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。     

基于Gibbs自由能最小化原理模拟固体燃料-氧气气化反应

采用Gibbs自由能最小化原理考察了气流床中不同固体燃料-氧气的气化特性以探索固体燃料-氧气气化规律。考察了气流床中不同固体燃料(H和C物质的量比(H/C比)为0~1.6,O和C物质的量比(O/C比)为0.1~0.8)在氧气气氛下完全气化时所能达到的平衡温度、合成气组成、气化炉有效能效率及所需当量氧气比。结果表明:固体燃料H/C比一定时,低O/C比下,H2和CO含量保持恒定,H2O和CO2含量较少;高O/C比下完全气化所需当量氧气比迅速降低,平衡温度降至700℃(O/C比大于0.6),气化炉有效能效率也呈现下降趋势,H2和CO含量减少,CO2和H2O含量增加。固体燃料O/C比一定时,随着H/C比增加,平衡温度迅速降低(O/C比小于0.6),气化炉有效能效率也随之减少,CO含量减少,H2,CO2和H2O含量增加。     

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.     

煤与天然气气流床共气化制合成气试验研究

为提高煤、天然气资源综合利用效率,优化合成气成分,进行了煤与天然气气流床共气化技术研究。介绍了煤与天然气气流床共气化的试验装置及工艺流程,考察了气化温度、压力、水煤浆浓度、CH4与煤比对共气化反应的影响。结果表明,气化温度和CH4与煤比是共气化反应的主要影响因素,较高的气化温度对共气化反应有利,气化温度为1 350℃时,共气化指标较好,有效气体积分数大于90%;随着CH4与煤比的增大,合成气n(H2)/n(CO)增高。CH4与煤比为0.9 m3/kg时,合成气中n(H2)/n(CO)约1.2。根据后续合成工艺要求,通过调节气化温度和CH4与煤比,可获得n(H2)/n(CO)在0.8~2.0的合成气。     

大粒度煤块气化特性研究

分别以H_2O(g)和CO_2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置完成大颗粒鹤壁烟煤和晋城无烟煤的气化模拟实验,用便携式气体分析仪对煤气组分进行测定,并用SEM分析气化后的半焦,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对2种煤气化反应特性的影响。结果表明:CO_2为气化剂时,反应温度越高,煤气中CO,H_2,CH_4含量越多,煤气热值也越高;以H_2O(g)为气化剂时,H_2含量随着反应温度升高增大,CO含量则先增大后降低,CH4明显降低。气化温度1 000℃时煤气热值最高,鹤壁煤和晋城煤热值分别达13.12 MJ/m~3和11.25 MJ/m~3;气化进行30 min时反应速率最大,60 min时热值最高;相同气化剂条件下鹤壁烟煤的煤气热值高于晋城无烟煤煤气;相同煤种条件下H_2O(g)为气化剂时的煤气热值高于CO_2。     

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.     

气化条件下液化残渣与哈密煤混煤灰流动性研究

为将高灰高铁的液化残渣应用于气流床气化装置,利用灰熔点测试仪、热力学计算软件FactSage和高温旋转黏度计,研究了哈密煤(HM)、液化残渣(DCLR)及两者混配(质量比分别为1∶2,1∶1和2∶1)后混合物的煤灰熔融温度、煤灰矿物质组成及黏温特性。结果表明:HM和DCLR熔渣具有较强的结晶倾向,不适合单独作为气流床气化原料。HM与DCLR混配可调控灰化学组成,改善灰熔点与熔渣类型。当HM和DCLR的质量比为2∶1时(样品记为H2D1),灰样的流动温度较DCLR灰样的流动温度低88℃,黄长石与长石发生低温共熔是其灰熔点较低的主要原因。样品H2D1熔渣呈现出玻璃渣的特征,其最佳操作温度范围(t_2～t_(25))达150℃,有利于气化炉排渣,可使气化炉在更经济的操作温度下运行。     

稻壳在水蒸气中气化实验研究

在流化床实验装置上以水蒸气为气化剂,对稻壳进行热解气化的实验研究,分别考察单因素反应温度(500~700℃)、蒸气流量(7~11kg/h)和进料速率(1.2~3.6kg/h)对产气率及其主要组分(H2、CO、CH4、CO2)的影响。实验结果表明:温度的升高可提高气化气产率及气体组分中CH4和H2的含量,同时降低了CO2的含量,随温度升高,CO的含量呈先增加再降低的趋势。蒸气流量和进料速率的增加对产气率影响分别在500℃和700℃呈现出了不同的规律,说明了在不同反应温度下床内起主导作用的反应不同。在700℃,随蒸气流量和进料速率增加,气化气中H2、CO和CO2的含量都有小幅度变化,CH4体积分数稳定在12%左右。在条件考察范围内,当反应温度为700℃、蒸气流量为7kg/h、进料速率为1.2kg/h时,产气率和H2体积分数分别有最大值,为725L/h和18.05%。     

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℃。     

大同煤热解和加氢热解过程中产物生成规律的研究

在压力2MPa,温度350—650℃范围内,对比研究了大同煤分别在氮气和氢气气氛下热解过程中产物的分布和气体生成规律。研究表明,煤的热解和加氢热解转化率和水产率都随温度上升而增加;在热解条件下,焦油产率在500℃出现最大值。氢气对煤热解转化只有超过一定温度才具有促进作用,此时与热解相比具有较高的CO、CH4和C2^＋产率以及较低的CO2产率。     

Experimental and mechanistic study on chemical looping combustion of caking coal

Under high-temperature batch fluidized bed conditions and by employing Juye coal as the raw material,the present study determined the effects of the bed material,temperature,OC/C ratio,steam flow and oxygen carrier cycle on the chemical looping combustion of coal.In addition,the variations taking place in the surface functional groups of coal under different reaction times were investigated,and the varia-tions achieved by the gas released under the pyrolysis and combustion of Juye coal were analyzed.As revealed from the results,the carbon conversion ratio and rate were elevated significantly,and the vol-ume fraction of the outlet CO2 remained more than 92％ under the oxygen carriers.The optimized reac-tion conditions to achieve the chemical looping combustion of Juye coal consisted of a temperature of 900℃,an OC/C ratio of 2,as well as a steam flow rate of 0.5 g·min-1.When the coal was undergoing the chemical looping combustion,volatiles primarily originated from the pyrolysis of aliphatic-CH3 and-CH2,and CO and H2 were largely generated from the gasification of aromatic carbon.In the CLC process,H2O and CO2 began to separate out at 270 ℃,CH4 and tar began to precipitate at 370 ℃,and the amount of CO2 was continuously elevated with the rise of the temperature.     

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。     

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.     

温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应的影响

在两段固定床反应器中考察了温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应产物分布的影响. 结果表明,温度和停留时间对二次反应的影响相互关联. 温度≤600℃、停留时间小于2 s时,挥发分基本不发生气相二次反应. 随温度升高和停留时间延长,挥发分二次反应加剧,焦油产率下降,气体产率和积碳产率增加. 温度低于700℃时,焦油主要转化为气体产物,气相二次反应由二次裂解反应控制;高于700℃时,焦油转化为气体和积碳,气相二次反应由裂解反应和结焦反应共同控制. 提高二次反应温度和延长停留时间,热解气中的H2, CH4和CO产率增加,CO2产率减少,焦油中杂原子化合物及其中的酚、甲酚和二甲酚产率降低,大于3环的重质多环芳烃(PAHs)产率增加,H/C和O/C原子比降低,特别是在900℃时,随停留时间延长,H2和重质PAHs产率快速增加.     

气流床粉煤气化性能模拟分析

基于Aspen Plus工作平台,运用Gibbs自由能最小化原理,对气流床粉煤气化过程进行了数值模拟,并对流程算法进行了改进。研究了氧煤比、蒸气煤比、压力及粉煤粒径对气化炉出口气体组成、温度、冷煤气效率、碳转化率及有效气产率的影响。结果表明：模拟值和实验值有良好的相似性;氧煤比对气化进程的影响较蒸汽煤比及其它操作条件更为显著;并确定了模拟煤种的最佳氧煤比是0．70～0．80kg／kg,气化炉出口CO＋H2的最大干基体积分数为96．48％,冷煤气效率最高为83．56％,最大有效气产率为1．74m^3／kg;氧煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度升高约40℃,而蒸汽煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度降低约8℃。     

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.     

低氧气氛下煤粉燃烧特性

为研究煤粉低氮燃烧时CO_2成分在低氧含量气氛下对燃烧的作用,在热重分析仪上进行了煤粉低氧气氛下的燃烧试验。通过模拟真实燃烧反应中的反应气氛,研究了O_2/CO_2混合比例、升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2混合气氛下,温度为1 000℃以内均存在着燃烧反应和气化反应的竞争关系。CO_2含量高时,CO_2与煤粉的气化反应对煤粉燃烧反应抑制程度逐渐增加。O_2/CO_2比例降低,煤粉的燃尽温度升高幅度明显,煤粉难以燃尽;煤粉的点火温度受CO_2含量影响不大;升温速率由10℃/min升至20℃/min对煤粉可燃性和着火稳定性提升明显,20℃/min升至30℃/min影响不大。