第2期孫加亮等:褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究方法簡析71褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究方法簡析孫加亮,陳緒軍,白磊,張 書,王永剛(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:近年來揭煤的開發(fā)和使用引起越來越多的關(guān)注,褐煤本身的高反應(yīng)性使其成為潛在的優(yōu)良?xì)饣??；诤置壕哂械奶攸c(diǎn),本文闡述了褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究的重要性,分析了常用反應(yīng)器的特點(diǎn)和應(yīng)用,重點(diǎn)探討了新型的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和研究進(jìn)展,如:一段流化床/固定床反應(yīng)器,二段流化床/固定床反應(yīng)器,沉降管/固定床反應(yīng)器和雙床反應(yīng)器等。針對(duì)褐煤的氣化反應(yīng)器設(shè)計(jì)朝著多樣化方向發(fā)展,目的都是根據(jù)低階煤本身的物理和化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)高效利用。關(guān)鍵詞:褐煤;氣化;實(shí)驗(yàn)研究;反應(yīng)器中囝分類號(hào):TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-9219(2015)02-71-07褐煤是煤化程度較淺的煤種，多呈褐色或褐黑分析儀器之一，能夠方便地研究褐煤的氣化反應(yīng)色,具有水分高、揮發(fā)分高、熱值低、易風(fēng)化碎裂和性,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)。熱重分氧化自燃等特性，限制了它的使用范圍和運(yùn)輸距析儀依靠精確計(jì)量質(zhì)量隨溫度變化的關(guān)系對(duì)樣品離,難以進(jìn)行有效潔凈利用。煤炭氣化技術(shù)是煤炭進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析。如圖1所示,簡單地說,熱重分清潔高效利用的主要途徑，是許多能源高新技術(shù)的析儀通常包括-一個(gè)高精密的天平和微型加熱爐;樣關(guān)鍵部分。充分利用褐煤的高反應(yīng)性,采用氣化工品坩堝與天平連接并放置在電加熱爐中,樣品的溫藝生產(chǎn)合成氣，進(jìn)而生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，或用于度由熱電偶精確測量;反應(yīng)氣氛采用一種或多種混IGCC發(fā)電,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。目前合使用。TGA具有操作簡單,測量精確,易獲得不同已經(jīng)商業(yè)化的氣化工藝，都對(duì)褐煤煤質(zhì)有一定要煤種或不同半焦動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn),但存在升溫速求,對(duì)不同的褐煤進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn),具有周期長,成本率相對(duì)較低,煤樣少(毫克級(jí))等缺點(diǎn),很難模擬工高的缺陷，因此在實(shí)驗(yàn)室研究褐煤氣化反應(yīng)特性,業(yè)裝置的實(shí)際操作情況,只能作為褐煤反應(yīng)動(dòng)力學(xué)獲得褐煤的氣化工藝特點(diǎn)是一-條切實(shí)可行的路徑。評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)儀器。褐煤氣化的實(shí)驗(yàn)研究一般在固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、夾帶流(沉降管)反應(yīng)器以及新型多功能反廠飛7天平應(yīng)器中進(jìn)行。固定床反應(yīng)器操作簡便,但升溫速率天平氣低;流化床反應(yīng)器,具有較高的氣-固傳熱傳質(zhì)速率,溫度均勻,但揮發(fā)分與焦的相互作用會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率的降低;夾帶流反應(yīng)器，加熱速率高，約為10*C.s*~10C.s' ,具有較高的溫度和動(dòng)力學(xué)條件,可以比較好地反映實(shí)際燃燒氣化環(huán)境。近年來新開加熱器坩堝發(fā)的反應(yīng)器,具有形式多樣,針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。媒樣__i白X熱電偶1固定床反應(yīng)器煤氣反應(yīng)氣1.1 熱重分析儀(TGA)熱重分析儀(TGA)是能源和材料領(lǐng)域常用的圖1熱重分析儀原理示意圖收稿日期:2014-07-08;基金項(xiàng)目:國家科技支撐計(jì)劃熱重分析儀分為常壓熱重分析儀和加壓熱重(2012BAA04B02);作者簡介:孫加亮(1981-),男,博士研究生,工程師,從事褐煤及低階煤氣化方面的科研工作,電話分析儀，主中國煤化工學(xué)的研究49。15901187747 ,電郵zilis@163.com.具體包括:利YCNMH G焦,在TCA上72天然氣化工(C;化學(xué)與化工)2015年第40卷與CO2、H20或合成氣進(jìn)行氣化反應(yīng),計(jì)算動(dòng)力學(xué)參1000C.s' ,反應(yīng)氣氛可采用He氣.空氣、CO2等I。數(shù)(4;研究褐煤的催化氣化特性,考察不同催化劑的帝國理工大學(xué)開發(fā)的常壓絲網(wǎng)反應(yīng)器,升溫速率在活性問。總的來說,TCA是分析氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面2K.*s'>5000K.s',以He氣為載氣，最高溫度達(dá)獲得廣泛應(yīng)用的儀器之一,從失重曲線中可獲得豐1773K;新設(shè)計(jì)的高壓絲網(wǎng)反應(yīng)器，壓力范圍在富的動(dòng)力學(xué)參數(shù),進(jìn)而驗(yàn)證氣化模型,有助于理解0.25MPa~15MPa,溫度達(dá)到1123K間。通過配套溫度褐煤的氣化反應(yīng)機(jī)理,為褐煤的高效利用提供基礎(chǔ)控制設(shè)備,絲網(wǎng)反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)多步加熱。主要用來考察不同升溫速率對(duì)褐煤氣化反應(yīng)性的影響,還.1.2 絲網(wǎng)反應(yīng)器可以考察褐煤中堿金屬和堿土金屬在熱解和氣化絲網(wǎng)反應(yīng)器(Wire-MeshReactor),可用來研究過程中的遷移和催化作用B.0。此外,為了研究分解高升溫速率下褐煤的氣化反應(yīng)特性。絲網(wǎng)氣化裝置的初始過程，近年來開發(fā)出了新型的絲網(wǎng)反應(yīng)利用電流通過金屬質(zhì)的絲網(wǎng),瞬間產(chǎn)生高溫,均勻器",該反應(yīng)器加熱速率達(dá)到0000C.s+4,用液氮分布在兩層絲網(wǎng)中間的單層煤粉顆粒被迅速加熱,冷卻液相產(chǎn)物,蒸汽用真空泵(<30Pa)和冷卻的方發(fā)生熱解或氣化反應(yīng)(取決于所采用的反應(yīng)氣體)。法移除。反應(yīng)生成的揮發(fā)物,直接由載氣帶走。如圖2,在絲2流化床反應(yīng)器網(wǎng)中心裝有熱電偶，可以實(shí)時(shí)檢測樣品的真實(shí)溫度;反應(yīng)氣體產(chǎn)物,液體產(chǎn)物(焦油)和絲網(wǎng)上的固在流化床反應(yīng)器中，氣化劑和煤粉混合完全,體殘留物(半焦),可以方便的進(jìn)行收集,做進(jìn)- -步.具有較高的氣固傳熱和傳質(zhì)速率，溫度分布均勻,分析。絲網(wǎng)試驗(yàn)裝置上的煤粉顆粒相互作用較弱,揮發(fā)分與半焦炭的相互作用較強(qiáng),流化床反應(yīng)器結(jié)一定程度上可以反映煤粉在氣流床氣化爐中的氣構(gòu)示意圖見圖3。流化床自身的缺點(diǎn)也很突出，比如.化過程問。絲網(wǎng)氣化裝置,具有較寬的加熱速率反應(yīng)溫度不能過高,過高的溫度會(huì)導(dǎo)致煤中無機(jī)礦(0.1K.s"-5000K.s");煤粉均勻分布在絲網(wǎng)上,反應(yīng)物質(zhì)凝聚,從而擾亂流化床的流化狀態(tài)。氣與煤粉反應(yīng)，并把產(chǎn)物帶走,能夠最小化揮發(fā)物的二次反應(yīng)對(duì)揮發(fā)分本身組成和對(duì)半焦炭性質(zhì)的氣化爐影響。當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)條件與工業(yè)氣化爐也有很大差距,屬于間歇式反應(yīng)器,所用煤樣量少,產(chǎn)生的焦樣不多(一般只有幾毫克),不利于后續(xù)的分析。煤a液氮/+冰~流化術(shù)層氣化劑/圖3流化床反應(yīng)器 原理示意圖煤粉絲網(wǎng)TIN=熱電偶國內(nèi)昆明理工大學(xué)和清華大學(xué)開發(fā)了焦載熱反應(yīng)氣流化床氣化技術(shù)，以焦為熱載體提供氣化所需熱.圉2絲網(wǎng)反應(yīng)器原理示意圉量,進(jìn)行了工業(yè)性模擬試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn),煤氣熱值達(dá)12MJ/m2左右，接近城市煤氣，具有極少的焦國內(nèi)利用絲網(wǎng)反應(yīng)器進(jìn)行褐煤氣化研究的較油12。山西煤化所利用灰熔聚流化床研究了小龍?zhí)渡?而國外學(xué)者研究相對(duì)較多。絲網(wǎng)反應(yīng)器可以進(jìn)褐煤在氣化中國煤化工成了鈣長石,行慢速升溫和快速升溫,升溫速率分別為1C-s1 和鈣黃長石和針YHCNMHG用不銹鋼流化第2期孫加亮等:褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究方法簡析73床反應(yīng)器,石英流化床反應(yīng)器和循環(huán)不銹鋼鼓泡流力學(xué)17.8?；卜磻?yīng)器等,針對(duì)褐煤制合成氣、礦物質(zhì)的催化褐煤低溫氣化可以提高冷煤氣效率,但會(huì)生成性、灰渣的生成機(jī)理等方面開展了一系列研究,獲焦油,一方面抑制焦的氣化,另一方面后續(xù)處理非.得褐煤流化床氣化的反應(yīng)特性,為工藝的優(yōu)化提供常困難。褐煤焦對(duì)焦油具有催化重整作用,在夾帶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)141。流反應(yīng)器中,進(jìn)行褐煤和褐煤焦與反應(yīng)氣的氣化反應(yīng),隨著溫度和褐煤焦的濃度增加,焦油的產(chǎn)率降3夾帶流反應(yīng)器低凹。波蘭--些學(xué)者利用實(shí)驗(yàn)室電加熱管式沉降爐夾帶流反應(yīng)器(Entrained Flow Reactor),文 獻(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn),得出褐煤是有效的燃料,可以降低60%~中也有稱為管式沉降爐和滴管爐(Drop Tube .80%的NO釋放凹。另有一-些學(xué)者利用管式沉降爐,Fumace)。夾帶流反應(yīng)器-般采用石英、剛玉或耐高得出鉀在褐煤氣化反應(yīng)中具有重要的催化作用,灰.溫不銹鋼等材料制作,結(jié)構(gòu)簡單,呈細(xì)長型,其結(jié)構(gòu)樣主要以含鉀鋁硅酸玻璃和鉀_鈉的硫酸鹽存在。通見圖4。一般為外熱式,反應(yīng)管放置在加熱爐內(nèi);夾過模擬和實(shí)驗(yàn)表明，褐煤在氣流床高溫高壓條件帶流反應(yīng)器所用煤粉粒徑小,由氣體帶人,顆粒彼下,具有較高的轉(zhuǎn)化效率叫。此分離,相對(duì)獨(dú)立參加反應(yīng);煤粉和載氣(惰性氣體)沿管中心從上部噴人反應(yīng)器內(nèi),反應(yīng)氣從側(cè)面4新型反應(yīng)器或上面進(jìn)入;進(jìn)人的煤粉被快速加熱到設(shè)定溫度,4.1流化床/固定床反應(yīng)器與反應(yīng)氣發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng),生成的煤氣從下褐煤中存在大量的堿金屬和堿土金屬(主要是部排出,收集后進(jìn)行分析。夾帶流反應(yīng)器具有較高Na,Mg,Ca),影響熱轉(zhuǎn)化過程中揮發(fā)分的產(chǎn)率和結(jié)的加熱速率(約為10*C.s*~109C.s")和較高的動(dòng)力構(gòu)。在流化床氣化過程中,堿金屬會(huì)使床料結(jié)渣,影.學(xué)條件,比較好的反映實(shí)際燃燒氣化環(huán)境。響床層正常流化和腐蝕設(shè)備;同時(shí)，堿金屬在氣化過程中具有- -定的催化作用，可以提高碳轉(zhuǎn)化率,減少焦油的產(chǎn)生。根據(jù)褐煤自身的特點(diǎn),為了研究煤粉反應(yīng)氣堿金屬和堿土金屬在氣化過程中的演變和催化作用,研究褐煤的氣化反應(yīng)性,Li等2有針對(duì)性地開_加熱器發(fā)了新型氣化反應(yīng)器。- 熱電偶4.1.1一 段流化床/固定床反應(yīng)器文獻(xiàn)[22]中所采用的反應(yīng)器,為石英流化床/固定床反應(yīng)器,其結(jié)構(gòu)見圖5,該反應(yīng)器兼具流化床和固定床的特點(diǎn)。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)主要包括:上下兩個(gè)石英篩板,石英砂床,進(jìn)料管,進(jìn)流化氣管等。石英砂床用惰性氣體和氣化劑一起進(jìn)行流化,由電加熱爐提供熱量,加熱速率約10'K.s'~10K.s'.氣化時(shí),煤取樣粉通過載氣夾帶進(jìn)入反應(yīng)器,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所產(chǎn)圍4夾帶流反 應(yīng)器原理示意圖生焦附著在上篩板上,類似“固定床”,從而可以準(zhǔn)確計(jì)量半焦炭的產(chǎn)率。由于設(shè)置有上篩板,揮發(fā)出的堿金屬大部分被氣體帶出,而不會(huì)在低溫下冷凝國內(nèi)采用夾帶流反應(yīng)器進(jìn)行褐煤氣化相關(guān)研在焦表面,故可以研究不同氣化條件下煤粉中堿金究較少，而國外主要應(yīng)用于褐煤氣化及催化氣化屬的揮發(fā)情況。還有一個(gè)石英管設(shè)置在上篩板下的研究。慕尼黑理工大學(xué)開發(fā)的夾帶流反應(yīng)器,可面,另外一端設(shè)置于加熱爐外,試驗(yàn)前可以添加石以在很寬的操作條件下進(jìn)行氣化反應(yīng)，最高溫度英砂;試驗(yàn)結(jié)束后，從中移出石英砂和焦;在空白試達(dá)到18009C,壓力達(dá)到5.0MPa,可以完成高溫、高驗(yàn)時(shí),可以放中國煤化工度。壓條件下的實(shí)驗(yàn)，研究近似工業(yè)條件下的氣化動(dòng)YHCNMHG74天然氣化工(C,化學(xué)與化工)2015年第40卷流化氣tfeeding)。在第二種試驗(yàn)中,當(dāng)固定床中煤樣達(dá)到設(shè)定溫度時(shí),加料器中煤樣連續(xù)的進(jìn)人流化床,此時(shí)出氣操作條件類似于上述所提到的流化床/固定床反應(yīng)器,下部流化床所產(chǎn)生的揮發(fā)產(chǎn)物將會(huì)進(jìn)入上部固定床與焦發(fā)生反應(yīng),這種試驗(yàn)稱之為有下部進(jìn)料試↑↑↑↑|N媒焦|揮發(fā)物驗(yàn)(with bottom feeding)。篩板<流化氣↓石英砂日5-段流化床/固定床反應(yīng)器示意圖近年來,一些學(xué)者采用此新型流化床/固定床反應(yīng)器,以維多利亞褐煤為原料,研究了多條件下褐煤的熱解氣化反應(yīng)規(guī)律,考察氣化時(shí)以不同形式存在的堿金屬(Na、Mg、Ca)揮發(fā)的難易程度和影響因素。煤中以NaCl和_COONa形式存在的Na,對(duì)生成的煤焦進(jìn)一步的氣化反應(yīng)具有不同的催化作用四2。圖6二段流化床/固定床反應(yīng)囂示意圉以NaCl形式存在的褐煤，氣化時(shí),Na與CI分別揮發(fā),而不以NaCl的形式揮發(fā);Na主要在熱解時(shí)揮針對(duì)流化床中揮發(fā)分和焦的相互作用,采用兩發(fā),Ca、Mg揮發(fā)程度較輕,從而為解決流化床氣化段式反應(yīng)器,能夠更加方便地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),揭示這種爐的設(shè)備腐蝕和工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在工業(yè)氣相互作用的本質(zhì)。揮發(fā)分和焦的相互作用不僅限于化爐,尤其是流化床氣化爐中,揮發(fā)物和焦的相互焦表面,H自由基還可能進(jìn)人焦的碳結(jié)構(gòu)中參與芳作用是需要著重考慮的因素，利用一段流化床/固定香環(huán)的重整反應(yīng),進(jìn)而影響堿和堿土金屬的揮發(fā)和床反應(yīng)器,通過調(diào)節(jié)進(jìn)料速率和進(jìn)料時(shí)間,可以控運(yùn)移,最終導(dǎo)致所得焦的反應(yīng)性降低圖。焦與揮發(fā)分制揮發(fā)分和焦相互作用的程度,從而揭示這種相互相互作用的本質(zhì),極可能是自由基與焦的反應(yīng)。在作用對(duì)焦反應(yīng)性的影響1242。此外,利用同樣的反應(yīng)研究褐煤催化氣化方面,兩段式流化床/固定床反應(yīng)器,Tay等網(wǎng)得出,在維多利亞褐煤與不同氣化劑反器也獲得了較好的應(yīng)用19.30。應(yīng)時(shí),水蒸氣是影響焦結(jié)構(gòu)變化的決定因素;焦與4.2沉降 管/固定床反應(yīng)器水蒸氣以及焦與CO2的反應(yīng)，遵循不同的反應(yīng)途利用沉降管/固定床反應(yīng)器(見圖7),可以較易徑。4.1.2二段 流化床/固定床反應(yīng)器.|載氣在一段流化床/固定床反應(yīng)器基礎(chǔ)上,中間用石英篩板隔開,增加一個(gè)反應(yīng)區(qū)域,就成為了兩段反.內(nèi)管應(yīng)器,其結(jié)構(gòu)見圖6。上部反應(yīng)區(qū)是固定床,下部反應(yīng)區(qū)是流化床，該反應(yīng)器相當(dāng)于兩個(gè)反應(yīng)器的串外管聯(lián),可以進(jìn)行不同類型的試驗(yàn)。在文獻(xiàn)[27]中,該反應(yīng)器可以進(jìn)行“NBF"試驗(yàn)和“WBF"試驗(yàn)。第一種類石英棉.石英過濾板型試驗(yàn)中,將一定量的煤樣通過進(jìn)料管輸送到上部固定床反應(yīng)區(qū),然后慢速加熱至設(shè)定溫度,并預(yù)先設(shè)定保留時(shí)間，下部流化床只作為加熱載體,沒有中國煤化工煤樣加入，稱之為無下部進(jìn)料試驗(yàn)(no bottom.JYHC NMH G意圉第2期孫加亮等:褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究方法簡析75獲得氣化過程中主反應(yīng)揮發(fā)物的總產(chǎn)率,當(dāng)然若固與焦發(fā)生相互作用,抑制焦的反應(yīng),為解決此問題,定床中煤粉較多,二次反應(yīng)也會(huì)相對(duì)比較強(qiáng)烈。反在氣化時(shí),需要將焦和揮發(fā)物分開,分別進(jìn)行反應(yīng)。應(yīng)器包括內(nèi)外兩個(gè)石英管,內(nèi)管下部燒結(jié)石英過濾基于此,部分學(xué)者將熱解、燃燒和氣化反應(yīng)結(jié)合起板,底端放置- -定量的石英棉,以進(jìn)行氣固分離。試來,形成雙床氣化爐34,既可以解決上述問題,又驗(yàn)時(shí),從上部供給少量的煤樣,與反應(yīng)氣發(fā)生熱解可對(duì)煤進(jìn)行分級(jí)加工，可以獲得資源的高效利用,或氣化反應(yīng)。其工藝簡圖見圖8。此外,傳統(tǒng)的空氣氣化,由于大在沉降管/固定床反應(yīng)器中,通過濾板可以迅速量氮?dú)獾南♂?產(chǎn)生的煤氣熱值低,而采用水蒸氣地將揮發(fā)份與焦分離，故它們之間的相互作用較作為氣化劑,可以獲得富氫氣體,提高煤氣熱值;而小。Bayarsaikhan等叫在沉降管/固定床反應(yīng)器中,進(jìn)且水蒸氣比氧氣便宜,成本較低,但需要外部提供行了初始焦的水蒸氣氣化,得出氣化過程中煤的催熱量(水蒸氣氣化是吸熱反應(yīng)),雙床氣化爐可滿足化氣化和非催化氣化并行發(fā)生;初始催化反應(yīng)活性這些要求,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。圖8a為燃燒、氣化雙床和活性降低的速度，主要受熱解時(shí)的加熱速率、總爐,是將燃燒和氣化反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合而構(gòu)成的,氣化壓和水蒸氣分壓等操作參數(shù)的影響。將DT/FBR與劑為水蒸氣,由燃燒器提供反應(yīng)所需熱量,獲得的流化床反應(yīng)結(jié)果相比較,可以看出揮發(fā)份與焦的相燃料氣具有較高的熱值。圖8b為熱解、氣化(燃燒)互作用對(duì)氣化過程的影響程度，因?yàn)樵贒T/FBR反雙床爐簡圖,將煤的熱解和燃燒結(jié)合起來,可形成應(yīng)器中,這種相互作用相對(duì)較小。Masek等凹將沉降熱解燃燒雙床爐阿,在煤完全燃燒前,可以提取高管/固定床與管式爐結(jié)合起來，形成了新的實(shí)驗(yàn)系附加值的化學(xué)品;而將熱解和氣化反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合,統(tǒng),進(jìn)行了維多利亞褐煤快速熱解所得焦油的原位可形成熱解、氣化雙床爐(熱解爐為流化床,氣化爐水蒸氣重整，發(fā)現(xiàn)只有殘留的Na與反應(yīng)物接觸時(shí)為輸運(yùn)床),在煤氣化前,通過熱解提取揮發(fā)份,半對(duì)焦油組分才有催化作用。焦送到氣化爐進(jìn)行氣化,余熱又送到熱解爐,提高4.3雙床氣化爐能源的利用率。褐煤的揮發(fā)份高,在氣化過程中產(chǎn)生的揮發(fā)物燃?xì)鉄煔馊細(xì)饨股呛蜔峤鈿狻鼰崃縂文熱載體燃料法喜蓉焦空氣水蒸氣空氣空氣水蒸氣流化氣ba燃燒、氣化雙床氣化爐: b熱解、氣化(燃饒)雙床氣化爐圖8雙床氣化爐工藝 簡圄除上述研究褐煤氣化反應(yīng)器外，也有少數(shù)學(xué)者水蒸氣氣化中國煤化工界水在石英毛報(bào)道其它類型的褐煤氣化研究方法,如等離子體炬細(xì)管反應(yīng)器:YHCNMH G76天然氣化工(C,化學(xué)與化工)2015年第40卷5結(jié)論alkali and alkaline earth metals during the pyrolysis of aVictorian brown coal[J]. Fuel, 2000, 79(3/4):427-438.褐煤是變質(zhì)程度較低的煤種,本身含有大量的[10] Watanabe W S, Zhang D K. The eflet of inherent and水,豐富的含氧官能團(tuán),較多的堿金屬和堿土金屬。added inorganic matter on low-temperature oxidation這些特點(diǎn)使得褐煤氣化與高階煤的氣化具有很大reaction of coal[J]. Fuel Process Technol, 2001, 74(3):145-的不同,例如:氣化活性好,可在中低溫條件下反應(yīng);揮發(fā)分-焦的相互作用影響氣化反應(yīng)速率。因[1] Hoekstra E Swaij w P M, KerstenS RA,et al. Fast此利用不同類型氣化裝置研究褐煤,可以從多個(gè)角pyrolysis in a novel wire-mesh reactor:Design and initial度反應(yīng)褐煤氣化反應(yīng)特性和動(dòng)力學(xué)特征,為開發(fā)適results[J]. Chem Eng J, 2012, 191:45-58.合褐煤的氣化工藝技術(shù)提供基礎(chǔ)和支撐。在目前我[12]何屏,張緒,尹承緒,等. 昭通褐煤氣化擴(kuò)大試驗(yàn)研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化, 2002, 25(2):55-59.國煤多油少的局面下,褐煤作為氣化原料前對(duì)其進(jìn)[13]李風(fēng)海,黃戒介,房倚天,等.流化床氣化中小龍?zhí)逗置盒袩峤馓崛　坝头荨?即褐煤的多級(jí)利用策略是褐煤灰結(jié)渣行為I化學(xué)工程, 2010, 38(10):127-131.利用的優(yōu)選途徑,這就意味著復(fù)合工藝(包括本文[14] Karimipour s, Gerspacher R, Gupa R, el al. Sudy of提到的雙床氣化爐)將是今后褐煤氣化工藝發(fā)展的factors afecting syngas quality and their interactions in主要方向和路徑。fluidized bed gasifcation of lignite coal D. Fuel, 2013,103:308-320.參考文獻(xiàn)[15] Bayarsaikhan B, Sonoyama N, Hosokai s, et al. Inhibition[1] Cakal 0 G, Yucel H, Guruz A G. Physical and chemicalof steam gasification of char by volatiles in a fluidized bedproperties of selected Turkish ligites and their pyrolysisunder continuous feeding of a brown coal []. Fuel, 2006,nd gasification rates determined by thermogravimetric85(3):340-349.analysis [] J Analytical and Applied Pyrolysis, 2007, 8016] Kosminski A, Ross D P, Agnew J B. Reactions between(1):262-268.sodium and kaolin during gasification of a low-rank coal[2] Kim Y K, Park J II, Jung D, et al. Low-temperature[J] Fuel Process Technol, 2006, 87(12):1051-1062.catalytic conversion of lignite: 1.Stean gasification using[17] Cmomarkovic N, Repic B, Mledenovic R, et al. Experim-potassium carbonate supported on perovskite oxide [J]. Jental investigation of role of steam in entrained flow coalInd Eng Chem, 2014, 20(1):216-221.gasification[J. Fuel, 2007, 86(12);194 202.[3] Feng B, Bhatia S K.On the validity of thermogravimetric[18] Tremel A, Hasesteiner T, Kunze C, et al. Experimentaldetermination of carbon gasification kinetics[J]. Chem Enginvestigation of high temperature and high pressure coalSci, 2002, 57(15):2907-2920.gaification[IJ. Appl Energy, 2012, 92:279-285.[4] 王明敏, 張建勝,岳光溪等.煤焦與水蒸氣的氣化實(shí)驗(yàn)[19] Zhang L X, Maisuhara T, Kudo s, et al. Rapid pyrolysis of及表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2008,brown coal in a drop-tube reactor with co-feeding of char28(5);:34-38.as a promoter of in situ tar reforming []. Fuel, 2013, 112:5] 齊學(xué)軍,郭欣,鄭楚光.礦物質(zhì)對(duì)小龍?zhí)逗置簹饣磻?yīng)681-686.性的影響[I. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版), 2012,[20] Hardy T, Kordylewski w. fectiveness of Polish lignites4011):115-118.as rebum fuels[] Fuel, 2002, 81(6):837-840.6] 許世森,張東亮,任永強(qiáng).大規(guī)模煤氣化技術(shù)[M].北京:[21] Tremel A, Spliethoff H. Gasification kinetics during entr~化學(xué)工業(yè)出版社, 2005:45-48.ained flow gasification (II); Modelling and optimization of7] Jamil K, Hayashi J I, Li C Z. Pyrolysis of a Victorianentrained flow gasifiers[J]. Fuel, 2013, 107:170-182.brown coal and. gasification of nascent char in CO2[2] Quyn D M, Wu H W, Bhattacharya S P, et al. Voltilis-atmosphere in a wire-mesh reactor{J]. Fuel, 2004, 83(7/8):ation and catalytic effects of alkali and alkaline earth833-843.melallie species during the pyrolysis and gasification of[8] Hindmarsh C J, Thomas K M, Wang W X, el al. AVictorian brown coal (I): Effects of chemical form andcomparison of the pyrolysis of coal in wire-mesh andvalence[J]. Fuel, 2002, 81(2):151-158.entraine-low reactors[]. Fuel, 1995, 74(8);1 185-1190.[23] Quyn D I中國煤化工Volailisation and[9] LiC z, Sathe C, Kershaw J r, el al. Fates and roles ofcatalyticYHCN MH G° earth mlli第2期孫加亮等:褐煤氣化實(shí)驗(yàn)研究方法簡析77species during the pyrolysis and gasification of Victorianstrueture during the catalytice gasification in air [J Fuel,brown coal (IV): Catalytic effects of NaCl and ion-2006, 85(10/11):1509-1517.exchangeable Na in coal on char reactivity [0. Fuel, 2003,[30] YuJL, TianF J, Chow M C, et al. Effect of iron on the82(5);:587-593.gasification of Victorian brown coal with steam:[24] Zhang S, Hayashi J 1, Li C Z. Volatilisation and catalyicenhancement of hydrogen production[D} Fuel, 2006, 85(2);:effects of alkali and alkaline earth melallie species during127-133.the pyrolysis and gasification o{ Victorian brown coal (IX):[31] Bayarsaikhan B, Hayashi J I, Shimada T, et al. Kinetics ofEfects of volatile char interactions on char-H2O and char-steam gasification of nascent char from rapid pyrolysis of a02 reactivities[J]. Fuel, 201 1, 90(4):1655-1661.Victorian brown coal[J]. Fuel, 2005, 84(12/13):1612-1621.[25] Zhang S, MinZ H, Tay H L et al. Effects of Volaile char[32] Masek 0, Sonoyama N, Ohtsubo E, et al. Examination ofinteractions on the evolution of char structure during thecatalytic roles of inherent matallic species in steamgasification of Victorian brown coal in steam [J]. Fuel,reforming of nascent volailes from the rapid pyrolysis of a2011, 90():1529-1535.brown coal[I] Fuel Process Technol, 2007, 88(2):179-185.[26] Tay H L, Kajilani s, Zhang S, et al. Effects of Gasifying[33] Xiong R, Dong L Yu J, et al. Fundamentals of coalagent on the evolution of char structure during thetopping gasifcation:Characterization of pyrolysis toppinggasification of Victorian brown coal[J]. Fuel, 2013, 103:22-in a fluidized bed reactor []. Fuel Process Technol, 2010,28.918);:810-817.[27] Wu H w, Quyn D M, Li C z. Volatilisation and catalytic(34] Wilk.V, Schmid J C, Hofbauer H. Infuence of fuel feedingeffects of alkali and alkaline earth maetllic species duringpositions on gasifcation in dual fuidized bed gasifers[J].the pyrolysis and gasification of Victorian brown coal (I);Biomass and Bioenergy, 2013, 54:46-58.The importance of the interactions between volatiles and[35] Zhang Y M, Wang Y, Cai L G, et al. Dual bed pyrolysischar at high temperature[]. Fuel, 2002, 81(8):1033-1039.gasification of coal:Process analysis and pilot test[]- Fuel,[28] Li XJ, Wu H W, Hayashi J 1, et al. Valtilisation and2013, 112:624-634.catalytic efets of alkali and alkaline earth metallic[36] Hong Y C, Lee S J, Shin D H, et al. Syngas productinfrom gasification of brown coal in a microwave torchbrown coal (VD): Further investigation into the effects ofplasma[J]. Energy, 2012, 47():36-40.volatile- char interactions[]. Fuel, 2004, 83(10);:1273-1279.[37] Yamaguchi D, Sanderson P J, Lim S, et al.upereritical[29] Li X J, Hayashi J 1, Li C Z. Volailisation and catalyicwater gasification of Victorian brown coal: Experimentaleffects of alkali and alkaline earth maeallie species duringcharacterization'小Int J Hydrogen Energy, 2009, 34(8);:the pyrolysis and gasification of Victorian brown coal (VI):3342-3350.Raman spectroscopic study on the changes in charA review on experimental techniques for studying brown coal gasificationSUN Jia-liang, XU Xiu-qiang, CHEN Xurjun, ZHANG Shu, WANG Yong-gang(School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China)Abstract:In recent years, the development and utilization of brown coal had been atracting an increasing atention.Particularly, brown coal was a good candidate for gasification material due to its high reactivity. Based on the features of brown coal,the importance of experimental study on brown coal gasifcaion was stressed; and characteristics of varied gasification reactors forbrown coal gasification were analyzed and compared. More importantly, some novel gasification reaclor structures and developmentswere discussed, such as one stage Anuidized-bed/fixed-bed reactor, two stage fluidized-bed/ixed-bed reactor, drop-tube/fixed-bedreactor and dual bed reaclors. Design of gasifcation reactors for brown coal were diversified based on the intrinsic physical andchemical properties of brown coal with the purpose of exploiting its potenial values ffectively.Keywords :brown coal; gasification; experimental study; reactor中國煤化工MHCNMH G