煤焦与水蒸气流化气化反应特性及动力学分析

基于小型流化床评价装置研究了内蒙古褐煤煤焦与水蒸气的流化气化反应特性,考察了温度、压力、水蒸气分压和氢气分压对碳转化率、反应速率和平均气体组分的影响。研究结果表明,随着反应温度升高,碳转化率和反应速率显著增加,由于高温对气化反应深度和变换反应平衡的影响,平均有效气组分大幅增加。提高系统压力会抑制流化气化反应的进行,碳转化率和反应速率降低,加压有利于CH4生成,但对平均有效气组分的影响不明显。随着水蒸气分压的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但其促进了变换反应的平衡移动导致平均有效气组分降低。氢气的存在会与水分子竞争煤焦表面的活性位,抑制气化反应的进行,使得碳转化率和反应速率降低。采用Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型拟合得到了H2抑制作用下的煤焦水蒸气流化气化反应速率方程,试验值与模型拟合值吻合较好,并且计算得出宏观反应活化能为181.36 kJ/mol。

粉煤流化气化研究现状及工业应用

流化床气化技术是煤炭洁净高效利用的关键技术之一。本文简单介绍了流化床气化技术基本原理，对其影响因素进行了探讨。并对目前国内外工业化流化床气化技术的特点予以分析，总结了流化床气化技术的发展趋势。

成型生物质流化床气化及结渣影响因素研究

为提高生物质气化产物的品质,采用成型桉树皮和成型玉米秸秆2种典型农林废弃物,并选取稻壳和木屑作为对比,在中试规模的流化床实验台上进行气化实验,得到成型桉树皮、成型玉米秸秆、稻壳和木屑的最佳空气当量系数,分析了成型生物质在气化中出现结渣现象的原因。结果表明:在实验条件下,成型桉树皮、稻壳和木屑的最佳空气当量系数为0.20,其燃气热值分别为5.5 MJ/m^(3)、5.5 MJ/m^(3)、6 MJ/m^(3),气化效率分别为60%、45%、52%;成型玉米秸秆由于其高灰分、低热值,所需空气量更大,最佳空气当量系数为0.24,燃气热值为4 MJ/m^(3),气化效率为35%;气化温度提高可促进不同生物质的气化反应,碱金属、碱土金属含量较多的成型生物质在气化过程中更易结渣。

啤酒糟流化床气化中颗粒粒径对气固流动和产气影响的CPFD模拟

我国酿酒工业每年产生大量废弃啤酒糟,其具有挥发分含量高、硫含量低的特点,特别适合作为气化原料,而流化床气化炉以优异的气固混合和温度均匀性而著称,通过流化床气化实现啤酒糟的资源化和能源化利用具有重要意义。为探究啤酒糟流化床气化过程中颗粒粒径对气固流动行为和产气的影响,基于计算颗粒流体动力学(CPFD)方法,对以空气和水蒸气为气化剂的啤酒糟鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟,研究了床料粒径和啤酒糟粒径的影响。通过CPFD数值模拟,获得了鼓泡流化床气化炉内颗粒体积分数分布、酒糟和床料的颗粒分布等流动特征,以及产气中主要气体组分的摩尔分数。借助鼓泡流化床气化实验装置,研究了床料粒径和啤酒糟粒径对产气中各气体组分体积分数的影响规律,并对数值模拟结果进行了验证。结果表明,床料粒径的增加不利于气化炉内的充分流态化和颗粒混合,使气化炉内温度沿高度的分布不均匀,并且不利于碳颗粒和水蒸气的充分混合以及气固反应和气相反应的均匀吸放热,造成H_(2)摩尔分数显著降低;啤酒糟粒径的适当增大有助于延长其在气化炉内的停留时间,从而提高固态碳与水蒸气、二氧化碳之间的反应转化率,生成更多的H_(2)和CO,但过大的啤酒糟粒径会造成啤酒糟和床料的混合较差,使啤酒糟比表面积减小,不利于热解和气化反应,导致H_(2)、CO、CH_(4)和NH_(3)等可燃组分的摩尔分数均降低。

流化床气化旋流—过滤复合除尘设备的功能耦合研究

流化床气化出炉合成气中含尘量高,通常采用多级旋风分离器+颗粒床过滤的方式进行气固分离,工艺流程较长。本文提出一种耦合旋流分离与过滤分离功能的新型旋流-过滤复合除尘设备,可缩短除尘工序工艺流程。通过冷模实验考察了复合除尘设备的分离性能,采用正交实验方法确定了各因素的影响程度,采用单因素实验获得了除尘器性能的变化规律。研究结果表明,旋流分离可去除大部分粒径>1μm的粉尘颗粒,颗粒床过滤几乎可以捕集<1μm的大部分微细粉尘,复合除尘设备的整体分离效率稳定在99.9%以上。

恩德流化床气化工艺存在的问题及对策

恩德流化床气化技术于1997年从国外引进,恩德炉本体与配套辅机、附件均进行了多次优化与改进,其技术经济指标有了较大提升;为适应日趋严格的环保要求,其粗煤气除尘方式由水洗改为布袋除尘后,出现了一些新问题。为此,分析与探讨省煤器列管冲刷磨损与低温化学腐蚀问题、过热器冲刷腐蚀与高温腐蚀问题、常规布袋除尘器滤袋使用寿命短问题以及省煤器换热面积增大之后出现的新问题,提出上述问题的应对措施,并展示新型材料除尘器的运行情况。总的来说,省煤器和布袋除尘器之使用寿命制约着恩德流化床气化系统的稳定、长周期运行,需从研发、设计、施工、运行管理等环节综合施策。

煤流化床气化的床内脱硫研究

在φ１００ｍｍ加压流化床气化装置上，进行了义马、大同、夏庄和南定４种煤及２种钙基脱硫剂的床内脱硫试验。结果表明，所选石灰石和白云石做为床内脱硫剂是可行的，脱硫率随Ｃａ／Ｓ摩尔比增加而提高，比为３达最大值。操作压力对脱硫率的影响与床层温度和ＣＯ２分压有关，反应处于脱硫剂煅烧区脱硫率不受压力影响，在非煅烧区脱硫率随压力提高而降低。原煤中全硫含量增加脱硫效率提高。本试验范围所得脱硫率为５０％－８５％。

无烟煤流化床气化飞灰的结渣特性

通过烧结特性实验研究了无烟煤流化床气化飞灰在"近灰熔点"处的烧结特性,并利用X射线衍射分析(XRD)进行了结晶矿物质和玻璃相的定量分析以研究其烧结机制。结果表明,飞灰中矿物质间的相互转化控制着其结渣特性。由于铁、钙和镁等碱性组分的部分富集,飞灰的灰熔点与原煤相比要低;在低于灰熔点DT 100～200℃附近,由于长石类矿物质的转变熔融形成了具有黏结性的液相,灰样发生液相烧结导致收缩变形而结块;大部分的钙和铁等助熔组分赋存于玻璃相中提高了其浓度,且在热处理过程中它们并未发生析晶行为,从而促进灰样的烧结致密化过程,进一步使得飞灰的结渣倾向增强。

流化床气化中小龙潭褐煤灰结渣行为

为探索小龙潭褐煤流化床气化过程中的煤灰结渣行为,采用化学成分、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)相结合对小龙潭煤气化炉内残留渣块和不同温度热处理后煤灰的成分、形貌和晶相组成进行了表征和对比分析,并对升温过程中煤灰的矿物质演变进行了研究。结果表明:在小龙潭气化过程中流化床气化过程中渣块形成时铁元素发生了明显的富集,小龙潭气化残留渣块和950℃煤灰的微观形貌和晶相组成基本相同。小龙潭褐煤在流化床气化过程中950℃左右生成低熔点共融物钙长石、钙黄长石和铁钙辉石等是引起结渣的主要因素。

小龙潭褐煤流化床气化灰熔聚物的熔融特性

为探索小龙潭褐煤气化灰熔聚物及结渣的熔融特性,采用化学分析法和X-射线衍射法从煤灰成分和矿物质组成的角度分析了气化炉结渣、灰熔聚物和矸石灰熔融性差异的原因.结果表明,炉内结渣的灰熔点最低,灰熔聚物居中,矸石灰最高.灰分中总碱性组分含量由结渣、灰熔聚物到矸石灰依次减少,导致三种物质的灰熔点依次增加.钙黄长石和钙长石等含钙化合物间形成低熔点共融物是结渣灰熔点低的原因;矸石灰中石英石的含量明显高于灰熔聚物,与矸石灰中莫来石的"骨架"作用导致矸石灰的灰熔点比灰熔聚物高.三种物质灰熔融性差异是由于流化床气化过程中矿物质的迁徙转化引起的.

准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光光谱仪、扫描电镜和热重分析仪等方法,研究了准东煤流化床气化飞灰的灰熔融特性、物理结构和化学组成及气化反应活性。结果表明,准东煤与其流化床气化飞灰中Si O2、Fe2O3、Na2O和Ca O等矿物质含量存在显著的差异,但飞灰的灰熔点与原煤无明显差异。准东煤气化飞灰具有较宽的粒径范围,呈现双峰分布特征,且不同粒径区间飞灰的元素含量存在显著差异。提高气化温度,有利于提高飞灰的气化反应活性。准东煤流化床气化飞灰石墨化程度比煤焦要高,但其孔隙结构更为发达,含有丰富的中孔和中大孔,使得飞灰的气化反应活性高于煤焦。可通过提高气化温度、循环再气化的方法提高气化效率。

神木煤流化床气化带出细粉的特性

采用灰熔点测定仪、扫描电镜-能谱分析仪和热重分析相结合,研究了神木煤流化床气化带出细粉的灰熔融特性、粒径分布和气化反应活性。结果表明,神木煤流化床气化带出细粉中酸性成分的减少和碱性成分铁、钙等的增加,使神木煤流化床气化带出细粉的灰熔点比原煤低。神木煤流化床气化带出细粉具有较宽的粒径组成,呈现出明显的多峰状分布,带出细粉表面的元素分布存在很大的差异。随着带出细粉粒径的减小,细粉中的水分逐渐减少,灰分含量逐渐增大。气化飞灰的孔隙结构比高温煤焦更发达,具有比较丰富的中孔和大孔,导致带出细粉的反应活性比神木煤焦高。

内循环锥形流化床秸杆富氧气化技术研究

开发研究了适合软秸杆气化的富氧气化工艺及锥形流化床气化炉。在 6 0 0～ 82 0℃气化温度范围内 ,研究了催化剂 (CaO、NaOH)、流化速度、床层压降对煤气热值的影响 ,以稻草为原料在CaO催化剂作用下 ,煤气中的重烃含量高达 4 .81%。对内循环锥形流化床气化炉在秸杆气化过程中的稳定性和安全性进行了试验 ,研究结果表明 :采用内循环锥形流化床气化炉及富氧气化工艺安全、稳定 ,所产生的煤气具有焦油含量低。

基于Gibbs自由能最小化原理模拟生物质流化床气化

基于能质平衡和吉布斯(Gibbs)自由能最小化原理,选择松木屑和麦秆两种生物质,利用化工商业化软件ASPEN PLUS模拟生物质流化床气化过程,并结合试验数据验证模拟结果的准确性。在此基础上考察了高温、原料含水率大范围变化等试验中较难实现的操作对气化的影响。模拟结果表明,搭建的气化模型能较好地模拟生物质气化过程,对生物质气化试验与工程放大具有一定的参考价值。

晋城无烟煤流化床气化结渣机理的探索

为探索晋城无烟煤流化床气化结渣的机理,采用化学成分和XRD分析法对晋城无烟煤气化炉渣块和煤灰的化学成分及晶相组成进行了分析,并对煤灰在升温过程中矿物质的演变行为进行了研究。结果表明:晋城无烟煤流化床气化过程中于1 100℃左右低熔点共融物铁尖晶石(铁铝酸盐)以及钙长石(钙铝硅酸盐)等的形成是引起结渣的主要因素。

流化床气化炉飞灰气化反应性的研究 Ⅱ．飞灰气化动力学的研究

本文报导了两种不同飞灰（神府飞灰，东山飞灰），以二氧化碳、水蒸汽及其混合物为气化介质，于热天平上９００～１０００℃条件下进行气化动力学的研究。结果发现，飞灰的气化速率随转化率的增大而降低，呈直线关系，提高温度２０℃或气体分压０．２ＭＰａ，反应速率相应提高１倍左右及０．１～０．３倍。单组分气体的反应速率与温度、气体分压和转化率的关系如下：ｄｘ／ｄｔ＝Ｋ＿０×ｅｘｐ（－Ｅａ／ＲＴ）×Ｐｉｎ×（１－ｘ）￣ｍ而混合气体的气化反应动力学方程式如下：ｄｘ／ｄｔ＝Ｋ＿（０ＣＯ＿２）×ｅｘｐ（－Ｅａ＿（ｃｏ＿２）／ＲＴ）×（１－ｘ）￣（ｍｌ）×Ｐｉ＿（ｃｏ＿２）＋Ｋ＿（０Ｈ＿２Ｏ）×ｅｘｐ（－Ｅａ＿（Ｈ＿２Ｏ）／ＲＴ）×（１－ｘ）￣（ｍ２）×Ｐｉ＿（Ｈ＿０２Ｏ）并由此推测出提高飞灰碳转化率的反应条件及颗粒停留时间。

灰熔聚流化床气化炉分布分离结构的模拟研究

通过CFD双欧拉模型模拟了灰熔聚流化床气化炉内气体、固体颗粒于不同气体分布器、灰分离器结构下的流动行为,阐明了不同中心射流气速下的气体、固体流动循环状况;环管内气流分布与扩管张角的关系以及对颗粒运动的影响。研究结果为认识和改善气化炉煤灰的结渣、团聚、分离等过程提供了一定的理论基础。

灰熔聚流化床气化炉的CFD模拟研究

通过CFD模拟了灰熔聚流化床气化炉,考察了操作条件包括中心管氧气量、分布板水蒸气量以及操作压力对流化床气化炉的气相浓度分布的影响。剖析了不同操作条件对化学反应的影响,解释了其对气化炉产气组成的作用原理。

流化床气化炉飞灰气化反应性的研究 Ⅰ．与实验室制备焦气化反应性的差别

本文报道了两种不同的神府焦，以二氧化碳、水蒸汽及其混合物为气化介质，于热天平上在９００～１０００℃条件下进行气化反应性对比实验的结果。研究结果发现：在Ｃ＋ＣＯ＿２反应情况下，中试流化床气化炉捕集的飞灰反应活性要高于实验室自制焦的反应活性，有水蒸汽参与的反应，Ｃ＋Ｈ＿２Ｏ，Ｃ＋ＣＯ＿２＋Ｈ＿２Ｏ（０．０６ＭＰａ，０．０４ＭＰａ）反应，自制焦的反应性大于飞灰的反应性。结合两种反应的不同反应过程，从微观结构特征上分析了微孔表面积同反应性的关系。

基于欧拉多相流模型的流化床煤气化过程三维数值模拟

以欧拉多相流模型为基础,气相采用k-ε湍流模型,固相采用基于颗粒动理学理论封闭模型,引入传热、传质、煤热解、气化过程反应模型,建立了流化床煤气化过程的三维数理模型,该模型同时考虑了稠密气固流动和相内、相间的化学反应.对直径0.22m的流化床煤气化炉不同操作参数下的气化过程进行了三维数值模拟,获得了气化炉内气化产物的组分分布、温度分布及化学反应速率变化规律.模型的计算结果与实验结果进行了比较,结果表明:数值模拟与实验吻合较好,最小相对误差仅为1%左右,最大相对误差为20%左右,平均相对误差小于14%.