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℃。     

基于铜基载氧体的化学链空分制氧系统的研究

基于铜基载氧体,运用流程模拟软件Aspen plus对化学链空分制氧系统展开了研究,构建化学链制氧系统模型,分析了反应温度,载气流量等因素对系统性能的影响,对化学链空分制氧系统进行参数优化。此外,本文也构建了传统的深冷空分制氧系统,与化学链制氧系统进行了对比分析。结果表明：较高的释氧反应器温度可提高氧气浓度和氧气的摩尔流量;水蒸气流量的增加也有利于释氧反应的进行。与深冷空分制氧技术相比,化学链空分制氧技术不仅系统能耗较低,而且制备的氧气浓度也较高。     

化学链重整制合成气过程模拟

基于化学链重整原理,以甲烷为原料,运用Aspen Plus对化学链重整制合成气系统进行了模拟,并研究了燃料反应器温度TF、水甲烷比W/M及NiO甲烷比Ni/M对重整气组成、合成气产率Y、系统效率η影响。结果表明,化学链重整气组成模拟值与实验值吻合较好。提高TF,重整气中CO、H2O含量有升高趋势,H2、CO2含量略微降低;随着W/M增加,重整气中H2、CO2含量升高,CO含量降低,合成气产率Y几乎不变,系统效率η呈现降低趋势;Ni/M增加,重整气中H2、CO含量以及合成气产率Y呈现先升高后降低趋势,效率η下降,且Ni/M=0.8时,合成气产率Y取得最大值。     

化学链空分联合化学链制氢的煤制甲醇过程参数优化与分析

我国能源结构决定了以煤为主的甲醇生产路线。传统煤制甲醇过程主要存在过程能量效率低、CO₂捕集能耗高等问题。本文提出了一种化学链空分联合化学链制氢的煤制甲醇新过程,以降低能耗、二氧化碳排放及提高能源效率。化学链空分技术的集成可以替代传统煤制甲醇过程的空气分离单元,并在一定程度上降低能耗。化学链制氢技术的集成,一方面可以替代水煤气变换装置,并且可以极大程度降低二氧化碳捕集能耗;另一方面,化学链制氢技术还可生产用于调整合成气氢与碳比的氢。本文对新过程的核心单元进行了参数优化以及全流程的模拟,基于模拟对新过程的性能进行了分析,结果表明新过程与传统的煤制甲醇过程相比,空分和二氧化碳捕集能耗分别降低了41%和89%。同时,新过程的能量效率提高了18%,二氧化碳排放量降低了45%。     

化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺

为探讨能量的高效利用,提出了化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺,并利用Aspen Plus软件进行工艺模拟。研究了重整单元进料甲烷/二氧化碳/水蒸气的摩尔比(M/C/S)、反应温度(T)以及费托合成气相循环比(R)对CO2转化率、合成气氢碳比、能量效率、费托合成火用损等系统性能指标的影响,并以能量效率最高为目标,对系统参数进行了优化。研究表明,当M/C/S=3/1/2、T=800℃、R=0. 9时,生成的合成气氢碳比为2. 1,系统的总能量效率和液体燃料生产效率最高,分别为57. 0%和50. 0%,系统能源节约率为9. 0%。     

化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺

为探讨能量的高效利用,提出了化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺,并利用Aspen Plus软件进行工艺模拟。研究了重整单元进料甲烷/二氧化碳/水蒸气的摩尔比(M/C/S)、反应温度(T)以及费托合成气相循环比(R)对CO2转化率、合成气氢碳比、能量效率、费托合成火用损等系统性能指标的影响,并以能量效率最高为目标,对系统参数进行了优化。研究表明,当M/C/S=3/1/2、T=800℃、R=0. 9时,生成的合成气氢碳比为2. 1,系统的总能量效率和液体燃料生产效率最高,分别为57. 0%和50. 0%,系统能源节约率为9. 0%。     

工业制氧系统的化学清洗

在实际应用研究的基础上,介绍了无毒、安全、易操作且有效的工业制氧系统的化学清洗.     

工业制氧系统的化学清洗

在实际应用研究的基础上,介绍无毒、安全、易操作且有效的工业制氧系统的化学清洗。     

化学链燃烧方式中氧载体的研究进展

化学链燃烧是一种新型的燃烧技术，氧载体的性能对它的发展非常重要。系统总结了以不同的金属氧化物和惰性载体作为原料，通过二者不同的混合比例，不同的制备工艺制备的氧载体的性能，包括化学反应性、载氧能力、物理性能、循环寿命、反应温度范围和抗碳沉积能力等，认为氧载体NiO／NiAl2O4，Fe2O3／Al2O3和CoO—NiO／YSZ综合性能优良，可用于化学链燃烧过程．分析了目前相关研究的薄弱环节，指出了今后有待加强的研究方向．     

基于新型化学链燃烧工艺的Cu基载氧体循环寿命

采用机械混合法制备了Cu-Ni/Al2O3载氧体,并基于新型化学链燃烧工艺对其循环性能进行测试. 结果表明,Cu-Ni/Al2O3的初期反应性能良好,但随循环次数增加氧化率迅速降低,从初期的91.0%降至循环120次时的27.7%,而还原率则衰减轻微,循环120次仍维持在86.8%. 载氧体循环性能的衰减主要是颗粒粉化和粉化后细微颗粒团聚引起的,重新造粒可使其循环性能恢复到接近初期水平.     

Polygeneration of hydrogen and power based on coal gasification integrated with a dual chemical looping process: Thermodynamic investigation

This paper assesses, from a thermodynamic perspective, the conversion of coal to power and hydrogen through gasification simultaneously with a dual chemical looping processes, namely chemical looping air separation (CLAS) and water–gas shift with calcium looping CO₂ absorption (WGS-CaL). CLAS offers an advantage over other mature technologies in that it can significantly reduce its capital cost. WGS-CaL is an efficient method for hydrogen production and CO₂ capture. The three major factors, oxygen to coal (O/C), steam to coal (S/C) and CaO to coal (Ca/C) were analyzed. Moreover, the comparisons of this suggested process and the traditional processes including integrated gasification combined cycle (IGCC), integrated gasification combined cycle with carbon capture and storage (IGCC-CCS) and integrated gasification combined cycle with calcium-based chemical looping (IGCC-CaL) were discussed. And, the exergy destruction analysis of this suggested process has also been calculated.     

煤焦加压化学链气化反应特性和机理

采用机械混合法制备的Fe₂O₃/膨润土为载氧体,在加压固定床中进行煤焦化学链气化试验和动力学研究,借助拉曼和N₂吸附等温线表征手段,分析压力对煤焦反应活性及煤焦碳结构和孔结构的影响,讨论煤焦加压化学链气化反应机理。结果表明：系统总压从0.46MPa增加至0.80MPa时,煤焦化学链气化反应速率从0.0159min^-1提高至0.0309min^-1;水蒸气分压增加75%,H₂/CO摩尔比值增加74%。煤焦加压化学链气化过程可以用随机孔模型（RPM）描述,系统总压增加有利于内部扩散。系统总压增大煤焦的比表面积增加,水蒸气分压增大煤焦的反应活性提高,因而提高了煤焦化学链气化反应速率。     

煤化工配套空分设备的选择

以煤化工项目配套空分设备选择为研究对象,首先介绍了煤化工行业发展以及煤气化技术,接着分析空分设备规模选择,在分析了加压煤气化工艺配套空分设备的流程选择,最后介绍了空分设备关键配套部门的选择,以便使得我国煤化工设备的生产规模可以不断扩大。     

Syngas chemical looping gasification process: Bench‐scale studies and reactor simulations

The syngas chemical looping process co‐produces hydrogen and electricity from syngas through the cyclic reduction and regeneration of an iron oxide based oxygen carrier. In this article, the reducer, which reduces the oxygen carrier with syngas, is investigated through thermodynamic analysis, experiments, and ASPEN Plus® simulation. The thermodynamic analysis indicates that the countercurrent moving‐bed reducer offers better gas and solids conversions when compared to the fluidized‐bed reducer. The reducer is continuously operated for 15 h in a bench scale moving‐bed reactor. A syngas conversion in excess of 99.5% and an oxygen carrier conversion of nearly 50% are obtained. An ASPEN Plus® model is developed which simulates the reducer performance. The results of simulation are consistent with those obtained from both the thermodynamic analysis and experiments. Both the experiments and simulation indicate that the proposed SCL reducer concept is feasible. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

10MWth高硫石油焦化学链气化制合成气耦合硫磺回收新系统模拟研究

基于化学链气化技术依靠气固反应定向调控气化产物中H₂S和SO₂摩尔比为2的优势，将化学链气化与Claus工艺中的催化转化单元相结合，提出了高硫石油焦化学链气化制合成气和回收硫磺的新系统。针对系统核心单元，即化学链气化过程，基于Aspen Plus，开展热输入10 MW_th的高硫石油焦化学链气化过程模拟，以赤铁矿石为载氧体，水蒸气为气化介质，重点考察了氧碳比、气化温度对化学链气化过程及硫转化过程的影响。结果发现，氧碳比的增大导致合成气产率显著降低，但系统从需要外部提供能量逐渐转变为对外部放热，在氧碳比0.8669～0.9535区间内，系统可以达到热量自平衡。同时，气化温度的提高对合成气产率是有利的，在975℃时达到2.15 m³/kg，主要是由于CO体积分数随气化温度增加而增加。氧碳比和气化温度的提高都会导致H₂S浓度的降低和SO₂浓度的提高。并且研究了当H₂S和SO₂摩尔比为2的最佳工况时，氧碳比和气化温度为反相关，其中氧碳比为0.8669，气化温度为900℃时，冷煤气效率为64.09%。     

CO2气氛下准东煤化学链燃烧特性研究

我国准东煤储量丰富,钠含量高。以高钠准东煤为燃料,CO₂为气化介质,铁矿石为载氧体,基于鼓泡流化床反应器开展准东煤化学链燃烧特性的实验研究,考察了煤粒径、温度、流化风速和煤焦粒径对煤及煤焦化学链燃烧过程中可燃气体逃逸规律的影响;同时研究了煤中矿物质对煤焦气化过程的影响。结果表明,在基于鼓泡流化床实施的煤化学链燃烧过程中,由于煤颗粒和载氧体床料流化特性差异大,存在离析现象;离析影响煤化学链燃烧过程中挥发分和焦炭的转化;较高流化风速可显著增强载氧体与煤/焦炭颗粒的混合,有效改善离析对可燃气体转化的影响,降低可燃气体逃逸,并加快焦炭气化速率;煤焦中的矿物质能够维持煤焦较快的气化速率。     

生物质化学链气化氧载体的研究进展

生物质化学链气化（chemical looping gasification, CLG）为生物质能源的利用开辟了新途径,氧载体在CLG过程中具有重要作用,其性能是影响CLG反应过程的关键因素。本文重点阐述了CLG技术中氧载体的性能评价指标、类型、制备方法及其对CLG过程中产生焦油的影响。通过对比分析目前研究成果,指出Fe基氧载体在生物质CLG过程中应用最广泛,而Ni基氧载体具有较高的活性和较大的载氧能力,且对于CLG副产物焦油具有较高的催化转化效率。未来该领域研究的重点方向是开发高活性且环境友好的氧载体,推进CLG工艺的工业应用。本文为今后生物质CLG氧载体的开发与优化提供了借鉴。     

煤化工多联产系统中的煤气化过程模拟

德士古水煤浆气化技术采用气流床气化炉,对煤种的兼容性较好,其清洁、高效代表着当今煤气化技术的发展潮流。采用AspenPlus软件对德士古煤气化生产过程进行模拟,包括水煤浆制备,气化反应,CO变换,低温甲醇洗等工段,详细介绍了模拟过程,并求解气化炉在工况下的出口煤气成分。     

煤化学链燃烧载氧体研究进展

煤的化学链燃烧是清洁煤燃烧的重要技术之一。化学链中载氧体的使用可以避免煤和空气直接接触,从而避免氮氧化物等污染物的产生并提高能量转化效率。一般来说,煤的化学链燃烧有2种反应途径:煤气化化学链燃烧和氧解耦化学链燃烧;不同反应途径将极大影响载氧体组分以及结构设计。详细论述了2015-2020年煤化学链燃烧中固态金属载氧体的研究进展,包括铁基、锰基、铜基、镍基、硫酸钙以及其他复合金属载氧体。总结了不同金属载氧体的优缺点、反应路径、气-固和固-固反应机理、金属与载体的相互作用以及载氧体失活原理。铁基载氧体被广泛应用于气化化学链燃烧中,但单一铁基载氧体的反应速率较低。适量添加碱金属或碱土金属可以提升载氧体的反应活性。锰基载氧体在化学链燃烧中具有两面性:一方面可以在高温缺氧气氛中释放气态氧,另一方面也可以与还原性气体发生气-固反应。通过使用惰性载体以及碱金属添加剂可以提高锰基载氧体的机械强度和氧解耦能力。含铜载氧体具有出色的氧解耦能力和反应活性而被广泛关注,然而铜及其氧化物低熔点所带来的金属聚集导致载氧体的失活问题亟需克服。研究发现使用铁、锰和铜矿石制得的载氧体具有良好的反应性能。硫酸钙载氧体具有较好的反应活性,但煤的化学链燃烧时潜在的二氧化硫和硫化氢副产物需要引起重视。镍基载氧体虽然在煤的化学链燃烧中反应性能较好,但硫毒化、成本较高和环保性能不佳等缺点导致近年来镍基载氧体的研究较少。新型双金属或多金属载氧体可以同时结合2种金属的反应特性,从而显著提高载氧体的整体反应活性。基于载氧体的研究现状,对未来的发展方向提出了4点建议:结合2种煤的化学链燃烧机理设计新型氧解耦辅助化学链燃烧载氧体;发展新型材料和金属组分的载氧体;利用冶金工业废料制得载氧体;开发新型结构的载氧体。