超重力技术应用于萃取结晶回收碳酸钠的研究

研发了一种将撞击流反应器和旋转填料床有机耦合所形成的一种新的反应器——撞击流旋转填料床(IS-RPB),并将IS-RPB应用于萃取结晶回收无机盐的实验研究中,以饱和碳酸钠溶液-正丁醇体系为研究对象,分别考察了超重力因子、正丁醇与碳酸钠溶液流量比、撞击初速度等因素对碳酸钠收率的影响。实验结果表明超重力因子为98.80,正丁醇与碳酸钠溶液体积流量比为1∶1,撞击初速度为8.85 m/s时,碳酸钠的收率最高达到72.08%。     

煤炭地下气化残留物中微量元素分布及富集特性

煤炭地下气化是把残留物保留在地下的煤炭原位开采技术。本文通过地下气化富氧-水气化工艺模型实验,对不同工艺条件下气化区残留物进行网格采样,并通过离子体质谱仪(ICP-MS)和原子荧光形态分析仪对残留物中的Zn、Cu、As、Pb、Cr、Ni和Hg进行定量分析,最后采用迁移率和相对富集系数对微量元素进行迁移富集特性评价。结果表明,残留物中微量元素的总量随着工艺条件中氧气浓度的增加而减少。在氧化区中Cr、Ni含量最高,Cu、Pb在三区的残留量很少,Zn在三区的残留量最多,随着氧浓度的升高,在三区的残留物呈明显的递减趋势,易于在还原区内残留;As在三区都有富集的趋势,随着氧气浓度的升高,在三区残留物的残留量有递增的趋势;由于出口气温度较高,Hg在三区的残留量最少,没有明显的规律性。气化通道残留物中微量元素Hg、As、Zn、Cr的平均含量比原煤中的含量多,而Ni、Cu、Pb比原煤中的含量少。从相对富集系数与平均残留率综合分析,Cr、Ni、Zn、As、Hg的平均相对富集系数小于1,Zn、As、Hg的残留物大于100%;Cr、Ni残留率在50%~100%。Cu和Pb三区的相对富集系数小于1,残留率小于50%。     

煤炭地下气化过程数值模拟研究进展

论述了煤炭地下气化过程数值模拟研究的进展及现状,分析了不同物理模型的形式、数学模型的特点及存在的不足,同时对其应用条件与假设进行了对比。最后展望了煤炭地下气化模型今后的研究方向。     

煤炭地下气化模型试验研究现状与发展

为探索模型试验在煤炭地下气化研究中的作用,阐述了煤炭地下气化模型试验气化炉的结构特征、燃空区扩展规律及气化工艺.研究结果表明,模型气化炉虽不能完全模拟地下煤层赋存条件,但可在煤层和岩层中设置温度、压力、组分和应力等测点,获得现场难以测得的温度场、压力场、浓度场和应力场等物理场;可对不同赋存条件下煤层的燃空区扩展形状及规律展开直观研究;气化工艺模型试验不仅可获得与现场试验相同的工艺参数,也可开展煤炭地下气化过程中污染物析出与迁移规律的研究,并用于现场生产.最后,提出了模型试验的发展方向.     

鄂庄烟煤地下气化反应区分布与工艺参数的关联特性

煤炭地下气化反应区分布受进口工艺参数的影响,同时也决定了出口煤气的有效组分和热值。通过鄂庄烟煤富氧地下气化模型试验,获得了6种不同氧气体积分数下反应区温度场和煤气组分,从而研究了氧化区、还原区和干馏干燥区分布状态及其与进出口工艺参数的关联特性。结果表明,在模型试验条件下合理的3区温度范围为:氧化区(1 200℃)、还原区(600~1 200℃)、干馏干燥区(200~600℃);在气化过程中,3区面积分布依次为:氧化区还原区干馏干燥区,当氧气体积分数在29.56%~44.07%时,3区比例(氧化区∶还原区∶干馏干燥区)平均为1∶1.5∶7.5,当氧气体积分数在49.07%~86.21%时,3区比例平均为1∶1.2∶2.8;随着氧气体积分数的增大,氧化区在3区中所占比例先增大后减小,还原区比例持续增大,干馏干燥区比例持续减小,其平均扩展速率分别为:当氧气体积分数增大1%时,氧化区和还原区比例分别增大0.26%和0.19%,干馏干燥区减小0.45%;出口煤气中CO2体积分数与α(氧化区面积/还原区面积)的增减趋势相反,当α=0.96时,CO2体积分数最低,为23.17%,CO随着还原区比例的增大而增大,CH4体积分数随干馏干燥区比例的减小而减小。     

煤炭地下气化炉型及工艺

为探讨不同煤层条件下地下气化炉结构及气化工艺,在模型试验和现场试验的基础上研究了煤炭地下气化有井式和无井式气化炉结构及其工艺参数,形成了有井式“长通道、大断面、两阶段”气化工艺和无井式渗透式气化方法.试验结果表明:空气气化时可获得热值在4.18 MJ/Nm3以上的煤气;富氧气化时,当富氧体积分数由30％上升到80％时,煤气中有效组分(H2+CO+CH4)体积分数由30％上升到60％;两阶段气化第2阶段可生产H2组分体积分数在40％、热值在11.45 MJ/Nm3以上的煤气.无井式渗透式气化通道贯通参数为:当供风压力0.75 MPa、供风流量600 Nm3/h时,贯通速度为0.34 m/d,通道当量直径0.39m,正向供风气化和反向供风气化能获得相同质量的煤气.     

黏结性烟煤氧化破黏及热贯通特性

为了探索黏结性烟煤在地下气化通道贯通过程中热贯通特性,采用空气预热氧化的方法,研究并获得了温度、流量、时间3个因素对烟煤黏结指数的影响规律,以及低温氧化破黏前后烟煤燃烧贯通特性。实验表明,随着氧化温度的升高、空气流速的增大、破黏时间的延长,烟煤黏结性都显著下降,最适合的破黏温度为140～180 ℃;破黏后煤样燃烧的初始引发温度降低,2 920 min破黏后的煤样与原煤相比,初始引发温度降低了28 ℃;破黏处理后的煤样燃烧扩展速率提高了20%,燃烧贯通时间缩短;因此破黏后有利于黏结性烟煤地下气化通道的形成和扩展。     

煤炭地下气化温度场动态扩展对顶板热应力场及稳定性的影响

为探索煤炭地下气化过程中煤层温度场扩展对顶板应力的热影响,利用相似材料制作大尺度顶板模拟内蒙古乌兰察布褐煤层顶板泥质软岩,对煤层温度场动态扩展条件下,顶板应力场扩展过程及顶板稳定性进行实验研究。结果表明,在模型实验中,顶板热应力的最大值可达1.5 MPa。在氧化区培育阶段和气化阶段,煤层温度场沿通道轴向平均扩展速率分别为0.018,0.028 9 m/h,顶板热应力场沿通道轴向扩展速率分别为0.015和0.027 m/h。氧化区培育阶段煤层温度场扩展主方向与裂隙方向一致,煤层温度场动态扩展与顶板热弥散的双重作用使顶板应力场的扩展速率逐渐趋近于煤层温度场扩展速率。同时,泥岩顶板受高温影响在垂直气化通道方向形成稳定的拱形结构,可维持顶板在垂直气化通道方向的区域稳定。