PDF《氢气压力对煤加氢反应影响的热重 - 气相色谱实验研究》

736 for the HLE coal. Key words: hydropyrolysis;

hydrogasification;

pressure;

thermogravimetric analysis 摇摇近年来,中国天然气消费量逐年增加,但是中国 天然气储量有限,产能不足,大量天然气需要依赖进 口. 天然气的供需矛盾,引起了人们对于以煤这种 储量大、价格便宜的化石能源为基础制取替代天然 气技术的关注. 煤的加氢气化以煤和氢气为原料, 在高温高压的条件下反应,其产物中甲烷浓度高,减 少了进一步提升甲烷浓度的工作量;

煤加氢气化反 应过程的能源利用效率较高, 其热效率接近80% [1] ;

而且在生产天然气的过程中只排放较少的 CO2 ,因此,煤加氢气化是一种比较理想的煤制天然 气技术. 煤的加氢气化包括煤在氢气气氛下的热分解和 煤焦与氢气的气化反应两个过程. 研究表明,氢气 气氛下煤受热分解产生的挥发分自由基和分子碎片 与氢 结合被稳定化, 从而更容易从颗粒内部逃逸[2,3] ,与惰性气氛相比,气体和焦油的产率提高 第43 卷第8期2015 年8月燃摇 料摇 化摇 学摇 学摇 报Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol.

43 No.

8 Aug.

2015 了,特别是 CH4 的产率提高了[4] . 另外,煤脱挥发 分后形成的半焦具有较高的活性,使煤焦加氢气化 经历一个初始反应速率较高的阶段[5,6] ,而且煤焦 加氢气化反应速率随着煤焦活性的降低而逐渐减 小. 氢气压力是影响煤加氢气化过程的重要因素, 研究者们做了大量的研究工作[4,7 ~ 9] . 陈皓侃等[7] 固定床实验结果表明,提高氢气压力使挥发分总产 率和焦油产率增加. 李保庆[4] 固定床实验结果表 明,随着氢气压力的升高,气体产率和 CH4 、C2 H6 产 率增加,而焦油产率在

3 MPa 附近达到最大值. Xu 等[8] 沉降炉实验结果表明,随着氢气压力的提高, 气体和 CH4 产率增加,焦油产率减少. Guell 等[9] 高 加热速率丝网反应器的实验结果表明,挥发分总产 率在

1 MPa 左右达到最小值,而焦油产率随氢气压 力的升高而减小. 由于煤加氢气化过程中传质过 程,加氢反应和焦油裂解反应耦合在一起,而不同研 究者采用的反应器、停留时间、升温速率等实验条件 不同,因此,其得到氢气压力对挥发分和焦油产率影 响的结论并不完全一致. 由以上可以看出,现有的研究主要集中在氢气 压力对反应结束后总产率和产物分布特性的影响 上. 对于不同氢气压力下煤加氢反应过程及气体产 物析出过程的变化,相关的研究报道较少. 研究在 加压热重分析仪-气相色谱仪联用( PTGA鄄GC) 实 验台上,通过测量煤粉的失重过程和气体产物中主 要气体的浓度,考察了氢气压力对两种煤加氢反应 过程和气体产物生成过程的影响. 在此基础上,分 析了两种煤加氢反应产率的差别,并计算了焦炭加 氢气化均相反应模型的动力学参数. 1摇 实验部分 实验研究对象为府谷高挥发分烟煤(FG) 和海 拉尔褐煤(HLE),其工业分析和元素分析见表 1. 将筛分至

150 滋m 以下的煤粉颗粒置于

105 益 干燥 箱中干燥约

2 h,作为实验的样品. 表 1摇 煤的工业分析和元素分析 Table 1摇Ultimate and proximate analyses of coal Proximate analysis wd / % V FC A Ultimate analysis wdaf / % C H N S O* Vdaf w/ % H/ C (atomic ratio) FG 32.

49 61.

43 6.

09 79.

56 4.

83 1.

21 0.

63 13.

77 34.

59 0.

729 HLE 36.