化学渗透脱挥发分模型在碳基固体原料热化学转化领域应用进展

化学渗透脱挥发分模型(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)用于快速升温条件下煤炭脱挥发分的模拟,可以预测不同煤种热解过程中焦油、半焦和轻质气体的实时产率。模型基于晶格模型构建煤炭化学结构,具有煤种适用性广、输入参数少的特点,得到广泛关注。首先介绍了CPD模型的发展历程、煤炭模型构建方法和热解反应路径假设与动力学参数计算等,进而综述了CPD模型在煤炭、油页岩和生物质等碳基固体原料热化学转化领域的应用进展。为提高CPD模型在煤炭热转化领域的准确性和适用性,我国学者根据中国煤种结构分析建立了更准确的晶格参数计算方法。通过改进CPD模型中热解反应路径并修正动力学参数使模型更接近真实热解过程,通过对煤颗粒内部温度梯度分布修正及算法改进使得模拟更接近实际热解工况。在油页岩热转化方面,相关学者从油页岩中干酪根化学结构出发,结合油页岩热解特性建立了用于描述其热转化的CPD模型。通过分析生物质的结构特点和反应特性建立了生物质CPD模型,并从化学结构、热解反应路径以及动力学参数等方面进行改进来扩展模型的适用性。CPD模型虽然已得到了广泛应用,但根据煤炭元素分析和工业分析获得拟合参数适用的煤种范围较窄,准确性有待提高,需要进一步通过化学结构表征的方法建立更准确的碳基固体原料结构模型。CPD模型对热解反应过程进行了较大简化,需要根据实际热解反应路径进行修正,包括考虑煤炭热解过程中的二次反应、焦油之间的偶联、反应中自由基变化等问题。现有的CPD模型未考虑煤炭地下热转化过程的应力作用,需要从力-热耦合等复杂反应条件出发进行改进以提高模型的适用性。

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法(level set)和流体体积法(volume of fluid)相耦合的方法(coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF)可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。

FLUENT在旋风分离器气固分离中的应用进展

旋风分离器作为一种具有结构简单、无运动部件、维修方便、分离效率高等优点的气固分离设备,近年来在理论研究及工程应用等方面受到了研究者的广泛关注。FLUENT具有强大的网格支持能力、丰富的物理模型、先进的数值算法及强大的前后处理能力,广泛应用于航空航天、石油化工、材料、冶金、环保等领域的模拟优化。本文就近年来FLUENT软件在旋风分离器气固分离中的应用成果和发展情况进行了总结和评述,并进行了展望。

Aspen Plus在煤热解技术中的应用进展

Aspen Plus是基于稳态化工过程模拟、优化、灵敏度分析和经济评价等的大型化工流程软件,广泛应用于石油化工及煤化工过程的模拟优化。煤热解技术作为一种煤炭资源清洁、高效、综合利用的有效途径,近年来在理论研究及工程应用等方面受到了研究者的广泛关注。本文就近年来Aspen Plus软件在煤热解方面的应用成果和发展情况进行了总结和评述,同时也指出了目前研究的不足,并进行了展望。

一种新型下排气旋风分离器的数值模拟

为了研究新型下排气旋风分离器的流场分布规律,借助ANSYS FLUENT软件采用RSM和DPM对其进行气固两相流动数值模拟。在试验数据验证数值模拟结果准确性的基础上,对比分析了不同入口风速10,15,20,25,30 m/s下新型下排气旋风分离器不同截面上(Z=20,180,350,400,500,700 mm)的压力场、速度场。研究发现:新型旋风分离器内部流场为单旋流,相对于常规旋风分离器气流流程短,压降低;不同截面上流场差异大,排气管部位存在二次涡现象;锥部为偏离几何中心的旋转气流,筒部区域流场呈现高度的轴对称分布;径向流动整体较弱,对流场的影响不大;入口风速与压降呈正相关关系;新型下排气旋风分离器对细颗粒的分离效率较高,当颗粒粒径小于5μm时,分离效率随着入口风速的增大而增大,对于粒径大于5μm的颗粒,分离效率随着入口风速的增加先增大后降低,在入口风速为25 m/s时达到最大。

煤热解催化剂的研究现状及未来发展趋势

基于低阶煤的中低温热解技术适宜于我国煤炭资源的特性,而热解催化有利于实现煤炭向高值化学品的定向转化,分析了煤热解催化剂的类型及其对热解过程中焦油轻质化的催化效果,提出了热解催化剂未来研究的重点,主要包括热解催化剂的制备与改性优化研究、在线热态催化、催化定向转化调控机理、循环再生研究等,简述了煤热解催化剂的应用前景和技术经济优势。

粉煤热解干法熄焦余热回收工艺流程分析及模试

针对现有粉煤热解生产过程中水资源消耗大、半焦水分含量高、环境污染严重等问题,本文提出利用惰性气体作为熄焦介质实现干法熄焦以及余热回收干燥煤粉的新工艺。通过系统模拟研究不同循环介质(氮气、二氧化碳、烟气及煤气等)的初始温度、水汽含量、流量等操作条件对热解半焦熄焦冷却后温度和煤干燥预热后温度的影响规律,分析该工艺节水、节能效果,开展了万吨级粉煤热解模试验证。结果表明,采用干法熄焦处理热解半焦并回收余热的工艺技术可行,熄焦后半焦温度和煤干燥预热出口温度与干燥介质种类无显著关系,与气体比热容密切相关;与湿法熄焦相比,干法熄焦工艺具有显著节能效果且耗水为零,在满足工艺要求的同时可以回用半焦显热的65%~75%。理论分析和试验均证实了干法熄焦余热回收具有良好的应用前景。

西安地区市政污泥泥质分析及其处置方式探讨

对西安地区典型污泥特性进行了检测分析,对当前我国主要的污泥处置方式进行了阐述,探讨西安地区适宜的污泥处置方式。泥质分析结果为,含水率81%~86%,p H7.03~7.75,有机物含量60%~69%,灰分29.94%~36.26%,挥发分54.39%~59.13%,高位发热量14.73~16.47 MJ/kg,少数重金属含量超出土地利用国家相关标准规定,格金焦油产率25%~30%,半焦产率41%~47%。基于泥质分析,以及土地资源紧张,污泥产量大、增长快等西安地区现状,污泥的焚烧及干化热解资源化技术有望成为当地污泥处置的重要方式,焚烧项目在选址时需留意"邻避效应"。