煤-天然气气流床共气化新技术研究

煤-天然气气流床共气化技术是实现不同工艺优势互补的高效能源综合转化技术。通过建立煤-天然气共气化试验装置,研究气化温度、气化压力、天然气/煤、水煤浆浓度对煤-天然气共气化主要指标的影响。通过分析合成气中主要气体组成、氢碳比(H2/CO)以及CH4含量变化,优选煤-天然气共气化试验条件,最后进行煤-天然气共气化优化试验。结果表明,煤-天然气共气化较合适的反应条件为:气化温度1 300~1 400℃,天然气/煤0.75~1.50 Nm3/kg,水煤浆浓度58%~61%。以西湾煤为原料,在制浆浓度59%,入炉煤量18 kg/h,天然气/煤0.94 Nm3/kg,气化温度1 350℃、气化压力0.5 MPa的条件下,煤-天然气共气化试验装置生产的合成气产量为46.06 Nm3/h,H2+CO含量为88.64%,CH4含量为0.66%,H2/CO为1.23。说明煤-天然气气流床共气化技术是一项高效的气化技术,该技术的开发有利于实现煤与天然气共气化技术的大规模工业化应用。     

煤种对煤与天然气共气化过程的影响

以移动床为反应器,进行煤与天然气共气化热态模拟实验,对无烟煤、瘦煤、肥煤与焦炭进行了对比研究,考察了煤种在不同喷吹参数H2O/CH4/O2时对高温火焰区温度、合成气有效成分H2+CO和H2/CO、以及CH4与水蒸汽转化率的影响. 结果表明,相对于焦炭,煤为原料时,高温火焰区温度略高,粗合成气有效成分H2+CO体积含量较高,且H2/CO更接近于热力学平衡值. 通过不同煤种的实验,可以直接制备H2/CO在1~2之间可调、有效成分H2+CO体积含量大于92%、残留CH4小于2%的粗合成气,CH4转化率超过90%,水蒸汽转化率高达75%. 煤种中高灰分含量有利于煤与天然气共气化过程.     

合成气制备工艺研究进展及其利用技术

讨论了以天然气为原料制备合成气的甲烷蒸汽转化、非催化部分氧化、催化部分氧化和甲烷自热转化工艺的特点。分析了流化床、气流床和移动床煤气化工艺优缺点和煤气化工艺的发展趋势。在此基础上介绍了天然气-煤共气化原理及其新工艺,该工艺可直接生产H2/CO体积比在1～2之间可调的合成气。讨论了应用合成气生产甲醇、二甲醚、液体燃料工艺和联合发电技术,并指出天然气-煤共气化工艺是一项值得开发的合成气制备技术。     

移动床煤与天然气共气化制备合成气的工艺技术

煤与天然气共气化是基于天然气蒸汽转化和煤气化工艺耦合的一种新工艺.阐述了煤与天然气共气化制合成气的技术原理.实验研究表明合成气最佳出口温度为1000 ℃,氧气、水蒸气和天然气在同一位置进入反应器能有效降低火焰区温度;理论计算得到的合成气有效气体浓度（CO+H₂）大于95%.实验研究和理论计算结果都表明,煤与天然气共气化可以直接得到H₂/CO在1.0～1.5之间可以调节的合成气.     

气化参数对气流床粉煤气化影响实验研究

为评价和优化中国高、低灰熔点煤气化运行参数对气流床气化特性的影响,在1600℃的一维常压沉降式气流床气化实验系统上,着重研究了中国典型高、低灰熔点煤在1200～1600℃温度范围内、O／C摩尔比在0．9～1.2范围内的干煤粉气化特性。结果表明：随着温度的升高,产气中CO、H2含量逐渐增多,CO2、CH4含量逐渐减少,碳转化率有很大提高;随着O／C的增加,CO、H2含量不断减少,CO2逐渐增加;煤的灰熔融性也是影响煤气组分一个重要因素,当气化反应温度接近煤灰熔点温度时,煤气组分（CO＋H2＋CH4）达到一个最大值。     

天然气一煤共气化制备合成气新工艺

天然气一煤共气化新工艺是基于天然气蒸气转化法和煤气化工艺进行耦合发展起来的新型工艺。本文分析了该工艺的技术原理，理论上可以直接制备H2／CO为1～2可调节的合成气；详细地介绍了天然气一煤共气化新工艺的主反应设备合成气制备炉的结构及工艺流程，通过对该工艺过程的热力学和动力学分析得出工艺的最优工艺参数，通过试验可以直接制备出H2／CO为1～1，5、可调节的合成气，从而证明该工艺过程的可行性，并指出天然气一煤共气化新工艺是一项值得开发的新型合成气制备技术。     

天然气-煤共气化制备合成气新工艺

天然气-煤共气化新工艺是基于天然气蒸气转化法和煤气化工艺进行耦合发展起来的新型工艺.本文分析了该工艺的技术原理,理论上可以直接制备H2/CO为1～2可调节的合成气;详细地介绍了天然气-煤共气化新工艺的主反应设备合成气制备炉的结构及工艺流程,通过对该工艺过程的热力学和动力学分析得出工艺的最优工艺参数,通过试验可以直接制备出H2/CO为1～1.5、可调节的合成气,从而证明该工艺过程的可行性,并指出天然气-煤共气化新工艺是一项值得开发的新型合成气制备技术.     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5~10 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5¹0 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

淮南煤气化工艺过程模拟

采用Aspen Plus软件对淮南煤气化进行了稳态流程模拟研究,结果表明:O2流量的增大导致气化温度快速升高;合成气中CO、H2以及有效合成气(CO+H2)的体积分率随O2流量的增加呈先增大后减小的趋势;CO2和H2O的变化趋势则相反。氧煤比在0.03~0.17kg/kg区域内,有效气体积分率均大于60%;且在氧煤比为0.1kg/kg时,有效合成气体积分率达到最大值64.2%。氧煤比在0.06~0.14kg/kg区域内,汽氧比的增大会导致气化温度随之减小,并直接影响合成气组分。合成气中,CO、H2、CH4以及有效合成气(CO+H2)的体积分率随汽氧比的增大而降低;H2O和CO2体积分率则随之增大。     

昭通褐煤半焦气化特性的研究

以O2/水蒸气作为气化剂,对褐煤半焦气化过程进行实验研究.结果表明,随着气化温度的提高,在生成的煤气组成中CO和H2含量增加,而CO2和CH4的含量减少,煤气热值和合成气产率均增加;在温度一定时,随着氧气流量的增加,煤气中CO含量和H2含量先增加然后逐渐减少,CO2含量增加,CH4含量减少,煤气热值和合成气产率均存在一个最大值.     

天然气-煤共气化制备合成气热态模拟

天然气-煤共气化制备通用合成气技术是基于天然气蒸汽转化法和煤气化过程开发的新工艺，通过技术原理分析，可以直接制备出H₂/CO在1.0～2.0之间可调的粗合成气.应用移动床反应器进行热态模拟实验，主要研究了不同操作参数对火焰区温度及合成气有效成分(H₂＋CO)和H₂/CO的影响.结果表明：天然气与氧气在同一位置喷入反应器，控制喷吹参数H₂O/CH₄/O₂以及流量，在气化炉炉温不低于1000 ℃的条件下，煤或焦炭中挥发分基本裂解，可以直接制备出H₂/CO在1.0～2.0之间，有效成分大于90.0%，残留的CH₄小于2.0%的粗合成气.     

基于化学链制氧的煤气化集成系统工艺参数分析

利用化学链制氧（chemical looping air separation,CLAS）取代传统空气分离制氧技术,提出了基于化学链制氧的煤气化集成系统。以Mn2O3/Mn3O4为氧载体,依据Gibbs自由能最小化原理,利用Aspen Plus对该集成系统进行模拟研究。结果表明,当还原温度高于840℃时,还原程度和粗煤气温度不随还原温度增加而发生明显变化,H2、CO和CH4流量及含量变化趋势较平缓,冷煤气效率为80%左右;随CO2循环比增大,水蒸气用量逐渐减少,粗煤气中H2流量和含量降低,CO流量和含量升高,CH4流量和含量基本不变,冷煤气效率升高,粗煤气温度降低。气化压力变化对粗煤气中H2、CO和CH4流量和含量无明显影响,气化压力升高会降低冷煤气效率,提高粗煤气温度。     

煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

酒糟与煤焦在CO2气氛下的共气化特性

利用固定床反应器研究了酒糟和煤焦在CO2气氛下的共气化特性,考察了实验样品的孔隙结构、表面元素组成及灰分矿物组成. 结果表明,酒糟和煤焦在CO2气氛下共气化过程中存在协同作用,产气中除CO2外,主要产生CO, H2和CH4气体,且在酒糟掺混比例为80%时浓度最高. 气化反应温度和酒糟掺混比例是影响共气化反应的主要因素,酒糟掺混比例相同时,900?1100℃范围内随温度升高,共气化反应活性提高;温度相同时,20%?80%范围内随酒糟掺混比例增加,共气化反应活性增大. 酒糟含69.47%挥发分,且在气化过程中产生大量孔隙及酒糟和煤焦中分别含K和Ca元素对共气化反应起催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因.     

我国自主创新粉煤加压气化技术介绍

我国具有自主知识产权的气流床粉煤加压气化技术中试装置在兖矿鲁南化肥厂成功运行,各项技术指标优越,有效气成分89%~93%,碳转化率98%~99%,每生产1000 m3CO+H2耗氧300~320 m3,每生产1000 m3CO+H2耗煤530~540 kg,冷煤气效率≥84%,达到国际先进水平。具有广阔的应用前景。     

煤与重质油共气化可行性研究

分析了煤与重质油共气化过程和热力学特点,应用流程模拟软件Aspen Plus对焦炭和渣油系统进行了热力学能量和物料平衡计算,从热力学角度进行了可行性研究。结果表明,煤与重质油共气化技术可以制备低碳烯烃并联产合成气,低碳烯烃(C2H4 C3H6)含量大于15%,合成气(H2 CO)含量大于60%,CO2含量小于1.5%,且能有效地解决重质油裂解造成的结焦问题。     

煤/钙基载氧体化学链燃烧操作参数分析

化学链燃烧作为一种新颖的燃烧技术,在化石燃料燃烧释放能量的同时能够有效分离CO2。今以CO2为气化剂气化煤炭,基于Aspen Plus流程模拟软件,研究了煤/钙基载氧体化学链燃烧过程。结果表明,以CO2为煤气化剂,各反应器含水分少,可减少热损失。CaSO4载氧体具有载氧能力大以及反应活性良好等优点。气化炉中CO+H2含量随二氧化碳煤比增大逐渐增加后下降;随温度升高其含量先增加,后趋于平稳。燃料反应器中CO2+H2O含量随载氧体煤比增大,呈现先增大后减小的趋势;随温度升高其含量逐渐下降。空气反应器中CaSO4含量随空载比增大先增加后趋于平稳,随温度升高其含量趋于平稳后下降。气化炉中硫化物和氮化物含量随温度升高而下降,而燃料反应器和空气反应器中硫化物含量随温度升高增加趋势明显,氮化物含量变化不明显。最后确定了关键反应器操作参数:气化炉的二氧化碳煤比为1.8;燃料反应器的载氧体煤比为4.5;空气反应器的空载比为10.5和三反应器的操作温度分别为950、1000和1100℃。     

双流化床生物质气化动力学建模与分析

为进一步研究双流化床生物质气化器中合成气含量分布,将气化器鼓泡床层分为气泡相和乳化相,依据动力学反应分别进行各相质量和热量衡算,计算结果与实验值吻合较好. 随气化温度升高,CO含量增加,而H2和CO2含量降低;蒸汽与生物质质量比(S/B)增加促进水蒸汽变换和重整反应,消耗CO和CH4,生成H2和CO2,当S/B从0变化到1.2时,CO/H2变化44%,说明S/B增加主要促进了水蒸汽变换反应. 气化温度870℃及S/B=0.75条件下,当气化器高度为0~0.5 m时,H2O含量急剧下降,H2含量急剧上升,CO与CO2含量逐渐上升,当该高度大于0.5 m后,气化反应基本完成.