气流床粉煤气化技术在直接还原铁生产过程中的应用

提出了以具有自主知识产权的气流床粉煤气化技术与直接还原炼铁工艺相结合的方式进行直接还原铁(DRI)生产的工艺流程。应用AspenPlus对粉煤气化及合成气处理的工艺进行模拟,从而获得了适合于希尔萨工艺(HYL-Ⅲ)的还原气,然后利用该部分还原气进行DRI的生产。通过对系统物料与能量的衡算,获得了本流程的主要原料消耗为:煤耗约为384kg/tDRI,氧耗约为251m3/tDRI;综合能耗约为10.18GJ/tDRI。与文献报道的煤制气直接还原炼铁工艺进行对比,本流程的综合能耗与文献中的指标相当。

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。

氢气存在下的煤焦水蒸气气化:Ⅰ反应特性研究

分别以水蒸气／惰性气混合气、水蒸气／氢气混合气作为气化剂，在常压和875℃～950℃下，采用热天平对1200℃快速热解神府煤焦的气化反应特性进行了研究，并考察了气化过程中煤焦结构的变化及其对气化反应的影响。实验发现，煤焦在水蒸气／氢气作为气化剂条件下的气化反应过程可分为两个阶段，首先是反应急剧进行的阶段，然后是反应速率趋于稳定的阶段，且反应速率接近于石墨的反应速率。该现象与煤的化学结构有关，第一阶段气化剂与活泼性物质-碳氢支链、含氧官能团的反应，第二阶段气化剂与芳香碳的反应；煤焦在水蒸气／氢气气氛下，气化过程中的碳难以转化完全。神府煤焦的SEM表明，煤焦表面有大量的裂缝、孔隙、褶皱、及碎块。碎块表面光滑，这些物质覆盖了内部裂缝与孔隙。煤焦和水蒸气／氢气气化残焦（碳转化率68％）由于气化反应，其碎块减少，表面的大孔暴露出来。比较两种气化剂条件下的气化反应过程发现，水蒸气／惰性气气化反应速率随碳转化率的增加而缓慢均匀地下降；水蒸气／氢气气化反应速率随碳转化率增加先迅速降低，而后较缓慢降低。

氢气存在下煤焦水蒸气气化:Ⅱ修正随机孔模型的建立

采用热天平对神府煤1200℃快速热解焦进行常压水蒸气／惰性气气化及水蒸气／氢气气化。考察神府煤焦在875℃～950℃时与水蒸气／惰性气的气化反应和水蒸气／氢气的气化反应特性，两者的特征曲线明显不同。不加氢的水蒸气气化反应速率随碳转化率的增加缓慢而均匀地下降；加氢水蒸气气化反应速率随碳转化率的增加先迅速降低，而后降低较缓慢。此种形式的气化曲线以往的动力学模型很难进行模拟，研究根据随机孔模型提出了一个新的气化动力学模型。此模型拟合的数据与实验数据比较，证明了修正的随机孔模型可以更好的模拟煤焦的加氢水蒸气气化，相关系数达到0．996以上。用修正模型求得的神府煤焦加氢水蒸气气化的活化能为251．990kJ／mol，指前因子为5．97877×10^9min^-1。

气流床气化的洗涤冷却室性能模拟及分析

基于Aspen Plus工业系统流程软件,建立了气流床气化系统中的洗涤冷却室模型,模拟预测了入口合成气的温度、压力和洗涤冷却黑水的温度、水量等操作参数对洗涤冷却室出口合成气水汽比的影响,并对洗涤冷却过程进行了热力学分析。模拟结果表明:入口合成气或洗涤黑水的温度升高使洗涤冷却室的温度升高,出口合成气的水汽比增大;出口合成气的水汽比随进口合成气的压力升高而减小;洗涤冷却室入口黑水流量增大,出口合成气的水汽比有所降低。对洗涤冷却室的分析的结果表明:随着洗涤冷却室室内压力增大和入口合成气温度的升高,洗涤冷却过程的损失增大。

新型旋风分离器内颗粒的运动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定。采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值。

新型复合式浆态床内气体停留时间分布及模型

由空气-水、10％K2CO3溶液、20％K2CO2溶液、液体石蜡油构成气液两相体系，常压下表观气速为l～20cm／s、静态液位200550mm、液体循环量0～240L／h时，采用脉冲实验法测量一种特殊结构的浆态床反应器内气体停留时间分布。考察了操作参数和液体性质对浆态段的气体停留时间分布及返混程度的影响。结果表明：流型对停留时间分布的影响较大。气体平均停留时间随液体循环量和液体黏度的增加而增大；气体返混程度随静态液位增加而减小，随液体表面张力增加而增大。表面张力是影响返混程度的主要因素。同时建立相应的数学模型，得到停留时间密度分布函数，实验值与模型预测值吻合较好。

两种生物质热解半焦的性能

运用慢速热解方式对生物质颗粒进行预处理,半焦作为生物质气流床气化的原料,通过自动量热仪和元素分析仪对稻草和梧桐树叶热解后的半焦进行热值、元素分析。结果表明:不同生物质的半焦产率随热解温度的升高而降低;粒径大小对半焦热值、氧元素脱除影响不显著;挥发分在550℃时已经基本析出,氧元素脱除比较彻底。

流体诱导下洗涤冷却室内部构件的振动特性

洗涤冷却室内分隔板与鼓泡区气液的相互作用,使得分隔板在流体的诱导下产生振动。采用防水型加速度计,在不同工况下测定分隔板的振动信号,通过对振动信号的时域分析,讨论了操作条件(表观气速和静态液位等)对振动强度的影响,得出了分隔板振动强度随表观气速和床层液位的变化规律,且在一定气速下振动最强区域与液位高度关联性很强。

浆态鼓泡床新型锐孔分布器气含率分布

在空气-水系统中,应用双头电导探针法,测量了采用新型锐孔分布器时浆态鼓泡床中气含率的轴向分布和径向分布规律,考察了表观气速、分隔板和液体循环等因素对床层气含率分布的影响。结果表明,在实验范围内,气含率随轴向高度的增加而增加,表观气速较大时,主体区径向气含率分布比较均匀;气含率随表观气速的增加几乎成直线上升;加入分隔板,局部气含率增大且分布均匀。在主体区,对多组实验数据进行回归分析,得出了不同表观气速下气含率分布的关联式,关联式计算值与实验值吻合良好。

撞击气流床气化炉内浓度场和温度场的数值模拟

运用PDF燃烧模型模拟以柴油为模拟气化介质的撞击气流床气化炉气化时的过程,结果与实验较吻合。还考察氧燃料比与合成气组成的关系,分析了气化炉中的温度和浓度分布情况。模拟结果表明:氧燃料比与合成气组成关系很大,随着氧燃料比例降低合成气中有效气(CO+H2)浓度升高;通过温度变化预测撞击火焰上升的高度,得出模拟条件下撞击火焰上升的高度与气化炉内径之比在1.0左右;随着反应进行,气化炉轴向上O2浓度迅速下降,H2浓度逐渐升高,H2O浓度逐渐降低。