高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理，制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品，在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明，去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中含碳气体相对浓度显著提高，相同时刻碳转化率明显提高。而经过醋酸铵和稀盐酸处理后的准东煤相比未处理的准东煤，其化学链燃烧反应性能显著降低。对四种不同处理程度准东煤焦的等温气化反应进行动力学分析表明，WW-ZDJ与水蒸气的气化反应的活化能最小，HAW-ZDJ的气化反应活化能最大。水溶性钠对于准东煤化学链燃烧过程具有抑制作用，而醋酸铵和稀盐酸溶性的钠在准东煤的化学链燃烧过程中促进作用显著。     

串行流化床内气体串混特性

串行流化床反应器间的气体串混是影响化学链燃烧过程的关键因素之一,采用串行流化床冷态试验装置,通过改变各反应器入口流化数,考察反应器间的串混量及串混率。反应器之间的气体串混路径可能有空气反应器和燃料反应器之间的气体串混、燃料反应器内气体向旋风分离器串混、隔离器气体在空气反应器和燃料反应器内的分布。结果表明,在空气反应器和燃料反应器之间加设隔离器能有效阻止两个反应器之间发生气体串混;燃料反应器内少许气体通过反应器内料腿向上串混到旋风分离器排气中,串混率约为2%,这使得该串行流化床化学链燃烧的理论碳捕集效率可以达到98%;燃料反应器流化风速对隔离器内气体在两个反应器的分布影响较小,采用水蒸气流化可避免隔离器气体向空气反应器和燃料反应器内串混所带来的影响。     

生物质制取高品位液体燃料的生命周期评价

采用生命周期评价方法(LCA)对稻秸热解提质制取液体燃料和稻秸气化合成液体燃料4种工艺进行环境影响评价。将CO2、NOX、SO2等污染物分为7种环境影响类型,用货币化方法量化不同污染物对环境的影响。结果表明,生命周期环境影响成本由低到高分别为二甲醚11.54$/GJ、精制油16.79$/GJ、乳化油17.86$/GJ、柴油18.04$/GJ和费托油20.30$/GJ;生物燃料(乳化油除外)的生产上游环境性能较好,液体燃料的消费排放亦比柴油有所改善,生产过程环境影响较大;以化石柴油为基准,生物质制取液体燃料的温室效应降低9.4%~121.1%,二甲醚酸化和光化学污染分别降低27.8%~34.7%和15.6%~53.8%,但其他3种生物燃料酸化增加5.0%~61.2%。     

10 kWth级串行流化床中木屑化学链燃烧试验

设计并建立了10 kW_th级串行流化床化学链燃烧反应器系统,以NiO/Al₂O₃为载氧体,在该系统上进行生物质（松木木屑）化学链燃烧分离CO₂的试验研究,探讨了燃料反应器温度T、水蒸气/生物质比率S/B对两个反应器（空气反应器和燃料反应器）气体产物组成以及燃烧效率的影响。试验结果表明,燃料反应器温度是影响生物质化学链燃烧过程的重要因素,随着温度的升高,燃料反应器气体产物中CO₂浓度不断上升,CH4浓度显著降低,CO浓度先升高而后迅速下降;较高的反应器温度有助于燃烧效率的提高。随着S/B的增加,燃料反应器气体产物中CO和CH₄浓度均会增大,CO₂浓度以及燃烧效率有所降低。在100 h的连续试验过程中,采用共沉淀法制备的NiO/Al₂O₃载氧体展现出良好的氧化-还原性能和较强的持续循环能力,是生物质化学链燃烧理想的载氧体。     

生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究

将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术,气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料,通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量,进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算,研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率,可达50%,比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点;对于常压系统无需采用内重整,而对于增压系统,采用内重整对系统性能有较大改善;提高系统工作压力可改善其整体性能,最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。     

鼓泡流化床内颗粒混合的对流—扩散模型

本文分析了鼓泡流化床内颗粒混合机理，综合了床内颗粒水平方向和垂直方向上的混合，将床内颗粒混合过程分成两部分：一、是向上运动的尾迹相和向下运动的乳化相之间的对流交换，二、是乳化相内横向扩散。建立了二维的对流扩散模型，数值计算和实验数据相吻合；研究了给料点的布置和流化速度对床内物料浓度的影响。     

新型煤气化间接燃烧联合循环研究

以煤为燃料，通过气化和间接燃烧等技术，实现燃煤发电的CO2分离。水煤浆增压后，利用间接燃烧过程热源气化。以金属氧化物为载氧体，实现间接燃烧(CLC)，即载氧体与煤气的“燃烧”和载氧体与空气的再生，“燃烧”气相产物为H2O(汽) CO2，冷凝水后，可分离出CO2。结合燃气蒸汽联合循环技术，构成新型煤气化间接燃烧联合循环，实现燃煤高效和CO2分离。文中通过数学建模方法，对系统特性进行仿真计算，预测煤气成分，研究载氧体还原比率、循环倍率、煤气成分等参数对间接燃烧性能的影响，为间接燃烧技术的实验研究和系统概念设计提供基础数据。     

生物质催化气化制取富氢气体实验研究

以麦秸为对象,采用管式气化炉进行生物质蒸汽气化制取富氢气体实验研究.在非催化气化实验基础上,选取NiO、纯Fe粉以及橄榄石(FeMg)2:SiO4这3类催化剂来提高氢含量.实验结果表明,气化反应温度在700～950℃范围内,氢体积浓度达到45%以上,添加Fe时达到了60%以上.非催化时,氢产率达到60g/(kg麦秸);添加催化剂时,Fe粉催化效果最好,最大产氢率达到119g/(kg麦秸);NiO次之,相比非催化时可提高40%;而橄榄石催化作用明显低于前两者.另外随着气化温度提高,3种催化剂的催化作用均增强.     

燃煤增压流化床氧化亚氮排放特性试验

在小型增压流化床内研究N2 O和NO的排放特性 ,研究运行条件包括压力、氧浓度以及床层温度对N2 O和NO排放量的影响 .结果表明 ,在增压燃烧的条件下 ,随着床温的增加 ,N2 O的排放量减少得很快 ;而床温对NO的排放影响很小 ,此结果与常压下的结果不同 .随着氧浓度的增加 ,N2 O和NO的排放量均增加 ,但N2 O增幅不如NO强 .NO的排放量随着压力的增高有明显的降低 ,在氧浓度较低的条件下 ,压力越高 ,NO的降低幅度越显著 ;而压力对N2 O排放影响则相反     

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%。