生物质超临界水制氢的数值模拟

本文对生物质在超临界水环境下气化制氢过程提出简化的两相流物理化学模型,并利用该模型进行数值模拟.着重讨论了温度、颗粒半径对生成气体摩尔百分比、气化率的影响.数值结果表明,颗粒的半径主要影响生物质颗粒气化分解的速率,而温度主要影响颗粒气化产物进一步生成氢气的过程.颗粒越小,气化分解的速率越快.温度的影响主要集中在气相反应上,使得CO进一步转化为H2.本文的理论和数值结果对实际的制氢过程中的参数控制具有实用价值.     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

生物质定向气化制合成气—气化热力学模型与模拟

通过对气化炉内反应的热力学模型构建和模拟,探讨了实现生物质定向气化为合成气(H2∶CO=2∶1) 的条件,以便使用该合成气直接合成液体燃料—甲醇.在考虑气化过程中物质平衡、能量平衡和化学反应平衡的 基础上,建立了生物质气化模型,并使用PASICAL语言及其外挂DELPHI程序,编写了FBGB程序,用于模拟生物 质、水蒸气输入量与产气中各种气体组分含量之间的关系.通过模拟,发现水蒸气与生物质输入速率的比值 (S/B)是影响H2/CO值的关键参数.模拟结果显示当其它反应条件确定时,S/B与H2/CO呈线性递增关系,通 过调节S/B,H2与CO的比例可以得到控制.     

载镍褐煤残渣对甲苯催化分解性能的研究

本文以褐煤与生物质共气化为研究背景,以负载镍的褐煤残渣与生物质焦油(以甲苯为模型化合物)在共气化过程中的甲苯催化分解特性、煤焦气化特性以及协同作用为研究点,应用SEM、XRD表征方法,通过与Ni/Al_2O_3催化剂性能对比、共气化温度对比、水碳比影响等,表明经处理后的褐煤残渣与生物质焦油共气化,不仅产气率高,且具有生物质焦油催化分解作用。     

纤维素、木质素含量对生物质热解气化特性影响的实验研究

本文采用化学方法测定了六种生物质中纤维素和木质素的含量,通过热重研究了实际生物质及用纤维素、木质素按一定比例混合模拟生物质的热解和气化特性,并结合电子扫描电镜(SEM)对焦样进行了微观形貌分析.结果表明:在本文所选择的生物质中纤维素的含量高于木质素,两者一般在55%～85%和10%～35%.生物质热解分为纤维素热解和木质素分解两个阶段,应于气化过程中挥发份析出和焦炭气化.在热解过程中,首先纤维素发生热解呈现快速失重过程,接着木质素缓慢热解.实验发现生物质中纤维素含量越高,热解反应速率就越大;反之,木质素含量越高,热解反应速率越小.通过对焦形貌与气化研究,发现气化特性与生物质中纤维素和木质素的含量有着密切联系.因此纤维素、木质素含量是影响生物质热解气化特性的重要因素之一.     

太阳能制氢腔式吸热器混合对流的数值模拟研究

混合对流热损失是影响太阳能与生物质超临界水气化耦合制氢腔式吸热器热效率的关键因素之一。本文以动力工程多相流实验室建成的生物质超临界水与太阳能聚集供热耦合制氢腔式吸热器为研究对象,对腔式吸热器混合对流换热进行了数值模拟研究。通过使用RNGkε湍流模型,研究了制氢吸热器在外界风吹掠环境下的混合对流热损失,获得了腔式吸热器在不同风速、风向吹掠下的混合对流换热准则Nusselt数。模拟结果表明,侧向风与侧迎向风对腔内对流热损失影响最大,当风速超过某一数值(Richardson数>1),外界风诱发的强制对流会在对流热损失中占主导作用,且随着风速增加,混合对流热损失随Re提高而增大。     

超临界水流化床反应器加料方式优化的数值模拟

超临界水流化床反应器是应用于生物质气化制氢工程中的一种新型反应器,它避免了以往管式反应器容易出现结渣、堵管的不足,而且还具有床内升温迅速、生物质气化充分以及产氢率高等优点。由于采用超临界水作为流化工质,传统流化床的设计方法已经不能满足设计要求。本文基于欧拉双流体模型对超临界水流化床加料方式进行了数值模拟研究,建立了最优加料口结构评价方法,分析了加料口结构、加料速度比以及初始床层高度对超临界水流化床颗粒分布的影响。本文研究进一步完善了超临界水流化床的设计理论。     

LNG-FSRU中间流体气化器布置方式对比

再气化是LNG-FSRU中的关键功能模块。分析比较了开架式气化器(ORV)、浸没燃烧式气化器(SCV)和中间流体气化器(IFV)三种气化器,用HYSYS软件模拟了两种IFV中的换热流程,采用MATLAB软件对其三个关键换热过程进行了编程计算,比较分析了三个管壳式换热器在组合安装和分开安装条件下各自的总换热系数和总换热面积。     

NiO/CaO添加剂下生物质水蒸气气化特性

使用自制NiO/CaO添加剂在TGA上进行了吸碳实验、在单床和双床系统上进行了生物质气化实验。添加剂吸碳/脱碳循环性能实验结果表明,在天然石灰石上添加氧化镍强化了单位氧化钙吸碳容量,添加质量分数2%氧化镍获得最高吸碳容量(0.47 g-CO_2/g-CaO),较天然石灰石有较大提升。经过14次循环后,添加剂都出现了程度不同的烧结,引起了吸收容量的下降。气化实验表明,双床系统更利于使用添加剂来强化生物质气化,获得高氢气产率和较低的二氧化碳量。添加质量分数2%氧化镍的样品获得最大氢气产率265 mL/g生物质,相比天然石灰石提高了14%,相比单床系统提高了33%,继续增加镍含量影响不大。     

平面叶栅中的湿蒸汽两相结流动数值模拟

对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系下的数值模型.考虑水蒸汽与理想气体的偏差,引入维里型状态方程对模型作了进一步完善.对平面叶栅中的两相凝结流动进行了数值模拟,计算结果与实验值比较表明本文计算模型正确,可以扩展到三维复杂两相凝结流场的计算.     

捕获CO2的部分煤气化氢电联产系统

基于煤炭分级转化、成分对口应用、污染物控制一体化等系统集成思路,提出了一种捕获CO₂的部分煤气化氢电联产系统。该系统利用增压流化床完成煤炭部分气化,降低了气化难度与气化炉造价,具有较好经济性;全面揭示了系统的热力和环境特性规律,指出气化炉碳转化率是影响系统热力性能的主要因素;系统具有良好的热力特性与环境特性,当CO₂的分离率为59.7%时,系统（火用）效率为54.3%。本文的研究为煤炭的清洁高效利用提供了可选择的途径。     

Gasification characteristics of woody biomass in the packed bed reactor

Gasification technology is recognized as one of the possibilities for utilizing biomass effectively. This study focused on woody biomass gasification fundamentals, using a bench-scale packed-bed reactor. In this experiment, pellets of black pine were gasified, using air as the oxidizing agent. Gasification tests were carried out under both updraft and downdraft conditions. Temperature distributions and compositions of syngas inside the gasifier were continuously monitored during gasification experiments at several ports on the wall of the reactor. The syngas at the exit of the gasifier was also sampled to estimate the amount of tar. Lower heating values of the syngas under updraft and downdraft conditions were 4.8 and 3.8 MJ/m³N, respectively. It was easier to control the height of the packed bed under the downdraft condition than under the updraft condition. Under the updraft condition, a bridging phenomenon occurred. Tar generation under the downdraft condition was lower than that under the updraft condition. This is because tar passes through a partial combustion zone or higher temperature zone in the downdraft gasifier.     

Rational design of thermogravimetric experiments to determine intrinsic char gasification kinetics

The Boudouard reaction is an important heterogeneous reaction that takes place inside the gasifier during char gasification. To evaluate the gasification performance of solid fuels, it is important to know the intrinsic rate of the Boudouard reaction of that particular fuel. Incorrect determination of this rate results in error when used for modelling or gasifier scaling purposes. The thermo-gravimetric analyser (TGA) is an instrument that is widely used for gasification studies, particularly to explore the intrinsic gasification kinetics of coal or biomass char in a controlled environment. As in a real gasifier environment, several experimental parameters in TGA experiments can influence the intrinsic reactivity of the sample char; however, this is rarely discussed in the literature. It is essential to carefully differentiate the physical effects from the pure chemical reaction and to consider their interactions to obtain reliable kinetic parameters. No systematic experimental procedures to minimize the effects of the rate-influencing parameters during TGA experiments are available in the literature. This article presents an analysis for this purpose and demonstrates the variation in the gasification rate when the experimental conditions are not properly optimized. A mathematical model is also presented to explain the possible diffusional interactions with chemical kinetics during un-optimized TGA experiments.     

Investigation of coal fired combined-cycle cogeneration plants for power, heat, syngas, and hydrogen

The methodology for determination of technical and economic efficiency of coal fired combined-cycle cogeneration plant (CCCP) with low-pressure steam-gas generator and continuous flow gasifier at combined production of power, heat, syngas, and hydrogen is considered. The results of investigation are presented. Such CCCP have higher technical and economic efficiency than the pulverized coal cogeneration plant modified by gas-turbine.     

生物质洁净能源研究中的流化床动力学模型

分别对最小流化床、鼓泡流化床和腾涌流化床及相应的全混模型、鼓泡模型、气泡汇集模型等加以综述 ,分析其优缺点 ,并在此基础上提出动力学模拟研究的新思路 .根据流化床内在的本质———流化态的不同 ,将流化床分为最小流化床、鼓泡流化床和腾涌流化床三种 .总结了前人针对各种流化床提出的全混模型、鼓泡模型、气泡汇集模型等思想 ,建议今后可以在以下几个方面进行深入研究 :⑴使得模型更有普适性 .⑵由于气泡有效直径尚不能在理论上求得 ,可以在理想气泡直径变化公式的基础上 ,加入非线性化学的计算 .⑶确定不同情况下的参数 ,使得工作更有延续性 ,也使得模型更加具有生命力 .⑷从高压的角度去进行模型的计算 ,并得到相应的试验数据支持 .     

常压下玉米秸秆液化工艺的优化及其生物油分析

随着化石能源的日益短缺，可再生木质生物质资源的利用越来越受到重视，常压液化技术是生物质资源高效利用的主要方式之一。利用单因素方法，探讨液化温度、复配液化剂二甘醇（DEG）与1,2-丙二醇（PG）的混合比、液固比、催化剂磷酸的用量、反应时间等因素对玉米秸秆液化得率的影响，以便优化其液化工艺；然后采用热重分析仪（TGA）、气相色谱-质谱技术（GC-MS）和核磁共振（NMR）技术对此优化条件下所得生物油的挥发降解特性和主要组成成分进行了检测探讨。分析表明，玉米秸秆液化时优化工艺参数为：液化温度170 ℃，液化剂DEG与PG混合比1∶2，液固比5∶1，H₃PO₄用量10%，反应时间45 min；此时玉米秸秆液化得率高至99.50%。TGA结果表明，此条件下所得生物油含有80%以上碳数小于25的化合物，热解后最终残炭量约为15%。GC-MS表明，可以检测出此生物油中含有的39种有机物，其中，醇类有机物的含量最多，酚类有机物的含量次之，它们相对含量依次是70.70%和25.63%，其还含有一定量的有机酸（2.80%）、醚类（0.64%）、酯类（0.10%）和酮类（0.13%）等有机物；其组分十分复杂，高含氧量，稳定性较差。1H-和13C-NMR分析表明，不同化学位移δ与生物油中不同类型的质子和碳原子相对应，明确生物油中不同类型H和C的分布，有利于对其分子结构进行深入探讨。这些研究为非木材生物质高效液化条件的选择及液化产物制备化学品和生物燃油给予理论基础与应用支持，促进了生物质资源的有效转化利用及其生物质基产品的开发。     

气流床撞击流水煤浆气化火焰光谱辐射特性实验研究

火焰光谱检测技术应用于气化炉有效监控,能实时反映气化炉工况,保障气化炉稳定运行。采用实验室规模的气流床撞击水煤浆气化装置,利用光纤光谱仪通过对气化炉不同部位进行探测,研究了水煤浆气化火焰在距离撞击平面不同轴向位置L处的光谱辐射特性,并利用不同自由基强度及分布对气化炉内各反应区进行表征,为气化炉运行工况提供依据。结果表明:在300~800 nm范围内可检测到明显的OH(306.7和309.8 nm),H 2(382 nm),CH(314.5和387 nm),Na(589 nm),Ar(671 nm)和K(404,768和770 nm)特征峰,而各种粒子激发方式及分布方式不同,可用于实现火焰宏观特征的表征。从紫外至可见光区域。水煤浆气化火焰中存在强烈的背景辐射,主要包括颗粒在高温下产生的黑体辐射及CO 2受热激发产生的350~600 nm的连续旋转辐射,强烈的背景辐射对自由基强度辐射测定形成干扰,需通过计算扣除背景辐射。利用检测到的各自由基强度分布可对气化火焰进行表征,OH分布可表征火焰反应区域,而CH存在范围相对较窄,仅存在于-10 cm相似文献   

水煤浆与干粉给料方式两种IGCC系统的(火用)分析

通过将煤气化过程与联合循环系统相结合,IGCC成为目前最有发展前途的洁净煤技术之一.但以往对IGCC系统的研究多集中联合循环或气化过程本身,而忽略了气化效率对系统整体性能的影响.为揭示气化过程与系统性能之间联系,本文对Texaco与Shell公司的两个IGCC系统实例分别进行了流程模拟和(火用)分析,并着重从热力学角度比较了系统煤气化部分的差异对系统整体性能的影响,得出结论:Shell煤气化技术与Texaco煤气化技术相比,气化过程的(火用)损失相对减小15%,冷煤气效率提高2.6个百分点,系统热转功效率上升2.1个百分点.本文研究成果为IGCC系统进一步改进提供了热力学基础理论支撑.     

Transformation of the Fe-mineral associations in coal during gasification

The mineral matter associated with coal undergoes various transformations during the coal gasification process. Optimisation of the gasification process is necessary in the coal to liquids technology. The principle aim of this investigation was to determine the changes that the Fe-containing minerals and mineral associations undergo during gasification of coal. Due to the complexity of the counter-current coal-gas process used, a gasifier dissection was undertaken on one of the Sasol gasifiers. Detailed characterisation profiles of various properties of the coal were undertaken after a commercial-scale gasifier was shutdown for routine maintenance of which the Mössbauer spectroscopy technique will be described here. Representative samples from the gasifier were extracted after sufficient cooling was done to allow the safe turn-out of the gasifier. In the coal samples that entered the gasifier, pyrite was the abundant Fe-containing mineral, whilst the pyrite changed gradually to form, in conjunction with the SiO₂ and Al₂O₃ present in the coal, a Fe-containing glass and hematite at the bottom, or ash grate of the gasifier.