固体废物在固定床式热解炉内热解产气特性的实验研究

垃圾热解技术以其较低的污染排放和较高的能源回收率在固体废弃物处理领域里占有重要地位。利用小型外热型热解炉对城市垃圾、生物质及有害固体废弃物进行热解实验 ,分析发现 ,物料的挥发分、加热方式以及热解终温等对产气影响大 ,随温度的增加产气中H2 含量逐渐增多 ,C2 H4和C2 H6 的含量逐渐下降 ,气体热值有一个最大值。

固定床式气化炉内部流场的数值模拟研究

以固定床式煤气化炉发展兴起的型煤富氧气化技术是符合我国能源战略政策的新技术。为掌握现有气化炉生产特性,采用计算流体动力学软件进行数值模拟。在建立与实际相对应的常压气化炉几何模型基础上,选用k-ε双方程模型、流体输运模型、SIMPLE方法求解N-S方程、P1模型,模拟出炉膛内的组分浓度场、温度场,为进一步研究炉内的燃烧状况、优化燃烧过程和指导生产工艺改进提供了理论依据。

基于蓄热式固定床气化装置的木质生物质固废气化CFD模拟

基于计算流体力学-稠密离散相模型,建立新型蓄热式气化装置的数值模拟模型,根据上吸式固定床气化特性优化了前处理设置,研究不同过量空气系数下炉内流体流速、压力、温度与组分的分布,分析炉内各组分质量分数在不同时刻及过量空气系数下的分布及演化规律。研究表明,颗粒床层为影响流体流速、压降的主要因素,流体流经床层产生了50~75 Pa的压降。炉内温度场呈现出明显的干燥-热解-还原氧化分区,各工况的温度曲线几乎重叠,大致存在4个拐点。在低过量空气系数区间,气化剂流率的提升对燃气组分影响不大。气化装置的设计有利于提升燃气中H2的质量分数及CO/CO_(2)的质量分数之比,有效提升了燃气热值。

缠绕管式固定床反应器压降模拟与实验研究

针对装填不同形状颗粒的缠绕管式固定床反应器,建立颗粒床层的物理模型,通过CFD-DEM(计算流体力学-离散元法)耦合模拟的方法,探究颗粒形状和缠绕管结构参数对床层空隙率、流体分布的影响,利用缠绕管式固定床反应器实验台对高雷诺数单相流动状态下的压降进行精确测量。结果表明:缠绕管螺距、层间距越小,床层空隙率越大,管径的变化对空隙率几乎没有影响。球形颗粒床层的流场分布差异较大,圆柱、棱柱颗粒床层流体分布均匀性依次改善。球形颗粒的CFD-DEM耦合模拟结果与实验结果吻合较好,但是非球形颗粒的模拟结果与实验结果存在一定误差。对多种压降预测公式进行对比,最后根据实验结果对常用的Ergun公式、Nemec-Levec公式进行常系数项修正来准确预测压降,研究结果可为缠绕管式固定床反应器设计和压降预测提供参考。

常压间歇式固定床气化工艺间冷改造概述

常压间歇式固定床气化工艺(UGI气化)在我国的应用与发展已超过60 a,曾在合成氨/氮肥行业气化工艺中占主导地位。近年来,由于节能减排及政策等方面的原因,UGI工艺退出历史舞台进入倒计时,UGI气化间冷改造[主要需增设自洁式过滤器、板式(管式)换热器]几乎成为现存UGI气化炉延续生命周期的唯一出路。对比分析UGI气化间冷改造前后气化系统工艺流程,介绍间冷改造的工艺特点、可解决的环保问题,梳理国内UGI气化间冷改造的技术厂家、主要业绩、运行问题及解决措施等。总之,UGI气化间冷改造技术已完全成熟,完全可解决造气循环水废气挥发、污泥和湿渣大量产生、废水处理等环保问题;寻求工艺上适合且投资较低的增量水处理技术,是UGI气化间冷改造下一步的工作重心。

上吸式固定床气化炉处理中药渣的试验应用研究

以中药渣和建筑模板料为原料,采用上吸式固定床气化炉及工业锅炉供热装置进行对比试验,探讨两种原料在不同气化氛围(空气、空气−蒸汽混合气)下炉内压力和温度变化、气化效率、燃气产率以及蒸汽产率等。结果表明,中药渣和建筑模板料在空气中的气化温度和压力变化差异较小,气化条件相近。两种原料在空气−蒸汽气氛下燃气产物热值(6.0 MJ/m^(3)和6.5MJ/m^(3))明显高于空气气氛下的燃气热值(5.2MJ/m^(3)和5.4MJ/m^(3));在添加蒸汽气氛下气化,炉内温差更小,压力更为稳定。在空气为气化剂条件下,两种原料的气化效率分别为80.17%和84.01%,燃气产率分别达到了2.05 m^(3)/kg和2.40 m^(3)/kg。此外,在气化炉−锅炉系统高负荷运行条件下,每生产1t饱和蒸汽需要消耗277.78 kg中药渣或232.56kg建筑模板料。采用建筑模板料进行气化实验,虽然在气化效率等方面均优于中药渣,但由于两种原料元素含量和气化条件及结果大致相同,因此,中药渣可有效替换建筑模板料,实现中药渣的自循环利用。

山西天泽常压固定床间歇式煤气炉环保升级及替代改造之路

山西天泽煤化工集团股份公司以晋城无烟块煤为原料,气化系统采用常压固定床间歇气化工艺(下属永丰公司有40台煤气炉、煤气化厂有60台煤气炉),主产品产能为1 800 kt/a合成氨、3 000 kt/a尿素。在环保政策倒逼下,基于企业的实际情况,2020年以来山西天泽气化系统改造分两步开展:第一步对现有气化系统进行环保升级过渡改造——2021年完成造气炉系统煤气直冷改间冷(及配套)改造,2022年6月完成造气间冷增量水蒸氨技改;第二步对固定床间歇气化工艺进行替代改造——煤气化厂最终确定(原计划采用粉煤加压气化工艺,后因故搁置)采用纯氧连续气化工艺(设计产能为3 000 t/d氨醇),永丰公司采用纯氧连续气化工艺(设计产能因故缩减至360 kt/a合成氨、100 kt/a甲醇),煤气化厂、永丰公司均配套建设空分装置,下游生产系统及公用工程系统均以利旧为主。山西天泽的固定床间歇式煤气炉全部淘汰任务力争于2024年9月完成。

基于下吸式固定床的木片气化试验

樟子松木材是中国一种重要的生物质能源原料,通过气化技术可将其转化为高热值生物燃气,用于内燃机发电。该文研究了下吸式固定床气化系统中当量比(ER)对樟子松木片气化性能的影响,并且对气化副产物炭和焦油的基本特性进行了分析。结果表明,气化最优ER值为0.251,可燃气热值为4.55 MJ/Nm^3,可燃气成分为CO(17.47%,以体积分数计,下同)、H2(14.67%,以体积分数计,下同)、CO_2(12.43%,以体积分数计,下同)、CH_4(2.12%,以体积分数计,下同),可燃气焦油含量为350 mg/Nm3,冷气效率为65.46%,具备较强的气化发电潜力。木炭的低位热值和比表面积分别为28.17 MJ/kg和342 m^2/g,可制备成型炭燃料和高比表面积活性炭。轻质焦油主要成分为酚类(36.75%,以质量分数计,下同)、乙酸(22.14%,以质量分数计,下同)和酮类(13.73%,以质量分数计,下同),可制成植物生长调节剂;重质焦油主要成分为杂环的芳香烃(59.98%,以质量分数计,下同)、1环的轻质芳香烃(4.71%,以质量分数计,下同)和2-3环的轻质多环芳香烃(16.48%,以质量分数计,下同),可制备高附加值芳香烃类化学品。小试规模的木片气化试验研究将为大规模的气化发电工艺和设备提供优化设计参数。

下吸式生物质固定床气化炉研究进展

随着全球能源需求的不断增加和化石能源的日趋枯竭,生物质固定床气化技术作为一种清洁的可再生能源利用技术,引起许多研究者的关注。与上吸式固定床气化炉相比,下吸式具有可燃气焦油含量低、炭转化率高、可燃气热值高、可燃气产品用途广的优点。笔者详细介绍了下吸式生物质固定床气化炉的原理、分类、单段下吸式固定床以及两段下吸式固定床的研究现状,并且在综述的基础上,对下吸式固定床气化炉的应用研究提出了展望。

上吸式固定床气化炉处理生活垃圾时二噁英的形成与迁移

分析了上吸式固定床气化炉处理生活垃圾过程产物中二噁英的分布特征,系统研究了垃圾气化过程中二噁英的形成和迁移机制.结果表明:气化炉出口烟气经湿法洗涤和电捕焦油器净化后,其中的二噁英含量为0.48 ng I-TEQ/Nm3,洗涤水和焦油中的二噁英含量较高,分别为8259.50 ng I-TEQ/L和5941.84ng I-TEQ/kg;垃圾气化过程中二噁英的总排放因子为165.86μg I-TEQ/t-垃圾,其中96.06%通过炉渣排放,3.58%存在于焦油中,仅0.35%随烟气排放,因此炉渣是二噁英的主要排放源,这与生活垃圾焚烧过程中二噁英的排放不同.二噁英的同系物分布特征表明,炉渣、洗涤水、焦油、烟气中的二噁英主要在气化炉内合成,而不是在烟气净化过程中.运用上吸式固定床气化炉处理生活垃圾过程中,控制炉内二噁英的产生是减少二噁英类物质排放的关键.

应用固定床式生物反应器大规模制备慢病毒

目的研究应用固定床式生物反应器制备慢病毒的工艺。方法分别在2个1.5 L固定床式生物反应器中,加入50 g片状载体,接种293T细胞,当细胞生长3 d,细胞密度达1.0~1.5×10~7个/m L时,使用聚乙烯亚胺(polyethylenimine,PEI)作为转染介质转染质粒制备慢病毒;分别根据葡萄糖消耗进行换液培养收获和连续灌流收获病毒原液,采用逐孔稀释滴度测定法检测病毒滴度。结果换液培养共收获6 L慢病毒原液,收获时间持续5 d,病毒滴度最高可达5.13×10~7 TU/m L;连续灌流培养共收获9 L慢病毒原液,收获时间持续8 d,病毒滴度最高可达2.62×10~8 TU/m L。结论用固定床式生物反应器连续灌流培养可用于临床级别的慢病毒制备。

顶部点火上吸式固定床中农业废弃物气化特性分析

为了了解在固定床气化炉中生物质的气化特性和炉内温度演变规律,该研究采用顶部点火上吸式(top-lit up draft,简称TLUD)固定床气化炉研究了农业废弃物的气化行为,重点考察了不同空气流量下炉内温度分布、燃气成分和热值的变化规律,探讨了生物质气化过程机理。结果表明,气化过程明显分为2个阶段,即挥发份的析出和焦炭的缓慢气化。整个气化过程中燃气的热值可稳定维持在3MJ/m3以上,温度场的演变过程与波传递具有相似性,花生壳和稻壳的最佳空气当量比分别为0.31和0.35,且其燃气中焦油含量很低,分别为0.25、0.49g/m3。该研究为TLUD固定床气化炉的设计和运行提供了有益的参考。

两步进气法和水蒸气对竹材下吸式固定床气化性能的影响

以毛竹加工剩余物为研究对象,采用自制的两步进气下吸式固定床气化炉,在当量比(ER)一定的情况下,研究进气比例(AR,0%和60%)和水蒸气/生物质质量比(ms/mb,0,0.045,0.112,0.153,0.211,0.245和0.305)对气化炉性能(炉内温度分布、原料消耗率和气化强度)和可燃气指标(温度、成分、热值和焦油含量)的影响。结果表明:1)与一步进气法相比,两步进气法(AR为60%时)可显著提高气化炉炉温,并且分别在2个进气位置出现2个温度峰,分别为热解区的606℃和氧化区的856℃,可燃气的温度也增加至377℃; 2)两步进气法可显著提高可燃气的可燃组分含量和热值,降低焦油含量,CO含量、H_2含量和低位热值的最大值分别为17.47%、14.67%和4.54 MJ/Nm^3,焦油含量最低值为55.4 mg/Nm^3; 3)随着m_s/m_b从0.045增加至0.305,气化炉内各反应区的温度逐渐降低,与空气气化剂相比,虽然热值并未增加,但是可燃气中H_2和CO的含量发生变化,导致V(H_2)/V(CO)比例逐渐增加至1.01,有助于应用于合成气的研究。本研究为竹材废弃物的能源化利用提供了新的途径和基础数据。

上吸式固定床生物质气化的综合计算法模型

针对已有生物质气化模型在实际工程应用中的局限性,以Н.Н.Доброхотов提出的煤气化经验模型为基础,依据改用生物质成型燃料的3M13型上吸式气化炉所测数据,得到上吸式固定床生物质气化的综合计算法模型。该模型主要修正原模型干馏阶段的热解水、CO_2和焦油的产率;并在固定碳气化阶段,引入空气当量比作为参数,改进原模型中C/N特征值取值的随机性。通过与其他学者的上吸式气化炉生物质气化实验对比,模拟结果与试验数据符合良好,证明本模型在工程应用中模拟生物质上吸式固定床气化过程的可行性。

非绝热式固定床反应器的参数敏感性及热失控临界参数

寻找安全有效的反应条件一直是绿色化工的重要研究内容之一。采用邻二甲苯氧化的反应动力学模型,分析了非绝热式固定床反应器的参数灵敏性和热失控行为,考察了非绝热式固定床反应器温度对冷却介质流量、进料温度和初始压力的敏感性。模拟计算结果表明,当反应进入敏感性区域后,反应器对冷却介质流量、进料温度和初始压力的改变极其敏感。采用系统散度判据(div>0)计算该反应的热失控临界操作参数,计算结果与文献中的判据进行了分析比较,得到类似的结果,但计算更简单。考虑冷却介质的影响,修正了div判据,得到更准确的热失控临界操作参数。研究结果表明,此判据能为反应器的设计及过程控制提供重要的参考依据。

下流式固定床反应器中反硝化细菌类群及其脱氮效率分析

目的研究下流式固定床反应器的脱氮效果及反硝化细菌群落结构。方法采用多孔陶粒作反硝化细菌固定化载体,研究下流式固定床生物反应器的适宜脱氮条件;扫描电子显微镜观察反硝化菌群的固定化形态并通过16SrDNA测序分析其组成。结果反应最适条件为T=35℃、pH8.0,合成废水处理10hNO3--N去除99%,其中前4h为91%,呈零级反应动力学过程。反硝化细菌主要为杆菌,16SrDNA同源性分析表明反硝化细菌有恶臭假单胞菌、硝基还原假单胞菌、嗜麦芽假单胞菌、睾丸酮丛毛单胞菌、苍白杆菌属等。结论下流式固定床生物反应器的脱氮效果良好,反硝化菌群丰富。

两步进气下吸式固定床气化系统的设计、调试和运行

开发了一套原料处理量为25 kg/h的两步进气下吸式固定床气化系统,并对两步进气直筒形(stratified)下吸式固定床气化炉的炉型、结构和主体尺寸以及焦油检测系统进行了设计。对鼓风机、引风机、出炭螺旋等关键部件的参数进行了计算。气化炉整体高度为2 683 mm,气化炉有效内径为350 mm,所需引风量和鼓风量都是60 m^3/h。采用木片为原料,通过冷态实验和热态实验对气化系统进行验证,验证了该气化系统完全满足设计和实验需要。通过对比两步进气和一步进气实验结果,发现两步进气法可有效提升炉体温度,显著提高可燃气中可燃气体组分含量和热值,并有效降低可燃气中焦油含量。

淹没式固定床／物化／反渗透处理二级出水并回用

北方某大型化工企业以城市污水厂二级出水为原水建设了中水回用工程,采用了淹没式固定床/物化/反渗透深度处理组合工艺,介绍了该工艺的设计特点及参数。运行结果表明,处理系统的出水水质达到了企业对中水回用的水质要求,取得了良好的社会效益和经济效益。

固定式填充复合床光催化反应器降解亚甲基蓝的研究

设计了一种固定式填充复合床光催化反应器,以普通玻璃片和玻璃螺旋圈为载体,用溶胶-凝胶法制备了负载型TiO2薄膜光催化剂。利用紫外光为光源,采用难降解物质亚甲基蓝在不同初始浓度、pH值和光强等因素下的光催化降解脱色反应速率考察了该反应器的工艺特性,试验结果表明:该种反应器的最佳操作条件为反应器中同时放置普通玻璃片TiO2薄膜光催化剂和玻璃螺旋圈TiO2薄膜光催化剂,溶液pH值为7.5,光源光强为650W,光照时间为180min。当进水亚甲基蓝的质量浓度为8.0mg/L时,在此条件下的降解脱色效率为93.83%,且其设计易于实现产业化。

牛粪搅拌式固定床沼气发酵条件的优化

以牛粪为沼气发酵原料,利用连续搅拌式反应器(Continuous stirred tank reactor,CSTR)和碳纤维载体构建搅拌式固定床反应器,研究料液浓度(TS)、碳氮比(C/N)、温度、p H、水力停留时间(HRT)和搅拌转速对甲烷产量的影响,通过响应面设计进行回归分析,结合满意度函数确定牛粪搅拌式固定床厌氧发酵工艺的最佳参数。研究结果表明最佳工艺条件为:TS 8%,C/N 25∶1,温度39℃,pH 7.5,HRT 10 d。验证分析表明,模型预测值与试验值相吻合(偏差2.27%),模型拟合度较好。