分析見(jiàn)表2表1實(shí)驗樣品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飛灰的工業(yè)分析與元素分析X和氣化反應速率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一樣品參加汽化反應失去的質(zhì)量,mg:dwdtDHLFA349911.53534847.2100.750.51樣品氣化反應失重速率, mg/minDNCFA0.5415.8683.6079.591.211.220.58W0時(shí)刻熱天平的讀數,mg;w(t)t時(shí)刻熱天平的讀數W-樣品初始質(zhì)量DSCFA18.2216.8164.9777471230.390.48Ma樣品水分含量,%Va樣品揮發(fā)分含量,%;Ax樣SHRP140011.323.07856187050.510.38008品灰分含量,%。A: ash: V: volatile matter: FC: fixed carbon本實(shí)驗采用反應性指數Rs來(lái)表征飛灰炭的反應性12CO2氣化反應性測試R實(shí)驗儀器: TG-DTA/DSC熱分析儀,法國 SETARAM公司。式中ts為碳轉化率達到50%時(shí)所需的時(shí)間。粒度200日以下,程序升溫反應的升溫速率分別為5Km1,152實(shí)驗結果與討論Kmin和20Kmin,計算機自動(dòng)采集反應過(guò)程的失重曲線(xiàn)(TG)和21升溫速率對飛灰炭CO2高溫氣化反應性的影響失重速率曲線(xiàn)(DTG),并利用(1)式與(2)式分別計算氣化碳轉化率II中國煤化工CNMHG[收稿日期]2011-1-30[基金項目]國家重點(diǎn)基礎研究規劃項日(2004CB217704)[作者簡(jiǎn)介】顧菁(1982-),女,江蘇江陰人,工程師,主要研究方向為煤化工廣東化工2012年第5期www.gdchem.com第39卷總第229期1000HIFASOFA時(shí)間mnGasification Temperature, C(m℃min;·l5℃min;▲30c/min)(as℃min;·l5℃/min;▲30℃/min)(u5℃/min;·l5℃/min;▲30℃/min圖1HLFA的碳轉化率隨反應時(shí)間的變化圖2HLFA的反應速率隨反應溫度的變化圖3升溫速率對飛灰碳Tas的影響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圖4飛灰碳脫灰前后Tas的比較Fig 4 Comparsion between Tos of fly ash carbon before demineralization and that after時(shí),HLFA的碳轉化率隨反應時(shí)間和反應速率隨溫度的變化情況。反應性主要受與碳氧基團結合的Ca的催化作用控制從圖中可以看出,升溫速率越大,飛灰完全反應所需時(shí)間越短灰中礦物質(zhì)脫除使氣化反應性的減少大于飛灰比表面積在升溫過(guò)程中,其反應速率隨反應溫度增加而增大,達到一個(gè)最化反應性的增加,總的結果表現為脫灰后飛灰炭的反應性降低大值后,開(kāi)始減小;反應速率的最大值隨升溫速率的增大而增大24飛灰炭CO2高溫氣化反應性與高溫煤焦的比較這規律與煤焦氣化反應相同,但也存在著(zhù)差別。隨著(zhù)升溫速率的將飛灰炭的氣化反應性與高溫煤焦進(jìn)行了比較。本實(shí)驗在增大,不同飛灰炭氣化反應性的變化程度有所不同℃/min、15℃/min和30℃min升溫速率下所得SHRP1400的To圖3是5℃/min、15℃/min和30℃min升溫速率下不同飛分別為931℃、992℃和1036℃,都大于飛灰炭的Tos。由此可灰炭的Tas從圖中可以看出:隨著(zhù)升溫速率的增大,飛灰炭的知,飛灰炭的氣化反應性比高溫煤焦大。這與飛灰和高溫煤焦的Tos也隨之增大,但不同的飛灰炭Tos的提高程度也有所不同。當性質(zhì)有關(guān),如:飛灰的孔隙結構比高溫煤焦發(fā)達,且飛灰的碳晶升溫速率由5℃/min增加到l5℃/min時(shí),HLFA、NCFA和SCFA結構有序化程度比高溫煤焦差。因此,飛灰炭的氣化反應性比勺Tos由893℃、879℃和871℃增加到937℃、937℃和918℃,高溫煤焦高。這說(shuō)明,在工業(yè)上,飛灰可以重新回收利用,以提的分別增加了4891%、65.55%和53.25%,NCFA的增加幅度最大高氣流床氣化爐的碳轉化率。即反應性變得更差。當升溫速率繼續增加時(shí),Tas分別為972℃971℃和955℃,增加率約為35%。3結論22不同飛灰炭/CO2高溫氣化反應性比較(1)在反應溫度150-1400℃范圍內,對不同飛灰炭CO2高溫應性強弱順序為FA下A、CA:但當開(kāi)溫速幸5℃m炭氣化反應性的變化程度有所不同:5A的氣化反應性高子時(shí),順序為 HLFA-NCFA