煤炭学报

作者：张海霞, 虎慧, 朱治平, 郑思奇, 齐晓宾,

关键词：半焦, 流态化, 预热活化, 二氧化碳, 反应活性,

我国工业领域涉及的行业多，碳减排压力大。富氧燃烧是燃烧中碳捕集的核心工艺，将流态化富氧预热活化与工业窑炉富氧燃烧过程耦合是拓宽燃料适应性、实现工业领域燃烧中碳捕集的新途径。利用小型流化床连续给料实验系统，在1 050 ℃、CO2流化速度为0.17 m/s条件下，通过调整给料速度，考察C/CO2摩尔比(CC比)对半焦原料(RC)流态化预热活化的影响，分析煤气组分及低位热值，计算CO2还原率，表征粗颗粒活化半焦(LC)和细颗粒活化半焦(FC)的比表面积、孔隙结构和碳架结构，并利用高温管式炉热天平实验系统评价了RC和FC在1 300 ℃条件下的反应活性。结果表明：采用流态化预热活化技术实现了CO2的资源化利用，制备出富CO煤气，CC比由1增至4时，煤气中CO+H2体积分数由69.24%增至79.08%，CO体积分数最高为68.96%， CO2体积分数由29.48%降至20.13%，CO2还原率由50.37%提升至57.56%，煤气低位热值由8.69 MJ/m3增至9.83 MJ/m3，是参考文献所述工程产出煤气低位热值的1.55～1.88倍，有利于窑炉系统的着火及稳定燃烧。随CC比增加，FC和LC的比表面积先增加后减小，FC和LC的最高比表面积分别为291.21 m2/g和477.15 m2/g，分别为半焦原料的48倍和78倍；FC和LC具有丰富的微孔结构，且石墨化程度比RC降低、活性点位增加；FC和LC的微孔面积占比表面积的54.93%～68.42%；相比较而言，LC具有更高的比表面积和增量孔容积，主要是由于LC在反应器内的停留时间较长，促进了孔隙的发展，形成了大量微孔。不同CC比条件下所得FC的反应活性指数R0.5、质量平均反应速率均高于RC，表明FC具有较高的反应活性，可预测在高温气固活化态热燃料燃烧过程中，FC将实现高效转化。提出了碳基燃料流态化富氧预热活化–高温气固活化态热燃料富氧燃烧的新思路，获得了CC比对CO2气氛流态化预热活化半焦特性的影响规律，揭示了CO2作为碳和氧载体的积极作用，研究结果为流态化预热活化技术在工业窑炉富氧燃烧行业的应用提供了数据支持。

来源：2024年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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