[發明專利]一種高壓環境下的煤炭急速加熱氣化燃燒的實驗裝置

有效

• 申請號: 201811410013.0
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109298015B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 李治剛;佐佐木久郎;張曉明;菅井裕一;王倩倩
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N25/26
• 分類號: G01N25/26;G01N30/02;G01N33/00;B01D46/10;B01D46/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種CO₂富集高壓環境下的煤炭急速加熱氣化燃燒的實驗裝置，包括注入富集CO₂與O₂混合氣的高壓反應釜、CO₂激光束加熱裝置、激光過濾器、煙氣過濾器、空氣泵、氣罐以及檢測儀器，高壓反應釜底部中心設有陶瓷圓盤，煤樣放置在陶瓷圓盤上，陶瓷圓盤上方設置一個圓柱形敞口容器，高壓反應釜上方設有CO₂激光束加熱裝置，該裝置下部設有激光過濾器，激光經過濾后進入高壓反應釜內。利用該裝置可以在很短時間內實現對煤樣品的快速加熱，使煤樣的溫度很快上升到目標溫度，縮短了升溫時間，避免了煤的緩慢氧化燃燒，提高了煤的氣化效率。同時該實驗裝置可以在常壓或高壓下進行實驗，以研究不同條件下煤炭的氣化效率。

技術領域

本發明涉及一種CO₂富集高壓環境下的煤炭急速加熱氣化燃燒的實驗裝置，屬于煤氣化聯合循環發電技術領域。

背景技術

據國際能源數據統計，中國擁有豐富的煤炭資源，可采煤炭儲量位居世界第三位，而在二氧化碳排放量中，中國約占全球的19%，其中煤炭火力發電產生的二氧化碳排放量占中國排放總量的30%左右。國際能源機構提議煤作為長期燃料的繼續利用應該在有效的碳管理下采用清潔高效的方式。就備受關注的發電技術而言，提高能源效率是二氧化碳減排的杠桿作用之一。當前燃煤發電的科技先進技術面臨著兩方面的技術挑戰：較高的熱效率和碳捕集技術。近來，氧燃料(oxy-fuel)燃燒技術在二氧化碳捕集和低排放的發展上取得了重大的突破。煤氣化聯合循環(IGCC)發電技術結合碳捕集和封存被認為是未來火力發電廠最理想的選擇之一。煤氣化是一項已經確立了的技術，煤與氧氣結合的氣化是一種放熱反應并生成由一氧化碳(CO)、氫氣(H₂)、碳氫化合物(HCs)組成的可燃性氣體以及二氧化碳(CO₂)。進一步，通過燃燒爐中燃料氣與壓縮的空氣或氧氣燃燒產生的高溫高壓氣體聯合氣體蒸汽渦輪機發電以獲取比當前煤炭火力發電廠更高的熱效率。一般來說，煤的高溫氣化是一個非常復雜的過程，其氣化化學反應受著煤階、氣化最高溫度、升溫速率、反應時間、氣體環境、氣體壓強等因素的影響。

通常，煤的熱解時間很大程度上依賴于升溫速率，換句話說，煤的熱解時間隨升溫速率的提高而減少。并且，煤和炭的氣化反應強度在CO₂/O₂或air的氣體環境中隨著升溫速率的提高而增大。先前課題組利用熱重差熱分析儀探討了CO₂濃度和增強的O₂比重對煤氣化和燃燒反應活性與氣體產物的影響。實驗結果顯示當升溫速率超過了40°C·min^-1時，煤轉化主要是以煤氣化形式完成而不是煤燃燒。但是，熱重-差熱分析儀受限于煤加熱的升溫速率（最大: 50°C·min^-1）是以°C·min^-1而不是°C·s^-1加熱。這樣，熱重-差熱分析儀通常要花費數十分鐘或者更長的時間達到工業上具有強熱輻射的氣化爐的氣化溫度范圍1200~1500°C。因此，到達氣化溫度前長的升溫時間勢必促進煤的緩慢氧化燃燒因為低的升溫速率。