工程科学学报，第38卷，第11期：1539-1545,2016年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.11:1539-1545,November 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.11.005:http://journals.ustb.edu.cn 分段尝试法研究半焦/C0,气化反应过程动力学 张黎，吴铿四，杜瑞岭，巢昌耀，徐大安 北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:wukeng(@metall.usth.edu.cn 摘要为了深入了解半焦与C0,的气化反应过程动力学，本文通过不同升温速率下的非等温实验，确定在不同阶段下富鼎 半焦与C02的气化机理.采用分段尝试法研究富鼎半焦与C0,气化反应过程动力学，确定反应过程前期与后期的机理函数 分别为f(a)=(1-d0-l(1-d]和f(a)=(32)【1-a)1B-1],从而建立相应动力学模型，计算反应过程不同 阶段的动力学参数.通过对不同阶段的动力学模型进行数据拟合，实验数据与模型吻合较好，相关系数都大于0.98.最后，根 据求得的动力学参数，确定不同升温速率下活化能的补偿效应，即活化能与指前因子的关系式 关键词半焦：二氧化碳：气化反应：反应动力学：研究方法 分类号TF526·.2 A sectioning method to study the gasification reaction kinetics of semicoke with CO, ZHANG Li,WU Keng,DU Rui-ling,CHAO Chang-yao,XU Da-an State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:wukeng@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT Non-isothermal experiments were carried out at different heating rates to further study the gasification reaction kinetics of semicoke with CO2,and the gasification mechanisms of Fuding semicoke with CO were confirmed in different stages.Then,it is reasonable to adopt a attempting method of subsection to study the gasification reaction kinetics and confirm the mechanism functions of the earlier and later periods in the reaction process,which are f(a)=(1-a)[-n(1-]2 and f(a)=(3/2)[1-a)1], so the related kinetic parameters and corresponding dynamic models in different stages of the process are established.After data-fitting of the kinetic models in different stages,experimental data fit well with these models and the correlation coefficients are above 0.98. At last,according to the calculated kinetic parameters,it is clearly realized that there is compensatory effect for the activation energy at different heating rates,which is a relational expression between the activation energy and the pre-exponential factor. KEY WORDS semicoke:carbon dioxide;gasification reaction:reaction kinetics;study methods 半焦作为煤热解的一种副产品，其气化过程动力 型.不论是煤焦或者半焦、焦炭等，其与C02气化反应 学研究作为研究煤气化过程的基础性工作，对指导煤 过程的反应式都为C+C02=2C0,标准反应吉布斯自 的气化动力学过程与有效资源利用具有重大的实际意 由能变化△.G9=166550-171T,Jmol1 义.对于半焦与二氧化碳的气化动力学过程研究，前 不同的模型都被前人用来描述半焦气化的动力学 人已有不少研究和报导习，大部分都采用单一的模 过程.其中，广泛被研究者使用的模型有体积反应模 收稿日期：201601-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51274026)：榆林市科技计划资助项目(2014xy06)：陕西省自然科学基础研究基金面上资助项目 (2016JM5028)工程科学学报，第 38 卷，第 11 期: 1539--1545，2016 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 11: 1539--1545，November 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 11． 005; http: / /journals． ustb． edu． cn 分段尝试法研究半焦 /CO2气化反应过程动力学 张 黎，吴 铿，杜瑞岭，巢昌耀，徐大安 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: wukeng@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 为了深入了解半焦与 CO2 的气化反应过程动力学，本文通过不同升温速率下的非等温实验，确定在不同阶段下富鼎 半焦与 CO2 的气化机理． 采用分段尝试法研究富鼎半焦与 CO2 气化反应过程动力学，确定反应过程前期与后期的机理函数 分别为 f( α) = ( 1 － α) ［1 － ψln( 1 － α) ］1 /2 和 f( α) = ( 3 /2) ［( 1 － α) － 1 /3 － 1］－ 1 ，从而建立相应动力学模型，计算反应过程不同 阶段的动力学参数． 通过对不同阶段的动力学模型进行数据拟合，实验数据与模型吻合较好，相关系数都大于 0. 98． 最后，根 据求得的动力学参数，确定不同升温速率下活化能的补偿效应，即活化能与指前因子的关系式． 关键词 半焦; 二氧化碳; 气化反应; 反应动力学; 研究方法 分类号 TF526 + ． 2 A sectioning method to study the gasification reaction kinetics of semicoke with CO2 ZHANG Li，WU Keng ，DU Ｒui-ling，CHAO Chang-yao，XU Da-an State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: wukeng@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT Non-isothermal experiments were carried out at different heating rates to further study the gasification reaction kinetics of semicoke with CO2，and the gasification mechanisms of Fuding semicoke with CO2 were confirmed in different stages． Then，it is reasonable to adopt a attempting method of subsection to study the gasification reaction kinetics and confirm the mechanism functions of the earlier and later periods in the reaction process，which are f( α) = ( 1 － α) ［1 － ψln( 1 － α) ］1/2 and f( α) = ( 3/2) ［( 1 － α) －1/3 －1］－ 1 ， so the related kinetic parameters and corresponding dynamic models in different stages of the process are established． After data-fitting of the kinetic models in different stages，experimental data fit well with these models and the correlation coefficients are above 0. 98． At last，according to the calculated kinetic parameters，it is clearly realized that there is compensatory effect for the activation energy at different heating rates，which is a relational expression between the activation energy and the pre-exponential factor． KEY WOＲDS semicoke; carbon dioxide; gasification reaction; reaction kinetics; study methods 收稿日期: 2016--01--21 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51274026) ; 榆林市科技计划资助项目( 2014cxy-06) ; 陕西省自然科学基础研究基金面上资助项目 ( 2016JM5028) 半焦作为煤热解的一种副产品，其气化过程动力 学研究作为研究煤气化过程的基础性工作，对指导煤 的气化动力学过程与有效资源利用具有重大的实际意 义． 对于半焦与二氧化碳的气化动力学过程研究，前 人已有不少研究和报导［1--3］，大部分都采用单一的模 型． 不论是煤焦或者半焦、焦炭等，其与 CO2 气化反应 过程的反应式都为 C + CO2 2CO，标准反应吉布斯自 由能变化 ΔrG = 166550 － 171T，J·mol － 1 ． 不同的模型都被前人用来描述半焦气化的动力学 过程． 其中，广泛被研究者使用的模型有体积反应模