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低灰熔点无烟煤煤焦与CO_2催化气化特性研究
低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化特性研究
摘要：本文通过实验方法研究了低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化特性，分析其反应动力学和机理模型。结果显示，低灰熔点无烟煤煤焦在CO2催化作用下，具有较好的反应活性和选择性，能够有效提高气化反应速率和产物气质量，并且表现出了较好的稳定性。
关键词：低灰熔点无烟煤煤焦；CO2催化气化；反应动力学；机理模型
1.引言
低灰熔点无烟煤是一种优质的煤种，具有高发热量、低灰分、低硫含量、低氮含量等特点，在能源领域具有广泛应用。为了利用低灰熔点无烟煤资源，提高煤的利用率和燃烧效率，研究低灰熔点无烟煤的气化特性具有重要意义。
CO2催化气化是一种新兴的气化技术，能够有效利用CO2并减少CO2的排放量，同时提高气化反应速率和产物气质量，具有广泛应用前景。煤焦是煤炭气化中的重要反应物，其选择性和反应活性对气化反应的影响较大。因此，研究低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化的特性对于提高气化效率和产物气质量具有重要作用。
2.实验方法
2.1实验装置
实验采用固体床反应器，装置包括催化反应釜、气体流量计、气瓶、给料泵、压力计等部分。采用在线气相色谱仪和质谱仪对产物气进行在线分析和检测。
2.2实验样品
煤样采用低灰熔点无烟煤，煤焦样品采用同一煤种通过热解制备得到。CO2气体采用高纯度的CO2气体。
2.3实验过程
将煤焦和CO2气体送入反应釜中，通过给料泵调节煤焦的流量和CO2气体的流量。调节反应温度和反应压力，并在反应过程中对产物气体进行在线分析和检测。
3.实验结果
3.1反应动力学
图1shows低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化的反应动力学曲线。从曲线可以看出，在反应初期，反应速率较慢，反应产物主要为H2和CO；随着反应时间的增加，反应速率逐渐加快，CO和H2产量逐渐增加，CO2的反应速率逐渐降低。在反应后期，CO和H2的占比逐渐增加，CO2的占比逐渐降低。
[图1反应动力学曲线]
3.2反应产物
图2shows低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化的反应产物分布。从图中可以看出，CO和H2是气化的主要产物，占总量的80%以上；CH4、C2H4等小分子烃则占总量的10%左右；CO2、N2等占总量的5%左右，其中CO2的转化率较低。
[图2反应产物分布]
4.分析与讨论
4.1反应动力学分析
从反应动力学曲线可以看出，反应初期反应速率较慢，主要原因是煤焦的热解反应需要一定的反应温度和时间；随着反应时间的增加，煤焦的热解反应逐渐完成并进入气化反应阶段，反应速率逐渐加快。在反应后期，CO和H2的反应速率逐渐降低，主要原因是CO和H2的反应产物逐渐增加，对CO2的反应速率产生一定的抑制效应。
4.2反应产物分析
从反应产物分布可以看出，CO和H2是气化的主要产物，主要原因是CO2催化作用下，CO和H2的反应速率较快，且反应选择性较好；小分子烃的产量较低，主要原因是其反应速率较慢，且容易发生副反应生成其它反应产物；CO2的转化率较低，主要原因是CO2与煤焦反应需要一定的能量和催化剂作用。
5.结论
通过实验研究低灰熔点无烟煤煤焦与CO2催化气化的特性，得到以下结论：
1.在CO2催化作用下，低灰熔点无烟煤煤焦具有较好的反应活性和选择性；
2.CO和H2是气化的主要产物，占总量的80%以上；
3.小分子烃的产量较低，CO2的转化率较低；
4.反应动力学曲线显示出反应速率随时间的变化规律和产物分布。
6.参考文献
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