一种预测气化煤粒反应性的方法

技术特征：
1.一种预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，其包括如下步骤：s1：采用可视化设备得到气化反应中不同时刻的煤焦颗粒的图像；所述气化反应的温度为750℃～950℃，负载于所述煤焦颗粒的催化剂的负载量为0～10wt％；所述煤焦颗粒的初始当量半径为100μm～150μm；s2：根据s1所述煤焦颗粒的图像，测量不同时刻下所述煤焦颗粒的投影面积a和周长p；根据所述投影面积a，计算不同时刻下所述煤焦颗粒的收缩率b；s3：筛选所述图像中的至少两个所述煤焦颗粒；所述筛选的标准包括各所述煤焦颗粒在同一时刻下均具有近似的收缩率b，所述同一时刻是指从反应开始持续至反应结束的任意时刻；其中，所述近似的收缩率b是指收缩率不同的所述煤焦颗粒在同一时刻下的收缩率的差值在20％以内；s4：根据s3筛选后的所述煤焦颗粒的投影面积a，计算各所述煤焦颗粒在不同时刻下的碳转化率x，所述碳转化率是指筛选后的各所述煤焦颗粒的平均碳转化率；根据s3筛选后的所述煤焦颗粒的投影面积a和周长p，作拟合直线，计算分形维数d；s5：当待分析的所述气化煤粒具有与筛选后的所述煤焦颗粒存在相似的物性参数和相似的反应条件时，根据筛选后的所述煤焦颗粒从反应开始持续至反应结束的任意时刻的碳转化率x和分形维数d，确定所述气化煤粒的分形维数，预测所述气化煤粒的碳转化率；所述相似的物性参数包括：所述煤焦颗粒的收缩率与所述气化煤粒的收缩率的差值在20％以内，所述煤焦颗粒的当量半径与所述气化煤粒的当量半径的差值在15％；所述相似的反应条件包括：气化反应的温度在750℃～950℃的范围内，催化剂负载量在0～10wt％的范围内。2.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s1中，所述可视化设备包括摄像装置和/或显示装置；和/或，所述气化反应的温度为800～900℃，例如800℃、850℃或900℃；和/或，所述煤焦颗粒的初始当量半径为115μm～130μm；和/或，所述催化剂的负载量为0wt％、2.2wt％、4.4wt％、6.6wt％或10wt％；和/或，所述催化剂为碳酸钾；和/或，所述负载的方法为浸渍法；和/或，所述图像的拍摄间隔时间为20～40s；和/或，所述图像经imagej软件处理得到。3.如权利要求2所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s1中，所述可视化设备为高温热台显微镜；和/或，所述气化反应的温度为800℃、850℃或900℃；和/或，所述浸渍法包括如下步骤：将所述煤焦颗粒加入所述催化剂的水溶液中，加热搅拌至粘稠状，烘干即可；其中，所述加热的温度较佳地为70～80℃，所述烘干的温度较佳地为105℃；和/或，所述图像的拍摄间隔时间为20s或30s。4.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s2中，所述收缩率b的计算公式
①
为：
其中，a0为所述煤焦颗粒的初始投影面积，a
t
为t时刻所述煤焦颗粒的投影面积。5.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s3中，所述筛选的标准还包括：a)各所述煤焦颗粒的当量半径的差值在15％以内；b)各所述煤焦颗粒无分裂；c)各所述煤焦颗粒的边界明显。6.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s3中，所述筛选的标准还包括：去除反应性极差的煤焦颗粒、完全不反应的煤焦颗粒或反应过快的煤焦颗粒；所述反应性极差和完全不反应是指所述煤焦颗粒在所述气化反应从开始至结束的收缩率在10％以内，所述反应过快是指所述煤焦颗粒在所述气化反应中单位时间内收缩率的变化率在30％以上。7.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s3中，所述煤焦颗粒的数量为3个。8.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s4中，所述碳转化率x的计算公式
②
为：其中，a0为所述煤焦颗粒的初始投影面积，a
t
为t时刻所述煤焦颗粒的投影面积，a
a
为反应结束后所述煤焦颗粒的投影面积，ρ
p
为所述煤焦颗粒的密度。9.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s4中，所述分形维数d包括计算公式
③
和公式
④
为：为：其中，n为所述拟合直线的斜率，c为相似分形形状系数；根据不同时刻下，所述煤焦颗粒的投影面积的对数和周长的对数分别作为纵坐标和横坐标作直线拟合，得到拟合直线的斜率n和截距b；根据公式
③
，得到截距b的关系式为b＝-2lgc，从而计算所述相似分形形状系数c；将斜率n代入公式
④
得到分形维数d。10.如权利要求1所述的预测气化煤粒反应性的方法，其特征在于，s5中，当所述煤焦颗粒的气化温度与所述气化煤粒的气化反应的温度相同，且所述煤焦颗粒的催化剂负载量与所述气化煤粒的催化剂负载量相同时，确定所述气化煤粒的分形维数为s4中所述分形维数d，并得到所述分形维数的碳转化率x；或，当所述煤焦颗粒的气化温度与所述气化煤粒的气化反应的温度不同时，取所述气化煤粒的两侧气化温度的分形维数d，采用插值法计算得到所述气化煤粒的分形维数，并得到所述分形维数的碳转化率；或，当所述煤焦颗粒的催化剂负载量与所述气化煤粒的催化剂负载量不同时，取所述气化煤粒的两侧催化剂负载量的分形维数d，采用插值法计算得到所述气化煤粒的分形维数，并得到所述分形维数的碳转化率。

技术总结
本发明提供了一种预测气化煤粒反应性的方法。其包括如下步骤：S1：采用可视化设备得到气化反应中不同时刻的煤焦颗粒的图像；S2：计算不同时刻下煤焦颗粒的收缩率B；S3：筛选至少两个所述煤焦颗粒；S4：计算各煤焦颗粒在不同时刻下的碳转化率x；作拟合直线，计算分形维数D；S5：确定气化煤粒的分形维数，预测气化煤粒的碳转化率。本发明利用可视化设备计算煤焦颗粒的分形维数，从而表征煤焦颗粒的气化反应性，对了解真实气化反应环境和复杂流场中煤焦颗粒的反应特性具有重要的意义，根据预测结果调节工况运行条件如温度、氧气含量、给粉量等参数以保证气化煤粒气化效果，提高气化反应效率。率。率。


技术研发人员：王兴军 于广锁 陈雪莉 郭庆华 王亦飞 刘海峰 王辅臣 代正华 李伟锋 梁钦锋 龚岩 许建良 郭晓镭 赵辉 陆海峰 刘霞 沈中杰 陈倩 王伟成
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/12/16