低焦油固定床气化研究进展

随着环保要求日趋严格,固定床气化焦油引起的环境问题成为制约固定床气化技术发展的瓶颈,低焦油气化应得到重视。本文介绍了固定床气化中实现低焦油气化的途径及影响因素,分析了各工艺条件对焦油产量的影响,阐述了两段炉、下吸式炉型以及两段供风式气化炉降低焦油的原理。较为普遍的是将下吸式与两段式气化炉相结合,生成的焦油含量低,燃气热量高,炉内热量损失率低,多用于生物质气化技术开发。喉口结构既能增加气速,又能提高炉内温度,促进炉内焦油裂解。气化原料、粒径、气化工艺(气化终温、压力、气化剂、催化剂等)是影响焦油产率的重要因素。高挥发分的气化原料(低阶煤、生物质等)生成的焦油较多,挥发分较低的高阶煤焦油含量很少。粒径影响挥发分析出与传热,从而影响焦油产率。温度的影响主要在于焦油裂解,焦油裂解占裂解反应的主反应时,随温度上升,焦油产率逐渐降低,因此,部分催化剂与后续脱焦油技术需根据温度对焦油的热裂解作用来降低焦油含量。增大压力会抑制挥发分析出,有利于减少焦油。通入适量水蒸气能降低焦油含量,增加氢气含量,但会降低气化温度,需进行定量参数调节。各种催化剂能有效降低焦油含量且改变煤气热值,但催化剂反应条件严格,会增加气化成本。低焦油气化能产生清洁的新能源,是固定床气化技术的重要突破,既能提高低阶煤利用率,又能解决高挥发分的生物质、城市垃圾气化问题。煤气中焦油含量减少,有效气体成分提高,有效缓解低热值气化原料产气热值过低的问题。

神木长焰煤CO_(2)气化动力学不同模型的拟合分析

为获得适用、精度高的气化动力学模型,介绍并研究了5种不同的气化动力学模型对神木长焰煤的适用性。利用德国NETZSCH STA 409PG热天平,采用等温法进行神木长焰煤CO_(2)气氛中气化动力学分析。将碳转化率-时间的关系曲线分别用随机孔模型(RPM)、未反应芯缩核模型(SCM)、混合模型(BM)、均相模型(HM)、修正体积模型(MVM)进行拟合并做出分析与比较,采用相关系数R^(2)检验拟合结果与试验结果的符合程度,发现5种模型的拟合精度从高到低依次为:混合模型>修正体积模型>均相模型>未反应芯缩核模型>随机孔模型,混合模型更适用于神木长焰煤的CO_(2)气化反应动力学模拟。根据阿伦尼乌兹(Arrhenius)公式,得到不同模型的活化能和指前因子并进行对比,R2检验结果从高到低依次为:随机孔模型>未反应芯缩核模型>混合模型>均相模型>修正体积模型。结果表明:900和1000℃拟合效果普遍优于800℃,在气化模型拟合中,混合模型最为合适;在活化能分析时,随机孔模型拟合最佳;不同模型预测的CO_(2)气化活化能在61~143 kJ/mol,与相关文献的结果基本一致。

新型固定床气化模拟及验证

为探究新型固定床气化炉工艺操作条件。选用低阶煤,煤颗粒平均粒径10 mm,加煤量35 kg/h,氧气量10 m^(3)/h,运行压力设定为0.1 MPa进行试烧试验。分别进行Fluent动力学数值模拟与Aspen Plus热力学数值模拟,与实际试烧数据对比。结果表明,Fluent模拟的上出气口CO、H_(2)、CH_(4)、CO_(2)体积分数与试烧的绝对误差分别为0.027、0.010、0.020、-0.057,下出气口CO、H_(2)、CH_(4)、CO_(2)模拟体积分数与试烧绝对误差分别为-0.038、0.007、0.003、0.037,而Aspen Plus上出气口CO、H_(2)、CH_(4)、CO_(2)模拟体积分数与试烧的绝对误差分别为0.025、-0.028、0.012、-0.009,下出气口CO、H_(2)、CH_(4)、CO_(2)模拟体积分数与试烧数值的绝对误差分别为-0.022、0.010、0.002、0.010,Aspen Plus模拟结果除上出气中H_(2)体积分数的绝对误差为-0.028,其余各组分的误差绝对值≤0.025,因此选择该模型进一步研究O_(2)流量与煤质量流量比(O_(2)/煤)及H_(2) O与煤的质量流量比(H_(2) O/煤)对煤气组成的影响。发现当O_(2)/煤为0.328,H_(2)O/煤为0.405时,上、下两段出气表现出较好的特性,热值较高,均达11 MJ/m^(3)以上,可作为气化过程中的推荐操作参数。