煤制天然气气化单元的数值模拟

为生产煤制天然气,本文采用HSC化学热力学计算软件进行了煤气化单元的数值模拟。通过改变反应温度、压力及气化剂水蒸气的供入量,分析煤气化产物可用于甲烷化的有效组分(CO,H2,CO2,CH4)摩尔分数的变化规律,同时结合相应的能源转化效率优化工况参数,降低甲烷化的氢气补充并提高转化效率。结果表明,煤制天然气煤气化单元中的运行参数最优选择为1.5 MPa,900℃;煤及气化剂输入量为n(煤)∶n(水)=1∶2;煤气化产物中有效气摩尔分数达96.97%,n(CO)∶n(H2)生成速率为1.5~1.8。该结果可以用于指导煤制天然气的实验研究。     

垃圾衍生燃料流化床富氧气化实验研究

为了研究不同操作工艺参数对垃圾衍生燃料（RDF）流化床富氧气化特性的影响,在常压流化床气化炉上进行徐州RDF的富氧气化实验,研究气化温度、当量比及氧体积分数对气化特性的影响.结果表明：随着气化温度由600 ℃升至800 ℃,气体产物中H2和CO体积分数显著增加,气体热值和气化效率增加;当量比通过影响气化反应程度及燃料碳转化率间接改变气化效果,当氧体积分数为425%、气化温度为770 ℃时,气化最佳当量比约为02,过高或过低均会导致可燃组分和气化效率的降低;随着氧体积分数由21%增至425%,可燃组分体积分数不断增加,与空气气化相比,富氧气化的气化效果有显著改善.     

生物质高温气流床分级气化特性

为了满足生物质间接液化中对合成气组成的要求,特别是H2与CO体积比要达到1.0~2.0,采用生物质低温热解炉结合高温气流床的生物质分级气化系统,研究气流床分级气化方式对生物质气化合成气的影响.针对温度、一次气化时间等因素,研究合成气组分、H2与CO体积比、碳转化率、气化效率以及焦油质量浓度等方面的变化情况.结果表明,生物质分级气化和温度的升高均能够提高H2与CO体积比.生物质分级气化系统的最佳工况是一次气化时间为0.6s,当气化温度为1 100℃时,此时气化效果最好,气化效率达到75%,H2与CO体积比可达1.22,碳转化率达到96.3%.分级气化合成气中焦油质量浓度比传统气化明显减少,从5.46g/m3降低到了50mg/m3.     

白云鄂博铁精矿内配碳球团还原动力学研究

为降低CO2排放量,发展以H2为还原剂的炼铁生产方式势在必行.针对富氢气固还原工艺中存在着气体利用率低和还原供热不足等问题,利用热重法研究了温度、碳氧比、煤粉粒度对白云鄂博铁精矿含碳球团还原速度的影响.结果表明,在碳氧摩尔比为1.1时,还原温度越高,煤粉越小,含碳球团还原速度越大.基于碳气化反应、气相扩散和界面反应的含碳球团还原速度方程能较好地处理本研究的数据.在850℃下,由未反应核模型得出气体内扩散活化能和界面反应活化能分别为87.3 kJ/mol和306 kJ/mol,还原温度越高,扩散阻力越大,化学反应阻力越小.在950℃下,还原反应过程速度由气体内扩散控制.     

千瓦级PEMFC甲醇水蒸气重整制氢过程热力学模拟

运用Aspen Plus软件对千瓦级质子交换膜燃料电池甲醇水蒸气重整制氢系统进行热力学模拟分析,考察不同水醇物质的量比(0.8~1.6)、反应温度(140~400℃)及压力(101.325~506.625kPa)对甲醇水蒸气重整过程的影响。结果表明,升高反应温度可以提高甲醇平衡转化率和CO摩尔分数,但会降低重整气中H2摩尔分数;增大压力会降低甲醇平衡转化率,但对H2和CO摩尔分数的影响较小;增加水醇物质的量比n(W)/n(M),甲醇平衡转化率增大,但大量水蒸气的使用会增加系统的负荷,降低热效率,所以合适的n(W)/n(M)为1.2~1.4;通过对整个氢源系统的模拟发现,经甲醇水蒸气重整、水汽变化和选择性氧化后,出口气中H2摩尔分数为64.27%,CO摩尔分数小于10-5,可为千瓦级质子交换膜燃料电池提供氢源。     

碳气化反应热力学的影响因素分析

碳气化反应是铁氧化物碳热还原的重要环节.为了揭示各因素对碳气化反应热力学的影响规律,本文就温度对碳气化反应平衡常数和平衡CO压力分数,碳储能对平衡常数、平衡温度和平衡CO压力分数,以及总压和惰性气体分压对平衡温度和平衡CO压力分数的影响进行了理论分析.结果表明,储能/温度一定时,平衡常数随温度/储能的增加而增大.储能、总压和惰气分压一定时,平衡CO压力分数随温度的升高而增大;温度、总压和惰气分压一定时,平衡CO压力分数随储能的增加而增大,导致在一定总压和惰气分压下达到相同的平衡CO压力分数所需温度降低.在温度、储能和惰性气体分压一定的条件下,当总压、惰气分压和平衡常数之间满足一定代数关系时,平衡CO压力分数随总压的增加而增大/减小,导致在一定储能和惰气分压下达到相同的平衡CO压力分数所需温度降低/提高.在一定温度、储能和总压下,平衡CO压力分数随惰气分压的增加而减小,导致在一定储能和总压下达到相同平衡CO压力分数所需温度提高.     

N2与CH4对CO2非混相驱油效果的影响

在矿场应用中,注入CO2中混有的杂质气体会影响其驱油效果.为制定更加合理有效的开发方案,有必要研究杂质气体对CO2驱的影响.利用油藏数值模拟方法,在纯CO2气体注入参数优化的基础上,研究了N2与CH4两种杂质气体对CO2非混相驱体积波及系数、驱油效率、油井见气时间和采收率的影响;以尽量提高原油采收率为目标,确定了注入气中杂质气体的临界含量.结果表明,杂质气体的存在会导致CO2非混相驱体积波及系数增大,驱油效率降低,油井见气时间缩短;注入的CO2中N2的摩尔分数最高不应超过5%,CH4的摩尔分数最高不应超过14%.     

热处理对Inconel718镍基合金组织及耐蚀性能的影响

研究了Inconel718合金在940¹ 000℃固溶以及固溶+时效处理(720℃保温8 h后经50℃/h冷却到620℃保温8 h)后的组织及性能之间关系。结果表明,固溶处理后合金的硬度随着温度的升高而减小。固溶+时效处理后合金的硬度随着温度的升高先是增大再减小,到980℃时达到最大值,且硬度值比仅固溶处理的增加约1倍。在用H2SO4溶液调节pH值(pH=3)的体积分数为5%Na2SO4酸性溶液中测试极化曲线和交流阻抗,结果表明,固溶+时效处理样品的耐蚀性比仅固溶处理的差。在模拟高温高压H2S/CO2应力腐蚀环境试验测试结果表明,固溶处理和固溶+时效处理的样品耐H2S/CO2应力腐蚀性能均较好。     

以空气-水蒸汽为气化剂下吸式生物质气化炉设计与试验

针对下吸式生物质气化炉主要部件对气化效果的影响进行了分析,并且设计了1台生物质气化炉。以空气-水蒸汽为气化剂,松木颗粒为原料,对该气化炉进行试验。在仅以空气为气化剂时,确定了最佳空气当量比(ER)为0.263,还原区反应温度达到671℃,燃气热值达到峰值1 569 kcal/Nm3。在ER保持0.263不变的条件下,增加水蒸汽与燃料质量比(S/B),在反应温度高于600℃时,燃气中CO含量逐渐减少,H2含量逐渐增加。当该气化炉以空气-水蒸汽为气化剂,ER为0.263,S/B为0.078时,燃气热值达到最大值1 627 kcal/Nm3。     

生物质气流床气化特性及残炭特性的研究

为了考查反应温度及氧气和生物质质量比对生物质煤气组分、碳转化率、气化产物分布以及残炭特性的影响，利用一套小型生物质气流床气化系统进行了木屑的气化试验.结果显示，随着反应温度升高，H2的体积分数显著增加，而CO2的体积分数则明显减少，其中高温段(1 000～1 400 ℃)H2和CO合成气总体积分数达到了80％以上；CH4体积分数则随着反应温度的升高先增加后减少，到1 400 ℃时，可忽略不计；1 400 ℃时，液体产物的质量分数只占到总产物的8％～10％，说明高温气化焦油量很少；随着反应温度升高，碳转化率随之迅速升高，到1 400 ℃时达到95％，其中600～800 ℃是木屑碳转化率升高最快的阶段；木屑的煤气产率也随温度升高而增高，到1 400 ℃时，煤气产率最高达到91％     

气化参数影响气流床煤气化的模型研究(Ⅱ)--模型预测及分析

为评价和优化气流床煤气化中的气化方案和气化参数,利用已建立的气流床煤气化动力学模型系统地研究了不同气化剂、气化剂质量比率、气化温度、气化压力和停留时间等参数对气化过程和煤气组分的影响,并对其影响机理及规律进行了分析.结果表明:O2/H2O和O2/CO2两种气化方案各有特点,O2/H2O气化剂方案反应速度快,煤气中H2体积分数高,而O2/CO2气化剂方案可以降低未分解的水煤气,并回收利用CO2.气化温度是影响气化进程和煤气组分的最关键因素,气化压力对气化反应进程影响较大,但对接近平衡时的煤气组分影响却较小;对给定的气化反应系统,存在最佳气化剂质量比率和停留时间.     

上行制气采用增氧间歇式气化节能减排的预测

针对我国目前上行制气能耗较大的现状,开发了上行制气采用增氧间歇式气化法工艺.以山东某有限公司技改前后为例对上行制气采用增氧间歇式气化的节能减排结果进行预测分析.技改前制气采用自然空气（79%的氮和21%的氧气）加入,技改后在满足（CO＋H2）/N2的需要基础上,上行制气入炉蒸汽中加入含90%氧气和10%氮气量,直接弥补部分蒸汽分解时吸热反应的热量,使蒸汽长时间在高温条件下进行分解.预测结果表明：弥补了制气温度,提高蒸汽分解率和煤炭的利用效率,减少CO2、SO2的排放.     

CO_2加氢制低碳烯烃反应中引入耦合反应的影响研究

针对CO2加氢制低碳烯烃反应的特点,考虑将气化反应引入到CO2加氢制低碳烯烃反应中。对无煤粉参与反应和有煤粉参与反应两种情况下的CO2加氢反应进行了热力学分析。采用总吉布斯自由能最小法计算得到不同温度下反应体系平衡组成及反应物的平衡转化率。对比两种情况下的计算结果表明,引入气化反应,平衡组成中烯烃含量和反应物H2转化率都提高了,而产物中H2O的含量降低了,表明有更多的氢储存到烃中,但反应物CO2的转化率降低了。此外,通过实验得到两种情况下CO2加氢反应产物分布,实验结果表明有煤粉参与的反应,烯烃选择性更高,但CO2转化率降低了,这与热力学分析所得结论一致。     

ZIF-8体系富集回收炼厂干气中C2H6+C2H4

炼油工业作为一个能量密集型工业,对炼厂干气中轻烃组分气体进行有效回收且利用,将同时解决其一直面临的节能及环保两大难题。采用吸附法以及吸附⁃水合法分离含有C2（即C2H6+C2H4）的模拟炼厂干气M1:C2H6(11.55%)+C2H4(12.46%)+CH4(29.15%)+N2(27.02%)+H2(19.82%),且将分离混合气M2作为二级分离的原料气,完成ZIF⁃8材料对混合气M1的两级分离过程。结果表明,一级分离采用吸附⁃水合分离法使C2组成摩尔分数降低至9.90%;由于原料气M1中C2摩尔分数较高,较吸附分离法,吸附⁃水合法在平衡气相中y_(C_2 )降低幅度和吸附量MC较大;由于C2组分摩尔分数较低,二级分离过程不易形成水合物,因此采用吸附分离法,规避湿ZIF⁃8水分对分离及吸附量造成的负面影响。经过二次分离过程,可以将原料气M1中C2摩尔分数由24.01%降低至2.90%,有效回收了炼厂干气中C2组分。     

电站锅炉选择性非催化还原脱硝实验研究 ——还原区温度、尿素溶液喷射体积流量的影响

对一台HG-410/9.8-YW15型煤粉锅炉,在常规煤粉再燃技术改造的基础上进一步结合了使用尿素溶液喷射的选择性非催化还原(SNCR)技术.实验主要在280、345、410 t/h 3个负荷下进行.实验结果表明,各个负荷下,SNCR技术可以将NOx排放降至低于200 mg/m3(标准状态、6%O2体积分数、干态),达到40%～60%的脱硝效率.应选择950 ℃左右的喷射层进行喷射为宜,温度过高或过低均会导致脱硝效率的降低,过低的温度还会使得尾部NH3排放大量增加.通过增加层喷射体积流量可以提高脱硝效率,在实验范围内得到的层最佳喷射体积流量为1.0～1.6 m3/h.同时,增加层喷射体积流量对NH3及N2O的减排也是有益的,而喷入的水量会对锅炉效率造成约0.5%的损失.     

煤质组成对水煤浆气流床气化炉性能的影响

基于化学反应平衡假设,建立水煤浆气流床气化炉的平衡模型.以H/C和O/C摩尔比、灰分的质量分数为输入变量,考察了煤中C、H、O元素的相对摩尔量和灰分质量分数对气化炉性能的影响,为工业气化炉选煤、配煤和变煤种等操作提供指导.研究结果表明：在相同气化温度下,随着O/C摩尔比的升高|有效合成气产率降低,比氧耗增加,随着H/C摩尔比的升高|有效合成气收率略微增加,而比氧耗变化不大|煤中O元素的相对摩尔量对气化炉的性能有着较为显著的影响|然而随着灰分质量分数的增加,有效合成气收率降低,比氧耗增大.因此,在工业生产过程中,应该密切关注原料煤的组成变化,及时调整气化参数,优化气化炉的运行,提高气化经济效益.     

典型煤种CO_2气化过程中产物的析出特性

CO2气氛下在热重分析仪上对3种典型煤种分别进行了气化实验,与便携红外分析仪连用,详细研究了煤气化产物与温度、煤种的关系。结果表明：气化温度在500～800℃之间,C煤的甲烷生成速率较高,但焦炭与水蒸气的气化反应较慢,但温度达到1 000℃时甲烷会分解;在热重分析仪中,高灰分阻碍了气化反应的进行,400～1000℃过程中失重曲线较平缓,在1 000℃之后,TG曲线有了明显的变化;煤化程度越低,越有利于挥发分的析出,有利于提高气化过程中CO和CH4的析出量,而且降低了有机硫（COS）的析出量。     

K-Fe复合催化剂对煤半焦气化速率与产物的影响

在热天平与固定床反应器中研究K-Fe复合催化剂对煤半焦的催化气化特性,并考察K-Fe催化剂种类、K-Fe配比与气化温度对气化过程的影响,分析反应过程中碳转化速率和气体产物(H_2、CO和CO_2)的变化规律.结果表明:K-Fe复合催化剂具有良好的催化作用,兼单一催化剂提高气化反应效率与调节气体产物组成的功能;在850℃时,碳转化速率比无催化剂时提高了3.2~4.8倍,产品气中H_2产率提高了6.4%~12.6%、CO产率提高了5.8%~22.3%;复合催化剂中提高气化速率的原因主要是K,而Fe对气体产物组成的影响更大;高温会显著加快气化反应过程,促进CO生成,使H_2及CO_2产率降低,在850℃及更高温度时,升温对反应速率的促进作用逐渐降低.     

茚满合成产物馏分的气相色谱分析

为了了解茚满合成过程中主反应和副反应进行的程度 ,利用气相色谱分析方法对其反应产物进行了分析。选择了色谱分析条件 ,以非极性的阿皮松L为固定相 ,硅砖C2 2 为载体的2mm× 3m的不锈钢填充柱为分析柱 ,用FID检测器进行检测。以H2 为载气 ,N2 为辅助气。经实验最后选定的条件为 :汽化室温度 12 5℃ ;检测室温度 12 5℃ ;柱温 6 0℃ ;载气H2 流量 34mL/min ;辅助气N2 0 .0 3MPa;助燃气空气 0 .0 6MPa;检测器 (FID)灵敏度 :8× 10 -11A/mV ;进样量 :0 .6 μL。利用本方法可将茚满合成产物中的轻组分顺利分开 ,所有组分的分离度均大于 1.5 ,相对标准偏差 (RSD)小于 6 %。发现轻组分中 ,含量最大的为异戊烷 ,为茚满合成条件的确定提供了可靠的依据。     

气固循环流化床碳化室局部CO_2摩尔分数的研究

在内径0.1 m,高1.0 m的碳化室(浓相区)和高3.0 m上升段的气固循环流化床反应器内,分别以混合气(空气85%(体积分数)和CO215%(体积分数))和CaO颗粒(平均粒径0.85 mm)为气相和固相,采用不同温度、表观气速和CaO颗粒循环速度,对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了系统研究。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了模拟计算。在模拟计算过程中,通过自编C语言程序,将CaO与CO2反应的动力学模型与Fluent 6.2中的传统模型结合。模拟结果显示:最佳反应温度为925K;表观气速为0.10 m.s-1;CaO的循环速度为0.12 m.s-1。在较低温度下,碳化室内不同高度局部CO2摩尔分数的模拟结果与实验数据吻合良好。随温度增加,计算值与实验值误差增大。