循环流化床煤燃烧/热解双反应器压力分布的实验研究

实验测量了一种新型的循环流化床煤燃烧/热解冷模反应器中提升管及立管内的压力分布，其中提升管的内径为100 mm、高为6 m;立管内径为44 mm、高为3 m，热解室的截面为200 mm×200 mm、高为770 mm。分别考察了提升管内的表观气速Ur、循环量Gs、加到热解室内的松动气量Qa以及初始装料量G等对系统压力分布的影响。结果表明，在立管底部阀门开度不变的情况下随着Ur的增加，提升管及立管内的压力梯度都趋于减小；在提升管内表观气速一定的情况下随着循环量Gs的增加，提升管及立管内的压力分布也随之增大；加到热解室内的松动气对立管内的压力分布影响较大，而对提升管内的压力分布影响相对较小；在立管底部阀门开度及Ur一定的情况下，随着初始装料量的增加提升管及立管内的压力分布也趋于增大。     

折流内构件移动床中煤在不同停留时间下的热解行为特性

针对常规移动床煤热解工艺所面临的无法处理粉煤,轻质焦油产率低、焦油品质差等问题,开发了折流内构件移动床热解工艺来调控气固两相的热质传递和热解反应过程。利用多段集气系统可及时地收集煤在不同热解阶段释放出的油气产物,研究了淖毛湖煤在不同温度和停留时间下的热解行为特性和产物品质。结果表明,折流内构件强化了颗粒间的热量和挥发分物质的传递,使其可处理0.4-6.0 mm的粉煤;在热解温度550℃,停留时间为3.0 h时,热解焦油产率达到最高为11.38%(占格金焦油产率的86.87%,质量分数),焦油馏分中低于360℃的轻质组分质量分数为85.0%;随着停留时间的延长,热解气中的H2体积分数从22.1%增加到了35.1%,CO体积分数从8.0%增加到了9.5%;在第一和第二层反应器中的焦油产率随停留时间的延长而增加,在第三和第四层反应器内当停留时间为2.0 h时焦油产率最大;随着床层数的增加,焦油模拟蒸馏馏分中的轻质组分含量增加,焦油脂肪烃化合物含量减小,而单环芳烃和二环芳烃的含量逐渐增加。     

两段式气流床煤气化炉内气固流动数值模拟研究

建立了两段式气流床煤气化炉内气固两相流动的三维计算流体力学（CFD）模型，将气体视为连续介质，在Euler坐标系下考察气相的运动；将颗粒视为离散体系，在Lagrange坐标系下研究颗粒的运动。利用所建CFD模型对基本设计尺寸和操作条件下的两段式气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟，给出了两段式气流床煤气化炉内的气固两相流动的规律和颗粒的分布规律。在此基础上，针对不同的结构(喉口直径变化)和不同的操作条件（两段气固进料量变化）进行了一系列的模拟比较。结果表明，喉口直径的变化对于炉内气固两相流动及颗粒分布有重要影响。随着喉口直径减小，喉口附近区域的气相回流增强，颗粒运动轨线变得更加曲折，颗粒分布发生明显变化。两段气固流量的改变可以明显改变炉内气固流动，随着一段反应区的气固流量增加和二段反应区气固流量减小，一段反应区内的气相回流更加显著， 二段反应区气相回流减弱，颗粒螺旋上升运动增强，反应器边壁处颗粒浓度增大，颗粒沉积现象减弱。     

炉前煤低温干馏的工艺研究

为了模拟真实的循环流化床燃烧/煤热解多联产工艺中的移动床热解系统,同时验证静态挡板混合以及颗粒床除尘在该系统中应用的可行性,建立了处理煤量为10 kg/h的移动床固体热载体煤热解连续实验装置.结果表明,在混合段内没置挡板足一种有效的灰/煤混合方式,可以获得与机械混合接近的气、液产率;滤料性质、床层高度、过滤气速等均会对颗粒床除尘器的除尘效果产生影响,颗粒床的使用可将焦油中的含尘率控制在一定范围内.该研究可为炉前低温干馏工艺开发提供可靠的基础数据.     

压降法测量煤灰的初始粘结温度

在自制的实验装置上，以特定的压力将3 g～5 g的混合煤灰在内径8 mm～10 mm电熔刚玉管内压制成柱状,采用2 ℃/min～4 ℃/min的温升速率和10 mL/min～40 mL/min的空气流量，通过测量灰柱两端的压降随温度的变化关系，绘制压差温度曲线。曲线中最大压差点所对应的温度就是混合煤灰的初始粘结温度。利用此方法测量了IHI(Ishikawajima Harima Heavy Industries CO. LTD)循环流化床锅炉飞灰和秦皇岛北山热电厂循环流化床锅炉飞灰的初始粘结温度分别为900 ℃±10 ℃和1 300 ℃±10 ℃，从一个侧面解释了IHI循环流化床锅炉结焦严重，无法正常运行的原因。     

木屑在鼓泡流化床和循环流化床中气化特性的对比研究

对木屑在内径分别为0.3m×0.3m的鼓泡流化床气化炉（BFBG）和内径0.4m的循环流化床气化炉(CFBG)中的气化特征进行了对比，重点考察了当量比对生物质气化特性的影响。实验结果表明,在相同当量比下，由于CFBG操作气速明显高于BFBG，床内强烈的气固传热传质，使得CFBG可以获得较高的热解速率,同时可以使 CFBG在较高温度下运行。较高的运行温度不仅有利于二次裂解气化反应，使可燃气体质量明显好于BFBG，同时也减少了燃气中焦油的量。在较低气化当量比下(ER≤0.28)，CFBG比BFBG可以获得更高的气体产率、碳转化率和气体效率;在较高当量比下,(ER＞0.28)，CFBG和BFBG的气体产率、碳转化率和气体效率则相差不大。     

煤-焦炉气共热解热重研究Ⅱ.热解半焦燃烧反应性

采用高压热天平在终态温度为８００℃，压力为０．１～５ＭＰａ，升温速率为５～２５℃／ｍｉｎ的实验条件下，对先锋、黄县褐煤和兖州烟煤在真实焦炉气气氛中共热解特性进行了系统的ＴＧ／ＤＴＧ研究，主要考察了反应压力、升温速率对热解特性的影响，并与可比条件下加氢热解作比较。结果表明，压力和升温速率对热解有较大影响，压力升高热解总失重量增加，升温速率减慢有利于提高热解总转化率；压力与升温速率互相促进又互相制约共同影响热解特性。在给定较高压力下，减慢升温速率能明显提高热解总转化率；在慢速升温条件下，提高压力也能明显提高热解总转化率，通过降低升温速率可以实现在较低压力下达到甚至超过高压下的热解效果。与可比条件下的加氢热解相比，煤焦炉气共热解具有相近的热解特性，但总转化率略有降低且失重峰温向高温区移动。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究 Ⅰ.操作气速、固体循环速率对循环流化床气化反应的影响

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器上，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速、固体循环速率）的气化反应。研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小、固体颗粒循环速率的增加而增加。即在ＣＦＢ床中，提高气体、固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行。ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型（英文）

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一：随表观气速的增大，气泡数目增加，气泡体积增大，压力波动增强；气速越高时均压降越大；在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。     

玉米芯热解及过程分析

研究了农业废弃物玉米芯热解过程中气、液、固三相产率与裂解温度的关系；气相组成、液相组成与温度的关系，以及热解过程的机理。实验表明，在350℃～400℃，气相成分主要是CO2、CO所占比率为95%;随着温度的升高，H2、C2H4、CH4等气体的比率逐渐增高，CO、CO2的体积分数在逐渐降低。在450℃～500℃，CO、H2所占的比率达50%。GCMS，IR分析表明，裂解过程产生的液体主要是由含氧的化合物酚、呋喃及其衍生物组成；低温有利于酚类质量分数的增加，高温有利于4-乙基-2-甲氧基-苯酚、2-甲基-苯酚的增加；采用TGA分析，建立了热解过程的动力学方程，得到了热解过程的反应机理，即热解过程有两个分解阶段，在不同温度段具有不同的反应规律。在211℃～290℃具有三级反应的特征，其活化能为121.4kJ·mol－1；在290℃～418℃表现为0.5级反应的特征，其活化能为105.7kJ·mol－1。     

固体热载体热解霍林河褐煤实验研究

在处理量为10kg/h的粉煤-固体热载体移动床实验装置上,以循环灰为热载体对其进行了热解特性评价实验.考察了热解温度(460℃~610℃)、反应时间(6min~8min)及煤粒粒径对热解产物产率和组成的影响.结果表明,随着热解温度的升高,气体产率增大;焦油产率在520℃时达到最大值4.94%.热解煤气的热值为19.80...     

炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘

为了寻求优化的炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘方案，在使用400目金属滤网对间歇式粉煤固体热载体热解装置挥发分除尘研究的基础上，将颗粒床过滤器用于该过程的除尘研究。热态除尘实验表明，颗粒床的使用有效地降低了滤网的过滤负荷。选用2mm石英砂和φ5mm×2mm瓷环作为滤料，通过对比实验发现，两种滤料除尘效率均在90％以上；随着过滤操作的进行，由于颗粒床内粉尘的沉积使其过滤效率有所提高，而对气、液收率的影响很小。结果表明，颗粒床与滤网结合可作为粉煤炉前低温干馏工艺中可供选择的挥发分除尘方案。     

热解压力对生物质焦结构及气化反应性能的影响

利用加压固定床反应器、吸附仪、X射线衍射仪、元素分析仪、电感耦合等离子原子发射光谱仪等考察了热解压力对生物质半焦(以下简称半焦)产率、物化结构、元素组成的影响规律。同时,利用热天平对不同热解压力下所制半焦的气化行为进行了考察。结果表明,随热解压力升高,半焦产率增大,当压力升至1.0 MPa后,半焦产率基本不变;半焦中C元素含量随热解压力的升高而增加,而H元素含量和BET比表面积则减小;此外,随热解压力升高,玉米秸秆焦和锯末焦的石墨化程度增强,而稻壳焦的石墨化程度则基本不受热解压力影响。气化反应的研究表明,玉米秸秆焦及锯末焦的平均气化反应速率随热解压力的提高而减小,而稻壳焦的平均气化反应速率基本不受热解压力的影响。热解压力对半焦BET比表面积及碳微晶结构的影响规律与气化反应速率变化规律的对比研究表明,热解压力引起半焦微晶结构的变化是造成热解压力对半焦气化反应速率影响的主要原因。     

油浆高温快速裂解过程的气固相产物研究

采用高频炉快速热解装置研究油浆的高温快速热解特性,考察了热解温度、氮气流量对气固相产物的组成和产率的影响。温度是影响气相产物产率的关键因素,气相产物主要为甲烷、氢气和乙烯,升高温度可提高甲烷和氢气的产率,而乙烯产率受高温下二次反应的影响在800℃到达最大值后逐渐降低,乙烷、丙烯产率较小且受二次反应的影响在700℃到达最大值后逐渐降低,温度高于800℃时会有少量乙炔生成且升温可提高乙炔产率。增加氮气流量可降低甲烷、氢气分压,缩短乙烯、丙烯等在高温区的停留时间,从而增加气相产物的产率。积炭产率随热解温度升高迅速增加,氮气流量的增加能够削弱二次反应从而降低积炭产率。     

炉前煤低温干馏工艺中脱硫行为的模拟研究

为了提供燃煤炉前低温干馏系统中硫的脱除和转化的工业设计依据，采用自制的程序升温固定床反应器，在模拟燃煤炉前低温干馏的工况下考察了热解温度及Ca/S原子比对热解产物中硫分布的影响。结果表明，由于CaO的存在，循环流化床（CFB）锅炉的循环灰具有明显的固硫作用，在480℃~640℃、煤热解气、液产物中60％～70％的硫以CaS的形式固定在灰中。相同热解温度下，固硫作用随着Ca/S原子比的提高而增加，焦油收率和焦油中硫含量均有所下降。     

Online upgrading of organic vapors from the fast pyrolysis of biomass

The online upgrading process that combined the fast pyrolysis of biomass and catalytic cracking of bio-oil was developed to produce a high quality liquid product from the biomass. The installation consisted of a fluidized bed reactor for pyrolysis and a packed bed reactor for upgrading. The proper pyrolysis processing conditions with a temperature of 500℃ and a flow rate of 4m3·h-1 were determined in advance. Under such conditions, the effects of temperature and weight hourly space velocity (WHSV) on both the liquid yields and the oil qualities of the online catalytic cracking process were investigated. The results showed that such a combined process had the superiority of increasing the liquid yield and improving the product quality over the separate processes. Furthermore, when the temperature was 500℃, with a WHSV of 3h-1, the liquid yield reached the maximum and the oxygenic compounds also decreased obviously.     

Catalyst concentration distribution in fluidized bed by gamma-ray absorption

Summary The axial and radial distribution of the catalyst concentration, in the riser of an EMC - experimental cold model of a fluid catalytic cracking type unit, was measured by gamma-absorption. The solid concentration in the circulating fluidized bed was determined by measurements with a ²⁴¹Am gamma-source and a NaI(Tl) detector. The operation, instrumental measurements and data acquisition system of the cold unit were automated. The catalyst concentration measurements were carried out in static experiments and in the circulating fluidized bed. A calibration of the distribution concentration was made with experimental data from gas velocity and pressure drop along the riser that gave the best multi-regression model. A spatial resolution of 5.0 ^. 10^-3 m by scanning the riser and a catalyst density resolution of 5.0±0.8 kg/m³ were obtained. The axial catalyst concentration distribution, in the 5-13 kg/m ³ interval, showed a predicted pattern according to the literature. The radial distribution was in an annular configuration for this diluted catalyst concentration.     

重油催化裂解多产乙烯丙烯催化剂的研究

采用半合成法制备了不同金属改性的ZSM-5分子筛催化剂，以大庆VGO为原料，在固定床微型反应装置上对不同金属改性催化剂进行裂解生产低碳烯烃效果的评价，筛选出生产乙烯、丙烯性能较好的银+镧双金属改性催化剂，采用喷雾干燥的方法成型，并在800℃、100%水蒸气下老化处理4h。该催化剂在两段提升管实验装置上，以大庆AR为原料的评价结果表明，乙烯和丙烯收率可分别达到9.5%和24.9%；若考虑C4组分回炼，乙烯和丙烯收率可分别达到13.0%和29.9%。     

Evaluation of factors affecting pyrolysis in A microfurnace system

A styrene isoprene block copolymer, known as Kraton 1107, is used to study some of the parameters involved in the pyrolysis process. Using a continuous mode microfurnace pyrolysis system interfaced to a capillary gas chromatography system, the effect of pyrolysis temperature and gas flows through the pyrolysis chamber were studied. Comparisons in sample introduction methods were made. Introducing the sample in solution, rather than conventional solid sample introduction, was found to offer some advantages.