多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范

煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础,是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术.本文详细介绍了多喷嘴对置煤气化技术的特点,研究开发的方法和过程,多喷嘴对置的水煤浆和粉煤气化中试装置的运行情况,多喷嘴对置的水煤浆气化技术工业示范装置的运行情况.示范结果表明,同样采用北宿精煤的国泰化工有限公司多喷嘴对置气化炉与鲁南化肥厂Texaco气化炉相比,碳转化率提高3个百分点以上,比氧耗降低约8%,比煤耗降低2%～3%;同样采用神府煤的华鲁恒升化工有限公司多喷嘴对置气化炉与上海焦化厂Texaco气化炉相比,碳转化率提高3个百分点以上,比氧耗降低约2%,比煤耗降低约8%左右.工业运行结果表明,多喷嘴对置气化炉工艺指标先进,运行稳定可靠.

水煤浆气化过程研究及新喷嘴技术开发(上)

基于对气化过程的理论分析,建立了层次机理模型,提出了新颖的喷嘴开发模式.通过命题转化,在一系列冷模装置上对复杂的气化过程开展了全面的研究.实验数据与工业运行数据表明,所提出的新型喷嘴性能优于进口喷嘴.

水煤浆气化过程研究及新喷嘴技术开发(下)

基于对气化过程的理论分析,建立了层次机理模型.提出了新颖的喷嘴开发模式.通过命题转化,在一系列冷模装置上对复杂的气化过程开展了全面的研究,实验数据与工业运行数据均表明,所提出的新型喷嘴性能优于进口喷嘴.

煤气化过程反应模型研究进展

煤炭是我国能源安全的压舱石,煤气化作为煤炭清洁高效利用的核心技术对实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要作用。基于动态原位表征揭示煤气化反应机理并建立煤气化模型,对拓展煤炭和生物质等含碳物料作为气化原料的适用性,开发新型高效的气化技术有重要的理论指导价值。同时,煤灰的流动性质是影响气化炉长周期稳定运行的关键指标。本文详细综述了煤气化过程的动力学模型、热力学模型、床层模型以及煤灰流动性的预测模型,对比了各类模型的优缺点、适用的条件以及描述气化过程的性能,指出了不同方法建立的模型存在的问题,为气化过程的总包反应模型建立提供了理论指导,并针对煤气化过程反应模型未来的研究重点进行了展望。

气流床气化过程多结构单颗粒煤焦燃烧-气化反应特性数值模拟研究

煤气化技术是现代煤化工的核心技术,气流床气化炉内的高温颗粒是气化反应过程的重要载体,其反应特性与其粒径、孔隙率及在气化炉内所处的反应环境密切相关。目前针对炉内颗粒开展的实验研究均需借助可视化装置,受到了气化炉内复杂的环境、高温内窥镜光路尺寸、内窥镜前端镜片抗颗粒污染能力及成像系统有效分辨率等诸多条件的限制。采用CFD数值模拟的方法,能够在更微小层面和颗粒内部对颗粒燃烧-气化反应过程进行研究,直观观测其行为特性。将颗粒设置为实心结构、凹孔结构和突起结构,比较了三种结构颗粒在不同环境温度和气固两相相对速度条件下的燃烧-气化反应特性。模型验证表明该模型能有效描述单颗粒煤焦反应特性。结果表明:不同结构颗粒模型有相似的火焰形态和温度分布特征,环境温度升高和气固两相相对速度增加均会使颗粒整体反应程度增加,气固两相相对速度对颗粒火焰形态和颗粒内部温度梯度的影响更大;随着气固两相相对速度的增加,结构对颗粒反应特性的影响更加明显;增大接触面积并不总是有利于颗粒整体反应的进行。

氮掺杂技术在碳基材料中的应用进展

碳材料具有较大的比表面积、较强的吸附能力、丰富的表面官能团等理化性质,在催化、吸附、电化学等领域广泛应用.氮掺杂可以增强碳材料表面极性、提高表面润湿性、降低离子吸脱附时的能垒、修饰碳原子表面电子结构等,是改善碳材料理化性能的有效手段.目前,已有较多文献对氮掺杂碳材料在催化、电化学领域的应用进行了广泛综述,但均是针对某一具体领域的应用,而针对氮掺杂技术尤其是多原子共掺杂在碳基材料中各个领域应用的整体性综述还较少.因此,本文从N原子和多原子共掺杂碳材料的制备方法及性能出发,对其在催化、吸附、电化学等领域的作用机理及应用现状进行综述,并对未来可能开展的研究方向进行展望和分析,以期为氮掺杂碳材料的新型制备和工业化发展提供思路和借鉴.

CaO/HZSM-5复合催化剂调控水稻秸秆和PVC共热解产物的协同作用研究

生物质与废旧塑料共热解是实现两者资源化利用的潜在技术之一,不仅能制备高附加值的富烃生物油,还可实现废弃物的洁净资源化利用,减轻环境污染。然而,产物的复杂性限制了共热解技术的进一步应用。本研究以农作废弃物水稻秸秆(RS)和聚氯乙烯塑料(PVC)为研究对象,采用热重-质谱联用仪(TG-MS)和热裂解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)研究两者单独及共热解特性,并考察CaO和HZSM-5复合催化剂对热解产物的协同调控规律。结果表明,PVC和RS在共热解过程中具有相互作用,促进了芳烃化合物的产生。生物油中烃类化合物的相对含量高达66.78%。其中,芳烃的相对含量达到64.17%。相较于RS单独热解,共热解焦油组分中含氧化合物的含量下降62.05%,有效提高了生物油的氧化稳定性。CaO/HZSM-5复合催化剂相较于CaO、HZSM-5单独催化剂,热解产物油中C_(4)−C_(10)烃类化合物的相对含量分别增加2.81%、5.06%,表现出更好的轻质芳烃选择性。在CaO/HZSM-5复合催化剂协同作用下,生物油中单环芳烃的相对含量为34.34%,大于理论计算值33.03%。而多环芳烃的相对含量为28.21%,小于理论计算值31.22%,表现出较好的单环芳烃选择性。此外,CaO/HZSM-5复合催化剂促进大量氯元素以CaCl_(2)等氯化物的形式固定在半焦中,显著降低了Cl元素的气相释放。

气流床煤气化的技术现状和发展趋势

气流床煤气化是煤高效洁净利用的关键技术。综述了具有代表性的气流床煤气化技术的应用现状,探讨了影响水煤浆气化的主要因素,如烧嘴、耐火砖、激冷环等,分析了干煤粉气化的技术优势和存在的问题,并阐述了发展趋势。水煤浆气化已积累丰富经验,而干煤粉气化的实践较少,应用于化工领域还有待工程检验。基于国内煤气化技术的研究开发现状和工业运行情况的分析,提出了发展我国煤气化技术的战略。

多喷嘴对置式水煤浆气化技术

煤气化是实现煤炭洁净利用的关键。简要评述了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用基础研究,包括大型冷模研究、小型热模试验、雾化性能研究及合成气初步净化研究等,介绍了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的中试概况。阐述了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点及其与引进水煤浆气化技术的区别,并对该技术的工程应用进行了介绍。

神府煤焦与水蒸气、CO_2气化反应特性研究

采用高温微量热天平和自制水蒸气发生装置进行神府煤焦与水蒸气和CO2气化实验,考察热解速率、不同气化剂(CO2和水蒸气)以及温度对气化反应的影响。用扫描电镜和吸附仪测定煤焦的初始结构。两种煤焦孔径为2nm～170nm的孔占总孔容的90%以上。神府快速煤焦(FP)与水蒸气气化活性比慢速煤焦(SP)高4.16倍,FP比SP挥发分脱除快,破坏其孔结构,减少缔合机会和二次反应。SP的BET比表面积为1.0777m2/g,FP的BET比表面积为1.8939m2/g。SP与水蒸气气化活性是CO2的9.94倍,FP与水蒸气的气化活性是CO2的7.15倍,水蒸气比CO2气化时进入的孔径范围广及水蒸气比CO2更容易解离。同种煤焦与水蒸气和CO2气化时的气化速率与转化率之间的趋势相近。用随机孔模型拟合并求取反应动力学参数,温度对SP与水蒸气、CO2反应速率,以及FP与水蒸气反应速率影响相似,而对FP与CO2反应速率影响明显比前三个反应要小。

非等温热重分析研究煤焦气化动力学

使用等温法和非等温法热重分析研究了神府煤焦气化反应动力学.在非等温法中,Doyle和Coats-Redfern近似函数都可以模拟煤焦气化反应过程,两种函数在不同的升温速率下得到了与等温法相近的E值.对比两个函数拟合实验数据的相关系数,确定在非等温热重分析中使用Coats-Redfern函数在15℃/m in的升温速率下求取煤焦气化反应动力学参数是一种既简便又准确的方法.

热解条件对煤焦气化活性影响的研究进展

简述了原煤性质与温度、压力和热解气氛等热解条件对煤焦结构和气化反应活性的影响;参考该领域的国内外研究成果,分析了热解条件影响煤焦气化反应活性的机理.由于实验设备和研究方法的差异,对温度和压力等热解条件对煤焦气化反应活性影响的评价不尽相同,但总体来讲,热解终温越高、停留时间越长、升温速率越快、热解压力越大,煤焦的气化反应活性越低;热解过程中,原煤性质的差异也会影响煤焦的结构和气化反应活性.煤焦的石墨化应该是导致煤焦气化反应活性下降的主要原因,因此,热解条件的改变,特别是温度和压力的改变对煤焦石墨化进程的影响值得进一步研究.

随机孔模型应用于煤焦与CO_2气化的动力学研究

考察970 ℃～1 165 ℃,北宿、神府、忻州、潞安煤焦与CO2在热天平中的气化反应,用恒温法进行热重分析,考察煤种、气化温度、灰分对煤焦气化的影响.用随机孔模型模拟北宿煤反应速率与碳转化率的关系曲线,与未反应芯缩核模型和混合模型模拟结果比较.在化学控制区内,实验数据用随机孔模型拟合最佳.1 066 ℃和1 165 ℃气化数据拟合的相关系数为0.99,970 ℃拟合效果较差.随机孔模型作为简单、精度高的模型可应用于煤炭气化反应中.应用此模型计算四种煤焦反应活化能、指前因子、孔结构参数、A0等动力学参数值.同一煤种气化反应温度越高初始反应速率越大,结构参数体现了孔结构变化对反应的影响,随着温度的升高值减小.

煤焦二氧化碳气化动力学研究 (Ⅰ)等温热重法

在常压热天平上以等温法来研究神府煤焦 - CO2 气化反应 ,并用多种方法来求算动力学参数 ,实验结果表明 :随气化反应温度增加 ,煤焦炭转化率明显增加 ;不同反应温度下 ,煤焦 - CO2气化反应在 1 2 0 0℃以下为动力学控制阶段 ,1 2 0 0℃以上逐步过渡到扩散控制 。

煤焦水蒸气气化特性及动力学研究

运用等温热重法 ,对三种不同的煤焦 ,在反应温度 90 0℃～ 1 2 0 0℃之间进行水蒸气气化实验 .分别考察了常压下反应温度、水蒸气分压和煤种对反应的影响 ;并且对不同煤焦的反应进行动力学计算 ,求取动力学参数 .研究发现 ,煤焦水蒸气的反应与煤焦 - CO2 的反应相比速率要快得多 ,并且随反应温度升高 ,反应速率急剧增大 .

新型气流床粉煤加压气化技术

气流床粉煤加压气化技术具有原料消耗低,碳转化率高,热效率高,煤种适应性强等优势。我国具有自主知识产权的气流床粉煤加压气化技术中试装置在兖矿鲁南化肥厂运行成功,各项技术指标分别为:有效气体积分数89%～93%,碳转化率98%～99%,比氧耗0.30～0.32m3/m3,比煤耗0.53～0.54kg/m3,冷煤气效率≥84%。

煤焦二氧化碳气化动力学研究 (Ⅱ)非等温热重法

利用热失重仪以恒升温速率 (非等温 )法研究煤焦 - CO2 气化反应 ,并用 Ozawa法和单一升温速率法来求解动力学参数 .结果表明 :Ozawa法和单一升温速率法求解得到的动力学参数差异大 ;单一升温速率法求得的不同升温速率下表观活化能和指前因子呈线性相关性 ;表观活化能随升温速率增加呈线性减小 .

用热失重仪研究煤快速热解

通过对原热失重仪气路进行改造 ,利用等温热重实验法研究快速加热条件下煤的热解 ,研究结果对认识气化炉内煤气化反应过程及设计、运行气化炉有重要意义 .研究表明 :煤从室温进到高温炉后 ,首先发生一个极快速裂解脱挥发分过程 ,它在 8s内可脱除绝大部分挥发物 ,然后是慢速脱挥发分过程 ;热失重仪炉温越高 ,煤挥发分析出量越大 ,有些煤快速热解可析出比其工业分析更多量的挥发分 ;煤越年轻 ,煤粒越细小 ,煤量越少 ,其挥发分析出量越大 ;煤粒快速热解焦渣电镜照片显示 ,焦渣颗粒黏结在一起 ,大颗粒表面有很深裂纹生成 ;煤挥发分的脱除速度是慢速热解 (升温速率 <40℃ /min)与快速热解的最大差异 .

型煤固硫效果影响因素的研究

通过正交试验研究固硫剂品种、粒度、钙硫比 (固硫剂用量 )、固硫温度、粘结剂、原煤粒度、固硫助剂对型煤固硫效果影响。实验发现 :钙硫比和固硫剂品种是影响型煤固硫效果最显著的因素 ;CaO、CaCO3、Ca(OH) 2 3种钙基固硫剂中Ca(OH ) 2 的效果最好 ;钙硫比越大 ,固硫剂颗粒越小 ,固硫效果越好 ;钙基固硫剂最佳固硫温度是 80 0～ 10 0 0℃ ;不同粒级原煤颗粒的型煤固硫效果不同 ;MS粘结剂是理想的固硫型煤粘结剂。

添加剂对型煤固硫促进作用的研究

研究了添加剂对型煤高温（１２００℃）固硫效果的影响．实验发现：ＭｇＯ对Ｃａ（ＯＨ）２固硫反应有较强促进作用；在钙基固硫型煤中同时加入硅酸盐和Ｆｅ２Ｏ３，可大大提高固硫效果，其ＸＲＤ图表明灰渣中形成了一些耐高温物质和 ＣａＳＯ４复盐（Ｃａ３Ａｌ６Ｏ１２·ＣａＳＯ４）；并得出 ＭＳ型煤的Ｃａ（ＯＨ）２和 ＭｇＯ加入摩尔比和固硫率关系的回归方程．