双热源煤气化机理研究.pdf

第29卷 第3期 西 安 科 技 大 学 学 报 V0I．29 N0．3 2009年5月 JOURNALOFXIAN UNIVERSITYOFSCIENCEAN DTECHNOIDG May．2009 文章编号：1672—9315(2009)03—0352—06 双热源煤新型气化机理研究 田玉仙 ，王晓刚 ，张亚平 ，吴敏焕 ，王喜莲 ，强军锋 ，田欣伟 (1．西安科技大学 理学院，陕西 西安 71(1054；2．西安科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710054) 摘 要：以煤和石英砂为原料，在 自制双热源煤新型气化炉上实现了煤炭新型气化，测试了气化 产物，从气化原料的高温结构相变和气化反应过程热力学分析出发，研究了煤新型气化机理。结 果表明：双热源煤新型气化的产物除了富含CO的煤气外，还包括大量SiC副产品，其晶相以3C— SIC(77．99％)和 6H—SiC(19．28％)为主，煤 气 中可燃 气体 浓度为 86．9％ ～90．5％，产率 5．0m／h；气化炉 内不同温区，煤气产生原理不同，0～1400oC温区，煤气主要来源于原料干燥和 煤热解反应，1400～2600oC温区，煤气主要来源于多孔焦碳与 SiO2(f)’SiO2()及 中间产物 SiO() 的电热还原反应，同时伴生副产品SiC；各气化反应阶段所产煤气总量为该时刻所有温区所产煤 气总和。 关键词 ：煤炭气化；反应机理 ；多热源；气化炉；碳化硅 中图分类号：TQ53 文献标志码 ：A 中国是一个煤资源较为丰富的国家，煤的年产量在 10亿 t以上，在一次能源消费中占72％左右，其中 大部分是直接燃烧用于电力工业和运输行业，不仅能源利用率低下，而且会释放大量 SO，CO：，烟尘和 NO ，严重污染环境。以“煤气化为基础的多联产技术”，是实现煤炭洁净、高效开发与利用的途径…。然 而，我国煤气化比重较低，且整体气化技术比较落后。开发新的煤炭气化方法，尽快形成有 自主知识产权 的煤气化技术迫在眉睫。 课题组在多年从事煤炭洁净转化研究中，以煤、石英砂、电为基础资源，在 自行发明的双热源煤新型 气化炉上实现了煤的气化，并得到了四高SiC副产品 J。文中用双热源煤新型气化法将陕北低变质烟 煤变成了富含CO煤气，并结合原料的高温结构相变，从炉内气化反应过程热力学出发，研究了气化机理。 1 实 验 表 1 煤质分析 Tab．1 Technicalanalysisofbituminous ％ 实验采用 自行发明的双热源煤新型气化炉(图1)，炉膛体积740mm×560mm×1140mill，装料量约 300kg，双石墨矩形炉芯，尺寸为40mm×40mm ×60mm，供电功率30～35kW，集气装置为自制高分子 复合材料集气罩，送电前集气罩顶部距炉表580mm．实验原料有石英砂和陕北低变质烟煤。石英砂纯度 99％，粒度0～5mm，煤粒度0～4mm，煤质分析见表 1。按碳硅比0．67配料后，球磨混合 120min直接装 炉气化。煤气由排气管引出后直接烧掉。定时采集煤气，用 QF一1904奥氏气体分析器、玻璃转子流量计 ·收稿 日期：2008一lO一20 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 作者简介：田玉仙 (197o一)，女，重庆市人，副教授，博士生，主要从事矿物加工利用研究 第 3期 田玉仙等：双热源煤新型气化机理研究 353 分别对气体组分和气流量进行分析，用 “U型”压力计在线监 集气罩 i 测炉压，使之始终处于微正压状态，用 D／max一2400型x射 ／／— I热电网 线衍射仪测定副产品SiC晶相，用扫描电镜观察SiC的形貌。 r．-单 IlJ流量计{ 2 结果与分析