生物质基合成气合成甲醇的热力学模拟研究

为了指导生物质气化合成气的目标组成,为生物质间接液化制取甲醇技术提供必要的理论参考依据,基于Aspen Plus软件平台对生物质基合成气合成甲醇的热力学进行了模拟计算与分析.计算了不同温度、压力和初始组成下反应体系的平衡组成,及其对CO、CO2平衡转化率和甲醇平衡收率的影响.并以4种不同组成的生物质合成气为初始原料,对甲醇合成的热力学分析结果进行了比较.结果表明,降低反应温度增大系统压力有利于生物质基合成气的转化;生物质合成气的初始组成是甲醇合成的重要影响因素,提高原料气中的H2/(CO+CO2)量比比例,降低CO2/CO量比比例,有利于提高甲醇的产量.     

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.     

在Shell炉粉煤输送中模拟CO_2取代N_2的工艺研究

根据目前减排的理念,以某煤化公司的甲醇生产项目为依托,对在Shell炉粉煤输送中模拟CO2取代N2的工艺进行研究.采用平衡常数法研究体系中的复杂反应,通过部分简化建立模型,建立起CO2返回工艺体系,并考察了耗碳量,单位耗碳内的甲醇产量,出口有效气含量(CO+H2)的影响.通过模拟得到的结果表明,CO2返回工艺对各操作条件是有影响的,致使单位耗碳内的甲醇产量下降,但对于CO2减排却是有利的,而且合成气品质优于纯氮气的生产工况.以降低一定甲醇的产量为代价来减少CO排放,获得较好的社会效益是可取的.     

石油焦-氧气气化制备合成气的模拟研究

基于Aspen Plus建立石油焦-氧气流化床气化制备合成气模型,用仿真模拟结果与实验值相比较,发现模拟值与实验值基本吻合。并且分析了不同条件下(气化温度、气化压强、氧气当量比(ER)、水蒸气与石油焦质量比(m(水)/m(石油焦))对合成气(H2+CO)体积分数、合成气产率、V(H2)/V(CO)的影响。结果表明:当氧气当量比为0.45时,合成气体积分数、合成气产率达到最大;升高温度有利于制备合成气,当温度达到850℃时,合成气体积分数和产率上升的趋势比较小;高压不利于制备合成气;通入水蒸气可以调节V(H2)/V(CO)的值,当m(水)/m(石油焦)为3.5时,此时的合成气可以制备甲醇。     

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。     

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.     

生物质气催化合成甲醇的实验研究

为了探索秸秆类生物质转化为燃料甲醇的工艺条件,采用热化学方法将玉米秸秆裂解为秸秆燃气,对该燃气进行优化实验,制备出秸秆合成气.在直流流动等温积分反应器中,使用国产C301铜基催化剂,对催化合成甲醇的反应压力、反应温度、秸秆合成气组成进行优化实验研究.结果表明:合成甲醇的最佳反应温度和反应压力分别为230℃和5 MPa,秸秆合成气适宜组成为10.49%CO,8.8%CO2,40.49%H2,0.95%CnHm,37.32%N2.     

基于煤气化废水处理流程萃取剂选择的量子力学计算

为了实现绿色化工,针对煤气化废水组成设计了废水处理流程,并采用分子模拟的方法探索萃取剂与待分离物系分子间相互作用,分析了萃取剂的萃取机理.首先通过煤气化流程模拟结果分析证明该流程产生大量含酚废水,因此选择甲基丙基酮(MP K)和甲基异丁基酮(MIBK)为废水处理流程的萃取剂以实现废水来源与废水处理的全流程模拟.由模拟结...     

煤气化废水氨氮吹脱去除因素的影响探究

煤气化废水是一种高酚高氨的典型高浓度有机废水,实验研究了高酚浓度下吹脱氨的影响因素。通过正交实验研究,考察了温度、p H值、曝气量等因素对氨氮吹脱的影响,并确定了主次顺序,最终确定吹脱氨的最佳工艺参数组合,同时考察了氨氮去除随时间的变化关系,进而为获得煤气化废水氨氮回收价值的最大化提供技术参考。     

超细铜基催化剂上CO_2加氢合成甲醇催化性能研究

用溶胶-凝胶法制备得到超细Cu-ZnO/TiO2-SiO2催化剂。考察了在CO2加氢合成甲醇反应中,还原温度、反应温度、反应压力和体积空速对催化剂活性和选择性的影响。确定了该体系催化剂的适宜反应工艺条件,并对催化剂组成与催化活性的关系进行了研究。     

Industrialization prospects for hydrogen production by coal gasification in supercritical water and novel thermodynamic cycle power generation system with no pollution emission

Energy conversion and utilization, particularly carbon-based fuel burning in air phase, have caused great environmental pollution and serious problems to society. The reactions in water phase may have the potential to realize clean and efficient energy conversion and utilization. Coal gasification in supercritical water is a typical carbon-based fuel conversion process in water phase, and it takes the advantages of the unique chemical and physical properties of supercritical water to convert organic matter in coal to H2 and CO2. N, S, P, Hg and other elements are deposited as inorganic salts to avoid pollution emission. The State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering has obtained extensive experimental and theoretical results based on coal gasification in supercritical water. Supercritical water fluidized bed reactor was developed for coal gasification and seven kinds of typical feedstock were selected. The hydrogen yield covers from 0.67 to 1.74 Nm3/kg and the carbon gasification efficiency is no less than 97%. This technology has a bright future in industrialization not only in electricity generation but also in hydrogen production and high value-added chemicals. Given the gas yield obtained in laboratory-scale unit, the hydrogen production cost is U.S.$ 0.111 Nm3 when the throughput capacity is 2000 t/d. A novel thermodynamic cycle power generation system based on coal gasification in supercritical water was proposed with the obvious advantages of high coal-electricity conversion efficiency and zero pollutant emission. The cost of U.S.$ 3.69 billion for desulfuration, denitration and dust removal in China in 2013 would have been saved with this technology. Five kinds of heat supply methods are analyzed and the rates of return of investment are roughly estimated. An integrated cooperative innovation center called a new type of high-efficient coal gasification technology and its large-scale utilization was founded to enhance the industrialization of the technology vigorously.     

CaO催化煤焦CO_2气化反应研究

以分析纯CaO为催化剂,利用固定床实验研究了烟煤煤焦等温CO2催化气化反应特性,分析了添加方式和添加比例对煤焦催化气化影响。研究表明:机械混合添加CaO对煤焦气化影响不大;去离子水浸渍添加时,去离子水对煤焦气化特性影响与温度有关,温度越高,去离子水浸渍后煤焦气化特性与原煤煤焦之间差别越不明显;不同温度下煤焦催化气化CaO装载饱和度均为5%,且气化反应活性随温度的升高和催化剂添加比例的增加而增大。通过比对常用反应动力学机理函数相关系数大小确定煤焦催化气化反应符合n=2的三维扩散方程,并计算得到气化反应活化能、指前因子和反应速率常数等动力学参数。     

煤炭地下气化中CO2化学反应特性及影响因素

从气化反应过程的热力学及动力学方面分析了地下气化中CO2的化学反应特性,总结了影响CO2化学反应过程的气化因素,并在现场试验的基础上得出了鼓风量、气化炉进水量及气化通道长度对出口煤气中CO2含量的影响规律。     

信息熵模糊物元模型的德士古煤气化系统运行状态识别

针对德士古煤气化系统运行状态识别问题，将信息熵、模糊数学与物元分析理论相结合，提出了以氧碳原子比、气化炉温度、气化炉烧嘴压差、气化炉渣口压差、单炉产气量、出口煤气有效成分、产气率、烧嘴寿命和炉砖使用寿命为基础的评价指标体系，建立了基于信息熵模糊物元的德士古煤气化系统运行状态描述模型，采用集值统计迭代法计算各指标的权重，并应用神经网络模型做出判别，实现对运行状态的识别．通过对实际工况的分析，取得了较好的效果．所得结果与模糊综合评价法基本一致，验证了本文提出的方法是合理的．其原理和方法也适用于其他煤气化系统的运行状态识别分析与评价。     

倾斜煤层煤炭地下气化模型试验研究

为了认识倾斜煤层煤炭地下气化特征和规律性 ,藉助多功能模型试验台 ,对倾斜煤层进行了模型试验研究 .简述了煤炭地下气化多功能模型试验台结构 .介绍了脉动气化、水蒸汽气化、富氧水蒸汽气化及返流气化方法 ,研究了产出的煤气热值、组份和气化速率 ,并对试验结果进行了讨论与分析 .试验结果表明 ,脉动气化在一定程度上可改善煤气质量 ,采用水蒸汽气化方法 ,能够生产高热值水煤气 ,富氧和返流气化未能明显改善出口煤气质量 ,但能够迅速提高气化炉体的温度 .与急倾斜煤层相比较 ,倾斜煤层尚不能提供有效的渗流燃烧的气化条件 ,因而影响着煤气质量的提高     

催化剂添加方式及微波干燥对煤催化气化的影响

煤催化气化过程中催化剂的添加方法主要有机械混合和浸渍法混合。以CaO为催化剂,利用自建固定床实验台研究了不同添加方法在不同的恒温条件下对煤气化转化率的影响。实验结果表明:机械混合添加CaO几乎没有催化作用,而浸渍法添加CaO催化活性高,不仅初始反应速率大,且在恒温700℃和800℃工况下气化反应110 min后煤焦转化率分别高出原煤直接气化30%和25%左右。另外,本实验尝试将微波干燥应用在煤催化气化过程中来改进常规浸渍法,经验证:与鼓风干燥箱干燥相比,气化反应110min后在恒温800℃工况下煤焦转化率基本接近一致,在低温700℃和高温850℃时转化率略微高1%～2%左右。     

不同煤种地下气化特性研究

在地下气化模型试验及理论分析的基础上，研究了不同煤种的地下气化特性．比较了空气连续气化及纯氧．水蒸汽气化条件下的煤气组成，并从气化煤层升温速率、气化速率、煤气产率、气化效率等方面比较了不同煤种的地下气化特性．试验结果表明，煤种的不同组成决定了空气煤气中CO，H2，CH4含量的不同，鼓风量影响着空气煤气的组成．在适宜的汽氧比条件下，不同煤种纯氧，水蒸汽地下气化均可以获得中热值煤气。对于试验煤种，褐煤具有高的气化活性、气化速率及低的煤气产率，其纯氧-水蒸汽气化效率达87％，最适于地下气化；瘦煤地下气化，气化煤层温度上升缓慢，其气化活性较低，气化速率变化平缓，纯氧-水蒸汽气化效率为74％，但气化过程稳定，且具有高的煤气产率，可以进行地下气化；气肥煤煤层升温速率最快，煤气产率仅次于瘦煤，但在煤挥发分析出后，气化速率减小，气化稳定性变差。     

气化参数影响气流床煤气化的模型研究(Ⅰ)--模型建立及验证

为评价和优化气流床煤气化中的气化方案和气化参数,从化学动力学角度并结合化学平衡,依据气流床特性建立了气化动力学模型.该模型考虑了煤热解和气化所经历的各反应过程,如C-O2、C-H2O、C-CO2、C-H2等异相反应以及挥发分燃烧、水煤气平衡、甲烷蒸汽重整等均相反应.模型对三个工况的计算结果与实验实测数据吻合较好;同时对气流床煤气化整个气化过程(氧化、还原和平衡三阶段)的模拟合理、正确,表明所建模型可以用于预测气化参数对气流床煤气化的影响特性.     

Groundwater Pollution from Underground Coal Gasification

In situ coal gasification poses a potential environmental risk to groundwater pollution although it depends mainly on local hydrogeological conditions.In our investigation, the possible processes of groundwater pollution originating from underground coal gasification (UCG) were analyzed.Typical pollutants were identified and pollution control measures are proposed.Groundwater pollution is caused by the diffusion and penetration of contaminants generated by underground gasification processes towards surrounding strata and the possible leaching of underground residue by natural groundwater flow after gasification.Typical organic pollutants include phenols, benzene, minor components such as PAHs and heterocyclics.Inorganic pollutants involve cations and anions.The natural groundwater flow after gasification through the seam is attributable to the migration of contaminants, which can be predicted by mathematical modeling.The extent and concentration of the groundwater pollution plume depend primarily on groundwater flow velocity, the degree of dispersion and the adsorption and reactions of the various contaminants.The adsorption function of coal and surrounding strata make a big contribution to the decrease of the contaminants over time and with the distance from the burn cavity.Possible pollution control measures regarding UCG include identifying a permanently, unsuitable zone, setting a hydraulic barrier and pumping contaminated water out for surface disposal.Mitigation measures during gasification processes and groundwater remediation after gasification are also proposed.     

热解温度条件下溶剂萃取煤技术及应用

介绍了热解温度条件下溶剂萃取煤技术的研究进展状况。在热解温度条件下,使用溶剂对煤进行萃取,可以获得无灰的精制煤。获得的精制煤热性质有很大程度改善,可作为炼焦配煤添加剂、高性能炭材料的原料、煤液化、煤气化及无灰水煤浆的优质原料。