生物质与煤混合颗粒流化特性的实验研究

在 D1 1 5 mm× 1 0 0 0 mm有机玻璃制成的圆柱型流化床中 ,对玉米秆、稻秆、煤及其混合物的流化特性进行了实验研究 .实验结果表明 ,单一生物质颗粒不能形成良好的流化状态 ,而加入一定量煤构成生物质和煤二组分混合颗粒可以实现稳定流化 .当生物质和煤混合颗粒中生物质的质量分率小于 5 0 %时 ,可以达到很好的流化状态 ,生物质和煤二组分混合颗粒的最小流化速度随生物质质量分率的增加而减小 .     

生物质焦与煤焦混合物的共流化实验研究

生物质与煤流化床共气化,其混合物料的流化实际上是两者焦的共流化,对其共流化行为特性的研究是共气化工艺过程的基础.实验考察了三种粒径的煤焦分别与两种粒径的玉米芯焦和甘蔗渣焦在不同混合比例下的共流化特性.结果表明,煤焦的加入可以明显改善生物质焦的流化效果,煤焦与生物质焦粒径和密度的差异以及表观气速均影响着混合物的混合分离程度.在实验中,对煤焦与玉米芯焦的混合物,煤焦的粒径普遍小于玉米芯焦的粒径,混合物的最小流化速度随煤焦的质量分数增大而减小,反之,呈现分离状态的物料,其最小流化速度随煤焦的质量分数增加而增加.     

流化床中灰分对煤焦和生物质焦混合特性影响

在115 mm×2 110 mm有机玻璃圆柱型流化床中,选取具有实际意义的焦灰体系,引入描述灰分存在时煤焦和生物质焦两组分混合特性的的质量比混合指数,考察了灰分对煤焦和生物质焦混合特性的影响.结果表明,在操作气速不变的情况下,增加灰含量,松木屑焦的富集位置向上转移,煤灰的含量小于15.4%时,灰含量增加利于煤焦和松木屑焦的混合;减小灰分粒径,煤焦和松木屑焦的混合趋于均匀;提高操作气速有利于煤焦和松木屑焦的混合.此研究结果可以为煤与生物质共气化流化床气化炉的设计、运行和操作条件的确定提供一定参考.     

生物质及其与惰性颗粒双组分体系的流化特性

采用MDMDY-300型全自动密度仪和体积法测量了生物质和3种惰性颗粒的颗粒密度和堆密度,在有机玻璃流化床内考察了生物质单组分及其与3种惰性颗粒双组分体系的最小流化空隙率和流化速度。结果表明,单组分颗粒密度随粒径的变化可以忽略,而堆密度却随粒径的增大有所减小;双组分体系的最小流化空隙率随细颗粒组分增加而出现先减小后增大的趋势,最小值出现在细颗粒组分体积分数为30%左右,且颗粒粒径差异越大变化趋势越明显;双组分体系的起始流化速度、最小流化速度和完全流化速度均随细颗粒组分含量增加呈现减小的趋势,当细颗粒体积分数达到30%左右后起始流化速度的下降趋势趋于平缓。     

大差异双组分混合颗粒的最小流化特性

在一套f260 mm′2000 mm的有机玻璃实验装置中,对大差异双组分混合颗粒的最小流化特性进行了实验研究,得到了混合颗粒的流化曲线,由此给出了其起始流化速度、最小流化速度、临界分离速度、完全流化速度等特征速度. 实验结果表明,流化过程可分为4个阶段,即完全流化、大小颗粒分离、大颗粒静止小颗粒流化、固定床阶段,对应混合颗粒的3个状态：完全混合、部分混合部分分离、完全分离状态;混合颗粒的特征速度随小颗粒质量分率的增加而减小,且在小颗粒质量分率达到0.4~0.5后其减小的趋势减缓;混合颗粒的固定床阶段和完全流化阶段的床层空隙率及混合颗粒的体积收缩比在小颗粒质量分率为0.4时达到极值.     

石英砂二元混合颗粒初始流化过程的研究

在一套Φ300 mm×3000 mm的有机玻璃冷模流化床实验装置上,考察了石英砂二元混合颗粒的初始流化特性。所有二元混合颗粒均由颗粒密度相同但粒径不同的A、B、C、D四类颗粒组分两两按照一定质量分数混合而成。采用FXC-Ⅱ/32型压力巡检仪测得了不同轴向位置床层的压降曲线,得到了不同二元混合颗粒的起始流化过程特性曲线和起始流化速度。实验结果表明,两种颗粒组分平均粒径大小和差异及其组分质量分率对二元混合颗粒的起始流化特性具有显著影响。A类颗粒加入可显著改善B、C和D类颗粒的流化质量;C类颗粒加入量过大会使混合颗粒在流化过程中出现严重的沟流现象;当浮升组分(小颗粒)质量分数为0.4时,组分粒径差异较大的二元混合颗粒在流化过程中最容易发生完全分级现象;对于粒径差别较大的二元颗粒组分,床层最小流化速度随小颗粒组分的增多而下降,而对于具有较强颗粒间作用力组分的二元颗粒组分,床层最小流化速度则随小颗粒组分的增多而增大。根据实验数据对等密度BD二元混合颗粒的起始流化速度预测公式进行了修正,发现实验值与计算值吻合较好。     

污泥颗粒与河砂混合流化特性的实验研究

在内径f105 mm、高800 mm的冷态流化床实验装置上进行了污泥颗粒与河砂混合流化特性的实验研究,获得了污泥颗粒水分、污泥颗粒与河砂的质量比对混合物料的流化特性的影响规律. 实验结果表明,污泥颗粒的水分、污泥颗粒与河砂的质量比会影响混合物料的最小流化速度,也影响污泥颗粒与河砂混合的均匀程度. 污泥颗粒的质量比越大,混合物料的最小流化速度越大;污泥颗粒的水分含量越高,混合物料的最小流化速度也越大;污泥颗粒与河砂的质量比越接近1:1,越容易实现充分混合. 在对实验数据进行分析处理的基础上,提出了污泥颗粒与河砂混合物料的最小流化速度经验方程,为流化床污泥颗粒干燥工艺提供基础数据和设计依据.     

振动流化床双组分颗粒的混合与分离

研究了振动流化床中颗粒的轴向浓度分布及最小流化速度,根据不同操作条件下最小流化速度的实验值,定义了最小流化速度的计算式;同时考察双组分颗粒混合与分离情况,根据实验结果,修正了Ｎｉｅｎｏｗ定义的双组分颗粒的转变气速,并与实验值相符。     

生物质和惰性颗粒二组分混合物的最小流化速度

实验发现纯锯末不能在流化床中流化，锯末中加入惰性固体颗粒构成锯末／玻璃珠、锯末／沙子双组分混合物可实现流化．研究了不同粒径、不同配比混合物的流化规律．已有的预测双组分混合物最小流化速度的公式不能应用于锯末／玻璃珠、锯末／沙子双组分混合物．同时研究了球形、椭圆形菜籽的最小流化速度，并研究了不同粒径菜籽与不同粒径沙子在不同比例下的最小流化速度，结果表明形状规则生物质／惰性颗粒混合物最小流化速度可由Ｃｈｉｂａ公式计算     

生物质与煤共气化特性研究

在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦以及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性.采用程序升温热重法对生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行了水蒸气气化实验.结果表明,生物质焦和煤焦在一定温度下的气化速率为:高粱焦＞稻秆焦＞玉米焦＞神木煤焦.并对三种生物质焦、煤焦、生物焦和煤焦混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,分析认为,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.     

热解温度对生物质和煤成焦特性的影响

以麦秆、橡树木屑和华亭烟煤为原料,研究热解产物的理化特性并讨论燃料种类和热解温度对其的影响.采用BET、SEM-EDS、XRD和TGA对其进行分析表征.结果表明:在600~1 000 ℃的温度范围内,煤焦的比表面积和孔隙容积随热解温度增加而增大,而木屑焦的变化不明显,麦秆焦在800 ℃时比表面积和孔隙容积最大,更高温度则发生烧结;焦样中C元素含量随热解温度升高而增加,而H元素和O元素随之降低,麦秆焦的着火特性优于木屑焦和煤焦.木屑焦和煤焦的着火特性随热解温度升高而变差,而麦秆焦在800 ℃具有最佳的着火特性.     

煤拔头半焦燃烧特性

利用喷动载流床模拟煤拔头工艺,在550, 650, 750和850℃温度下对大同烟煤进行热解得到拔头半焦,采用非等温热分析方法对原煤及拔头半焦的燃烧特性进行了研究. 由热分析实验数据归纳提出了表征煤和半焦着火、燃烧及燃烬性能的无量纲综合燃烧指数Z. Z值越大,煤样综合燃烧性能越佳. 结果显示,大同烟煤在2℃/min升温速率下Z值为0.41;4个热解温度(由低到高)下所得拔头半焦的Z值分别为0.39, 0.35, 0.31, 0.21,且拔头半焦的燃烧性能均低于原煤,但高于阳泉无烟煤,且随热解温度升高Z值降低,燃烧反应性降低. Z值与着火温度及表观燃烧活化能表现出的反应性一致.     

晋城煤蒸汽气化本征动力学研究

本文用晋城干馏煤,以蒸汽为气化剂,于管式反应器中在850～1100℃条件下作了本征动力学的研究.研究结果发现,转化率在0.2附近时,气化速率最大.常压下,反应速率与温度和转化率呈如下关系dx_c/dt=1.45×10~5exp(-19650/T)x_c~(0.25)(1-x_c)本文还得出了950℃下,0.1～1.5MPa范围内蒸汽分压对反应速率的关联dx_c/dt=2.13×10~6P_(H_2O)/(1+4.69P_(H_2O))exp(-19650/T)x_c~(0.25)(1-x_c)     

煤焦与水蒸气加压气化反应活性的研究

采用填充床热天平反应器（ＰＢＢＲ）系统,于０．０９８ＭＰａ～２．４５ＭＰａ压力和７５０℃～１０００℃温度下进行了煤焦与水蒸气气化反应的活性研究,以基碳转化率（Ｘ）和比气化速率（Ｂ）作为反应活性的评价指标。结果表明,煤焦的Ｘ和Ｂ随着温度和压力的增加而增加;煤焦的气化反应活性顺序为：褐煤焦＞气煤焦＞贫煤焦。     

随机孔模型应用于煤焦燃烧的动力学研究

采用热重法研究煤焦在变温和等温条件下的燃烧过程,分析升温速率和温度对煤焦燃烧行为的影响,用随机孔模型(RPM)研究煤焦的燃烧失重过程,得到了煤焦燃烧变温和等温动力学方程. 实验结果表明,变温实验中,随着升温速率的增加,煤焦燃烧的失重曲线向高温方向移动,最大燃烧速率增加,升温速率由5℃/min增加到20℃/min时,最大燃烧速率由3.2%/min增加到11.3%/min;等温实验中,随着燃烧温度的提高,煤焦最大燃烧速率增加,燃烧温度由510℃增加到630℃时,最大燃烧速率由2.1%/min增加到8.3%/min,煤焦燃烧性能得到改善. 动力学计算结果表明,RPM能较好描述煤焦变温和等温燃烧过程中煤焦转化率与温度和时间的关系,煤焦变温和等温燃烧的表观活化能分别为84.27和64.16 kJ/mol.     

伊宁长焰煤半焦催化气化的研究

采用K2CO3、Na2CO3、KOH和CaO为催化剂,CO2为气化剂,使用热重分析仪研究了伊宁长焰煤半焦的催化气化.结果表明:(1)添加10% K2CO3使气化时间缩短了9.2min,相应的气化温度降低了184℃;(2)Na2CO3的最佳添加量为5%;(3)这几种催化剂的催化活性大小顺序依次为K2CO3>KOH>Na2...     

煤焦的水蒸汽气化反应速率解析

为得到煤的气化技术开发的基础数据,在固定床微分反应器中,于常压、动力学控制条件下,对国内外七种煤半焦进行水蒸汽气化实验.将煤的气化反应速率用水蒸汽分压及煤的未转化率的幂函数型式表示时,其结果是与水蒸汽分压及细孔表面积的一次方成正比.从理论上推导出了在反应过程中包括考虑煤的细孔结构变化的动力学方程,并且导出了含碳组分气体的生成速率与煤的气化速率的相关式.用Bhatia等人的随机细孔模型表示反应过程中的细孔表面积变化时,计算结果与实测值相当吻合.     

不同影响因素对煤焦气化特性的影响

为了消除内、外扩散对煤焦气化反应的影响,通过热重分析仪进行了3种煤焦的气化反应实验,气化剂为CO2.研究了焦样粒径大小、焦样质量和气化剂流量对气化反应的影响,最终确定消除内、外扩散时的实验条件.此外还研究了气化温度对煤焦气化过程的影响.根据实验结果选取了3种动力学模型进行拟合,选取最适合描述气化反应的模型.结果表明:煤焦粒径对气化反应没有影响;随着煤焦质量减少,煤焦气化活性增加,但煤焦质量降低至一定值后气化活性不再变化;随着CO2流量增加,煤焦气化活性增加,但CO2流量增加至一定值后气化活性不再变化.混合反应模型最适合描述煤焦的气化反应过程.     

添加剂对煤焦催化气化特性的影响

在自行搭建的热重分析仪上进行恒温下煤焦的催化气化实验。通过添加剂对催化剂进行预处理,可能使得催化剂有着更好的催化效果。研究了氨水和冰乙酸两种添加剂催焦样催化气化的影响,催化剂分别为CaO和Fe(NO_3)_3。分别在780、810、850、900℃进行了气化实验。研究结果表明:两种添加剂对原煤焦的气化过程影响很小;对于CaO的催化气化,氨水能起到促进气化过程的作用,冰乙酸使得催化气化反应性降低;对于Fe(NO_3)_3的催化气化,冰乙酸能促进催化气化过程,氨水则使得催化气化反应性降低。     

Catalytic Performance of Coal Char for the Methane Reforming Process

A new concept of combined coal gasification and methane reforming in a single reactor was proposed as an alternative path for syngas production using coal and coalbed methane. Here, the results of this process are summarized. The experimental work was carried out in a fixed‐bed reactor. Methane cracking, CO₂/steam reforming of methane over coal char, and the effects of chars made from different types of parent coal on methane conversion were examined. The catalytic effect of coal char on methane cracking and reforming increased with decreasing coalification degree. A synergistic effect was observed in that, while the coal char catalyzed the methane reforming reactions, gasification of the coal char took place simultaneously, which counter‐balanced the deposition of carbon especially for the methane‐steam‐char system.