固體燃料制氣過程反應(yīng)速度常數(shù)的測定系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體燃料制氣過程反應(yīng)速度常數(shù)的測定系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)包括二氧化碳瓶、氧氣瓶、氮氣瓶、氣體流量計、水蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)爐、氣體分析儀和溫度記錄儀，該方法對于固體燃料與氧氣、水蒸汽、二氧化碳的反應(yīng)速度常數(shù)均能夠的進行測定：固體燃料與氧氣的反應(yīng)速度常數(shù)是通過測定煤在氧氣中的燃點，固體燃料燃燒后用實際溫度下氧氣的擴散速率來表征燃燒的速率；固體燃料與二氧化碳、水蒸汽的反應(yīng)速度常數(shù)是測定不同溫度下的實際反應(yīng)速度，經(jīng)處理后得到反應(yīng)速度常數(shù)。本發(fā)明只需用少量的固體燃料，就可以得到固體燃料與氧氣、二氧化碳、水蒸汽反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)，為固體燃料反應(yīng)器的模擬計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【專利說明】固體燃料制氣過程反應(yīng)速度常數(shù)的測定系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體燃料制燃氣和化工原料氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定，更具體的說，是涉及固體燃料與氧氣、水蒸汽和二氧化碳反應(yīng)時反應(yīng)速度常數(shù)的測定系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體燃料包括煤炭、生物質(zhì)、焦炭等固態(tài)可燃物質(zhì)。固體燃料制燃氣和化工原料氣過程主要有固體燃料中碳與氧氣、二氧化碳、水蒸汽的反應(yīng)。反應(yīng)式如下:
[0003]碳與氧氣的反應(yīng):C+02=C02Δ Η=-393.7kJ/mol
[0004]碳與水蒸汽的反應(yīng):C+H20=C0+H2Δ H=+131.0kJ/mol
[0005]碳與二氧化碳的反應(yīng):C+C02=2C0Δ H=+172.2kJ/mol
[0006]上述反應(yīng)速度的 確定對于固體燃料氣化工程設(shè)計和生產(chǎn)運行具有重要的作用。固體燃料氣化過程反應(yīng)速度表達式為:
[0007]r=kcn
[0008]式中:r-反應(yīng)速度，kmol/ (m3.h)；
[0009]k——反應(yīng)速度常數(shù)，；
[0010]C-反應(yīng)物濃度，kmol/m3 ；
[0011 ] η—反應(yīng)級數(shù)(一般情況下可視為I);
[0012]反應(yīng)速度常數(shù)k是綜合考慮化學(xué)反應(yīng)速度和傳遞過程速度的重要參數(shù)，其表達式為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括二氧化碳瓶、氧氣瓶、氮氣瓶、氣體流量計、水蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)爐、氣體分析儀和溫度記錄儀； 所述二氧化碳瓶通過設(shè)置有第一閥門的管路、所述氧氣瓶通過設(shè)置有第二閥門的管路、所述氮氣瓶通過設(shè)置有第三閥門的管路分別連接于所述氣體流量計，所述氣體流量計通過設(shè)置有第五閥門的管路連接于所述反應(yīng)爐的入口，所述氣體流量計通過設(shè)置有第四閥門的管路連接于所述水蒸汽發(fā)生器，所述水蒸汽發(fā)生器通過設(shè)置有第六閥門的管路連接于所述反應(yīng)爐的入口，所述反應(yīng)爐的出口連接于所述氣體分析儀，所述反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有熱電偶溫度計，所述熱電偶溫度計用于將溫度信號傳遞到所述溫度記錄儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)爐的反應(yīng)管采用剛玉管，加熱方式為電加熱。
3.一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定方法，其特征在于，固體燃料與氧氣反應(yīng)速度常數(shù)的測定按照如下步驟進行: (1)將5~10克固體燃料放進反應(yīng)爐中； (2)打開第二閥門和第五閥門，以15~30L/min的流量將氧氣通入反應(yīng)爐； (3)反應(yīng)爐以10~20°C/min的升溫速率將反應(yīng)管加熱，同時溫度記錄儀記錄反應(yīng)管物料溫度，繪制燃燒反應(yīng)升溫曲線； (4)根據(jù)燃燒反應(yīng)升溫曲線與反應(yīng)爐電加熱升溫曲線，得出固體燃料的燃點； (5)根據(jù)固體燃料的燃點計算得出固體燃料與氧氣的反應(yīng)速度常數(shù)。 3.一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定方法，其特征在于，固體燃料與二氧化碳反應(yīng)速度常數(shù)的測定按照如下步驟進行: (1)制備固體燃料焦炭試樣； (2)將5~10克固體燃料焦炭試樣放進反應(yīng)爐中； (3)打開第一閥門和第五閥門，以15~30L/min的流量將二氧化碳通入反應(yīng)爐； (4)反應(yīng)爐以10~20°C/min的升溫速率將反應(yīng)物料加熱至700°C并恒溫，氣體分析儀測定反應(yīng)爐出口 CO的含量； (5)反應(yīng)物料繼續(xù)升溫50°C并恒溫，氣體分析儀測定反應(yīng)爐出口CO的含量； (6)循環(huán)步驟(5)，直至反應(yīng)物料達到1200°C為止； (7)根據(jù)溫度記錄儀每次測定的反應(yīng)物料溫度和氣體分析儀測定的該反應(yīng)物料溫度下CO含量，計算固體燃料與二氧化碳反應(yīng)速度常數(shù)。
4.一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定方法，其特征在于，固體燃料與水蒸汽反應(yīng)速度常數(shù)的測定按照如下步驟進行: (1)制備固體燃料焦炭試樣； (2)將5~10克固體燃料焦炭試樣放進反應(yīng)爐中； (3)將水蒸汽發(fā)生器中的蒸餾水加熱并穩(wěn)定在50~90°C范圍內(nèi)的一定溫度； (4)打開第三閥門、第四閥門和第六閥門，以15~30L/min的流量將氮氣通入水蒸汽發(fā)生器，水蒸汽與氮氣混合后進入反應(yīng)爐； (5)反應(yīng)爐以10~20°C/min的升溫速率將反應(yīng)物料加熱至650°C并恒溫，氣體分析儀測定反應(yīng)爐出口 CO、CO2的含量； (6)反應(yīng)物料繼續(xù)升溫50°C并恒溫，氣體分析儀測定反應(yīng)爐出口CO、CO2的含量；(7)循環(huán)步驟(6)，直至反應(yīng)物料達到1150°C為止； (8)根據(jù)溫度記錄儀每次測定的反應(yīng)物料溫度和氣體分析儀測定的該反應(yīng)物料溫度下CO、CO2含量，計算固體燃料與水蒸汽反應(yīng)速度常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種固體燃料制氣過程反應(yīng)活性參數(shù)的測定方法，其特征在于，步驟(1)的制備固體燃料焦炭試樣具體按照如下步驟進行: a.將原料煤篩分成粒度為3~6mm的試樣，試樣稱重后放在反應(yīng)爐中； b.打開第三閥門和第五閥門，將氮氣瓶內(nèi)的氮氣以15~30L/min的流量通入反應(yīng)爐內(nèi)， c.反應(yīng)爐以10~20°C/min的升溫速率將反應(yīng)管加熱到850°C后，用氣體分析儀分析反應(yīng)爐出口的氣體組成，測得排出氣體的氮氣含量為98%以上后反應(yīng)爐停止加熱； d.反應(yīng)爐冷卻到常溫后，取出料托中的焦炭作為固體燃料反應(yīng)速度常數(shù)測定用的焦炭試樣。
【文檔編號】G01N25/12GK103543171SQ201310507254
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】項友謙, 李宏鎖, 王啟, 高文學(xué) 申請人:天津市迅爾自控設(shè)備制造有限公司, 國家燃氣用具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心