深部煤层地下气化选址研究——以东胜气田J148地区为例

从地质构造、水文地质、煤层气化适用性等角度,系统研究了东胜气田J148地区中生界侏罗系中下统延安组延9煤层地下气化的可行性,并探讨了利用深部煤层气化燃空区孔隙层、含水层及该区致密气层进行碳封存的前景。研究结果表明,该区延9煤层埋深1 264~1 285 m、倾角小于1°,煤层稳定性好。气化目标选区内地层断层、节理裂隙不发育,偶有裂隙但断面新鲜、闭合,煤层气化后空腔有较好的密闭性,对煤炭地下气化影响小,有利于气化炉的建设和扩展,可满足规模化煤炭地下气化项目实施。延9煤层顶底板存在连续的隔水层,能阻截地下水对煤层直接充水,有利于地下气化炉布置;顶板隔水层厚度小于导水裂隙带高度,存在垮落导通顶板含水层间接充水的风险,但顶板含水层属弱富水含水层,涌水量小,风险可控;底板隔水层厚度大于隔水层的安全厚度,能有效阻截煤层底板含水层对煤层直接充水的风险。总体而言,延9煤层厚度适中、夹矸少,属低灰、低硫、高热值不黏煤,煤焦反应活性高,具有良好开发前景。针对深部煤层规模化气化开采产生大量的CO_(2)排放,初步探讨了利用煤层燃空区、顶底板含水层和下部致密天然气层进行CO_(2)安全封存可行性。分析认为,在延9煤层气化燃空区孔隙层和顶底板含水层中,可封存煤层气化产生的CO_(2)的60.8%~88.2%;若结合东胜气田上古生界致密天然气开发,用煤气化产生CO_(2)进行天然气驱替与封存,有望实现深部煤层气化开采过程近零碳排放。

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO_(2)气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明:孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。

利用脱碳气化渣矿化封存CO_(2)制备碳酸钙的影响研究

本实验研究了浸出剂种类、浓度、反应时间、温度和液固比等对脱碳气化渣中钙浸出率的影响,并讨论了CO_(2)流量、温度、碳酸化时间对碳酸化效率和生成的沉淀碳酸钙(PCC)晶型结构的影响规律。结果表明,在2 mol/L盐酸、液固比为20 mL/g、反应温度为50℃、反应时间为90 min的浸出条件下,钙浸出率最高,为98.79%。在碳酸化阶段,CO_(2)流量主要影响碳酸化效率,通过优化碳酸化反应条件,CO_(2)流量300 mL/min,反应温度60℃,反应120 min时,最高碳酸化效率可达99.59%。而反应温度和时间则会对碳酸钙晶型和形貌产生显著影响,降低反应温度和缩短反应时间更有利于球霰石型碳酸钙的生成。

基于化学动力学的煤气化掺氨着火燃烧特性研究

掺氨燃烧是一种降低燃料含碳量的有效技术途径。采用详细化学动力学计算对煤化气合成气掺混氨气的着火延迟时间以及反应敏感性分析进行研究。结果表明,不同温度下,掺氨比变化对混合气着火时刻起相反的作用;高掺氨比在较高初始温度处会抑制燃料的着火进程,在较低初始温度下反之,转换点温度为988K。较高的初始压力和温度对掺氨混合气的反应活性起明显的促进作用;在中温环境下,压力由6 MPa提高至8 MPa、当量比由0.8提高到1.2均可显著加速着火过程,着火延迟时间分别降低0.96 ms和0.60 ms。化学反应敏感性分析发现,初始温度的提高会导致抑制燃料反应的低温体系基元反应转变为利于燃烧进程。

CO_(2)气氛下危废污泥与煤、废活性炭的共气化特性

采用热重分析法对CO_(2)气氛下工业危废污泥与煤和废活性炭在不同比例下混合进行共气化的失重过程、气化反应动力学和协同气化效应进行了研究.随着混合燃料中煤/废活性炭比例的提高,混合燃料的失重率和最大失重速率都相应大幅提高.随气化温度升高,相比污泥单独气化,混合燃料的协同气化反应得以加强.60%污泥混合40%煤/活性炭时表现出更高的协同性指数,焦炭气化阶段的反应活化能为污泥单独气化时的24%~31%.与煤相比,废活性炭与污泥的协同气化效应更为显著.在此基础上利用管式气化实验炉对混合燃料的产气特性进行了初步研究.产气主要有效成分中CO体积占比最大,其次为H_(2)和CH_(4).污泥单独气化时,产气中CO含量随CO_(2)流量增加逐渐降低;与煤或废活性炭共气化时,CO含量则随CO_(2)流量增大而逐渐增加.随煤和废活性炭混合比提高,H_(2)、CH_(4)含量逐渐上升,CO则相应降低.CO的含量整体受混合比和CO_(2)流量共同影响.

与燃煤电站和S-CO_(2)循环耦合的生物质气化发电系统性能分析

为充分利用生物质资源,提出了与燃煤机组和超临界二氧化碳循环的生物质气化系统概念,该系统的生物质气化利用过程与燃煤机组及超临界二氧化碳循环的高度耦合。合成气经二氧化碳冷却后,经净化后送入燃气轮机燃烧。烟气经燃气轮机,超临界二氧化碳循环,锅炉给水逐步回收热量,提升了生物质的利用率,进而提高了发电效率。以660 MW燃煤机组和16 t/h生物质气化炉为例,通过对系统仿真,对其进行了热力学和经济性分析。结果表明,所提出的耦合系统引入了46.66 MW的生物质能,额外发出了21.09 MW功率,生物质能效率可达45.20%,[火用]效率可达41.67%,可充分利用生物质中能量。系统净现值约40 468万元,且约需2.94 a即可收回成本,具有良好的经济效益。

云南某煤气化煤泥细磨浮选试验研究

目前我国年产大量的煤气化煤泥,高灰高含水率的特性导致其难以被直接利用,因而对其采取大部分填埋处理,由此产生严重的环境污染及资源浪费。拟对灰分含量约36%的云南某煤气化煤泥进行细磨-深度浮选研究,分别探究磨矿细度、捕收剂种类及用量、抑制剂种类及用量、浮选浓度的影响规律,并采用复配抑制剂D503以及新型捕收剂M602进行闭路浮选实验。在流程结构试验的基础上采用“细磨-深度浮选”技术对煤气化煤泥进行全流程闭路试验,分选得到的精煤产品以及尾泥的灰分为11.94%、97.29%,产率分别达到72.85%、27.15%,实现了煤气化煤泥中残碳和灰质较为彻底的分选。富集所得的精煤产品可作为喷吹煤或用作原料返还气化工艺,尾泥可作搅拌站的原料,从而为煤气化煤泥的全资源化及增值化利用提供技术支撑。

粉煤气化与水煤浆气化能耗对比分析

以内蒙古伊泰化工有限责任公司120万t/a精细化学品项目的实际运行数据为依据,采用Aspen Plus模拟软件,对比分析了相同压力下粉煤气化技术和水煤浆气化技术的综合能耗;另外,以水煤浆气化煤制甲醇装置为研究对象,分析了不同压力下水煤浆气化技术的综合能耗。结果表明:在气化单元和变换单元中,于4.2 MPa条件下,与水煤浆气化技术相比,采用粉煤气化技术综合能耗可降低1249.99 MJ;采用水煤浆气化技术,与4.2 MPa气化压力相比,6.5 MPa的全流程综合能耗降低746 MJ,相对差值为3.8%。

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.

稻秆半焦与CO2气化反应特性的研究

利用三种热解炉装置,分别在热解终温550℃～950℃、加热速率0.1K/s～500K/s下热解制取稻秆半焦。采用等温热重法,在STA409综合热分析仪上进行了稻秆半焦与CO2的气化实验,考察了热解终温、热解速率以及气化温度对半焦气化反应性的影响。研究表明,热解条件对稻秆半焦的反应性影响很大。在热解终温为550℃～950℃时,随着热解温度的提高,其气化反应性呈下降趋势;热解速率越高,其气化反应性越好。在850℃～950℃,提高气化温度能提高稻秆半焦与CO2的反应性。采用扫描电镜技术观测了0.1K/s和500K/s两种热解速率下半焦的表面形貌。结果显示,后者具有更加丰富的孔隙结构,且大孔结构明显多于前者。采用混合反应模型描述了稻秆半焦与CO2的气化反应过程,求取了反应动力学参数。

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。

生物质与煤在CO_2气氛下共气化特性的初步研究

利用热重分析仪研究了CO2气氛下的生物质半焦、煤焦及其混合焦的反应性,结果表明,在相同条件下,木屑半焦的气化反应性明显高于褐煤半焦.且参与反应的两种半焦,其反应性均随反应速率而提高,而温度也是影响其气化活性的重要因素.研究还发现,在温度高于1173K的条件下,混合物半焦的气化反应性较单一组分半焦的反应性差.

低活性无烟煤固定床二氧化碳催化气化反应动力学研究

在内径18 mm的固定床反应器中研究了福建低活性无烟煤二氧化碳催化气化反应动力学.考察了消除内外扩散影响的实验条件.在750 ℃～907 ℃,以碳酸钠为催化剂分别测定了永安丰海筛无烟煤、永安加福筛无烟煤和永定无烟煤的转化率与时间的关系;以碳酸钾及纸浆黑液为催化剂测定了永定无烟煤的转化率与时间的关系.永安加福筛无烟煤采用均相一级反应模型及未反应缩芯模型进行拟合,得出气化反应速率常数、反应活化能和指前因子,与热天平的实验结果进行比较,固定床反应速率常数明显变大,活化能和指前因子也大,是由于固定床中有较高的二氧化碳到煤粒表面的传递速率和较高的升温速率所致.

新型燃烧方式下SO_2脱除机理

对O2/CO2燃烧方式下SO2的脱除机理进行了研究.静态实验和动态实验结果表明这种新型燃烧方式有利于降低SO2的排放,SO2脱除存在均相脱硫和多相脱硫的协同作用;新型燃烧方式下高CO2浓度导致燃烧气氛中化学成分不同于传统的空气气氛,SO2与燃烧气氛中存在的其他组分反应,生成硫的不同形态产物,SO2只是其中的一种产物形态,导致SO2总量排放减少;同时O2/CO2燃烧气氛使燃煤中硫的氧化程度减弱;燃煤中本身所含脱硫剂存在优化的微观结构,该种结构有利于脱硫和对底灰中硫的吸附,也导致SO2的排放量降低;CHEMKIN动力学计算结果进一步表征了以上机理.

煤焦与CO_2及水蒸气气化特性研究进展

为了深入系统的研究煤焦与CO2及水蒸气的气化反应特性,综述了国内外对煤气化的主要影响因素、煤焦与CO2及水蒸气气化反应动力学、煤的结构特性在气化过程中的变化及CO2气化与水蒸气气化反应活性对比等方面的研究进展,并进行了总结。

无烟煤二氧化碳气化反应动力学研究

应用热分析原理以非等温方法研究二氧化碳与无烟煤的气化反应,并通过Freeman-Carroll微分法和Coats-Redfern积分法求解动力学参数.结果表明:不同分析方法和拟合区域会影响热分析结果;采用均相一级反应模型进行拟合,得到气化反应速率常数、反应活化能和指前因子.贵州无烟煤和山西无烟煤气化反应最佳温度区间接近,动力学参数相差不大.

典型煤种的二氧化碳气化特性研究

利用非等温热重分析对3种典型煤种二氧化碳气化的反应动力学进行了研究.探讨了典型煤种二氧化碳气化活化能及特征温度变化情况,运用Doyle近似函数和Coats-Redfem近似函数计算了反应动力学参数,并对3种煤二氧化碳气化特性进行了分析,获得了3种典型煤种二氧化碳气化反应动力学方程.

动力学控制下焦炭颗粒气化特性的模型研究

焦炭颗粒气化反应属于典型的非催化气固反应,固体结构会随着反应发生变化,颗粒的气化模型包含了体现固体颗粒表面积变化的结构因子。建立了具体的焦炭颗粒与二氧化碳气化过程的扩散-反应模型,并将研究的内容限定在动力学控制区域。该模型的特点在于其反应速率项采用了形式简单的结构因子,模型结果与随机孔模型对比后显示了很好的精确性。利用该模型考察了不同初始孔隙率的焦炭颗粒的转化率变化特性以及固定初始孔隙率下,气化温度和气化剂分压对焦炭颗粒气化的影响。

火电厂和IGCC及煤气化SOFC混合循环减排CO_2的分析

二氧化碳减排已经成为缓解全球气候变化的一个重要议题 .目前 ,火电厂排放的 CO2约占中国 CO2 排放量的 1 /3左右 ,减少其 CO2 排放可以通过提高能量转化效率和回收封存 CO2 两种主要方式 .常规锅炉汽机电厂、IGCC以及煤气化 -固体氧化物燃料电池 ( SOFC)混合循环分别代表了现在、近期及未来燃煤电厂的典型配置 ,超临界及超超临界电厂效率可以达到 40 %以上 ,采用GEH型等先进燃气轮机的 IGCC可提高到 5 0 %以上 ,而混合循环电厂的效率则有望达到 60 %以上 .利用 Aspen Plus TM对这三种电厂进行了模拟 ,考察了三者在回收 CO2 前后性能的变化 .在此基础上 ,分析了减排 CO2 及征收排放税等措施对各电厂发电成本的影响 ,进而就未来如何促进电厂减排 CO2 进行了探讨 .

煤浆电解制氢的动力学研究

研究了煤浆电解过程中电压、温度、H2SO4浓度、Fe3+浓度等因素的影响,并进行了电解前后煤粉样品的热重测试和电解后溶液的成分分析。结果表明,电压、温度、添加的Fe3+浓度、H2SO4浓度等参数对电解过程的电流密度有较大影响。其中,温度对电流密度的影响符合阿伦尼乌斯方程,在电解电压1 V条件下煤浆电解活化能为31.87 kJ/mol。TGA和ICP分析表明,电解后煤中的部分金属离子溶入溶液,导致结构和灰分成分发生了较显著的变化。