氧碳原子比和水煤浆质量分数对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧碳原子比和水煤浆质量分数对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律。总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中，对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法。得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分，其结果与工程实际相比非常接近；并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素：氧碳原子比、水煤浆质量分数等，提出了提高出口煤气有效成分（CO+H2）的方法。     

气流床粉煤气化的Gibbs自由能最小化模拟

用Gibbs自由能最小化方法对粉煤气化过程进行了热力学平衡分析。对一混合煤种，在3.0 MPa和气化温度限制在1 200 ℃～1 450 ℃时，研究了氧-煤比、蒸气-煤比对气化炉出口气体组成、温度和有效气产率的影响，并由此确定了可行的操作域是氧-煤比545m3/t～605 m3/t、蒸气-煤比为152.64 kg/t～313.92 kg/t及其对应的工艺指标。从操作域中选择有代表性的工艺条件为氧-煤比578 m3/t、蒸气-煤比为187 kg/t，对应的气化炉出口温度1 358 ℃，CO+H2干基体积分数为91.5%，有效气产率为2.123(CO+H2)m3/kg。同时，研究了碳转化率和热损失对气化工艺指标的影响，其影响是显著的。     

急倾斜煤层地下气化数学模型的研究

煤炭地下气化产气过程与气化炉体的温度分布和渗流条件密切相关。根据急倾斜煤层赋存条件和气化过程的特点，建立了急倾斜煤层地下气化数学模型。介绍了模型参数的确定方法，采用控制容积方法对模型进行了求解，并在模型实验的基础上，对计算结果进行了分析。从温度场分布来看，计算值略高于实测值，各测点相对误差基本均在10%以内。根据模拟计算结果，随着气化通道长度增加，煤气热值提高，但在还原区以后，提高的幅度减小，温度场对煤气热值产生显著影响。由于受温度的影响，在高温区，煤气组分浓度场实测值的变化梯度大于计算值。结果表明，模拟值与实验值能够较好地相吻合，说明对急倾斜煤层地下气化温度场和浓度场的数值模拟是合理的。     

太原东山煤地下气化模型试验研究

通过地下气化模型试验，获得了东山煤地下气化过程的一般规律。进行了东山煤空气气化及纯氧-水蒸气气化试验，研究了鼓风量及气氧比对煤气组成的影响、气化过程的稳定性以及试验条件下的煤层气化速率变化，进行了纯氧-水蒸气地下气化的物料衡算。试验结果表明，东山煤空气气化可以生产低热值空气煤气，鼓风量会影响空气煤气的组成；纯氧-水蒸气地下气化可以获得合格的二甲醚合成原料气，但需根据气化工作面的移动及煤气组成变化，采用移动点供风气化维持气化过程连续稳定进行。气化过程的物料衡算可以用来预测气化煤气的基本组成。气氧比影响煤气组成变化，试验条件下适宜的气氧比范围为1.8～2.2。气化工作面扩展速率在供风点附近出现最大值，变化平稳，瘦煤地下气化具有较高的稳定性。     

含气化剂煤气深度气化研究

利用自制小型加压固定床气化炉研究气化剂为混合气的煤焦气化。混合气为含CO2、CO、H2和水蒸气的气体，它是模拟水煤浆气化炉出炉煤气成分在实验室制得的。实验考察气化温度、气化剂流速、混合气气体成分对煤焦气化的影响。实验发现，煤焦气化温度越高，气化剂流速越大，煤焦气化反应速度越快；H2、CO对煤焦气化有阻滞作用。     

福建无烟粉煤纸浆黑液富氧流化床催化气化研究

在实验室小型流化床反应器中研究了福建龙岩无烟粉煤纸浆黑液富氧催化气化的特性，考察了纸浆黑液催化剂添加量不同时氧体积分数变化对碳转化率、产气率、煤气组成与热值的影响。结果表明，纸浆黑液催化和富氧气体燃烧的双重作用明显地提高了煤的碳转化率和煤气有效组成；纸浆黑液中钠碱对煤焦气化的催化与对煤灰分中SiO2和Al2O3等氧化物的熔制反应同时发生并存在着竞争；纸浆黑液中钠碱对高温碳与气化剂之间多种反应表现出不同程度的促进。龙岩无烟粉煤在纸浆黑液富氧催化气化时适宜操作条件是氧的体积分数40％和蒸汽/富氧比为1.4kg/m3～2.0kg/m3。碳转化率94％、煤产气率为3.62m3/kg、煤气热值为7.33mJ/m3。     

煤炭地下气化反应动力学特性的研究

煤炭地下气化过程中，高温的碳与二氧化碳和水蒸气发生的非均相反应决定了出口煤气的组分和热值。鉴于此，在煤焦与CO2和H2O（g)反应活性实验的基础上，研究了唐山刘庄煤焦与CO2和H2O（g)气化反应的动力学特性，确定了其化反应的速率表达式，得出其反应活化能分别为140．41kJ/mol和171．53kJ/mol。实验结果表明，还原带温度在1000℃-1100℃时，CO2具有较高的还原主;温度达1000℃时，H2O（g)分解可视为不可逆反应，且生成CO的反应速率明显大于生成CO2的反应速率，出口煤气组成中CO的浓度为CO2的7倍多，在上述工作的基础上，建立了“收缩反应核”模型，并分析了多相化学反应速度与温度的关系。     

用热天平法研究煤的催化气化 Ⅲ.碱金属复合催化剂用于制取合成原料气的探讨

对影响生成气组成及含量的气化条件进行了考察,提出了用K 值作为衡量催化剂影响气化反应速率和变换反应速率相对关系的指标。并对如何调整碱金属复合催化剂的组成、改变反应温度和初始水碳比sp_0以制取CO 含量较低的合成氨原料气和具有适宜H_2/CO 比的合成气作了试探性研究,提出了较合适的催化剂和较适宜的气化条件。     

水煤浆气化系统数学模拟

对水煤浆气化系统进行了过程分析,建立了气化炉、激冷室、洗涤塔等主要单元设备的数学模型,运用序贯模块法对该系统进行了稳态模拟计算,结果表明,模拟值与实际值吻合良好。其中气化炉出口温度相对误差小于2％,其余物流温度相对误差小于9％,流量相对误差在1％以内。同时,还给出了微量组分在系统中的分布。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究

在一个小型鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,对以天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气过程进行了研究。考察了反应温度对合成气组分、气体产率、碳转化率以及气化效率的影响,反应时间对合成气组分的影响;探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响。结果表明,天然铁矿石可以作为生物质化学链气化制合成气反应过程的氧载体,代替富氧空气或高温水蒸气作为生物质气化的气化剂;随着温度的升高,产物气体中CO、H₂的浓度逐渐增加,CO₂、CH₄浓度缓慢降低;随着反应时间的延长,合成气中H₂、CO、CH₄的相对浓度缓慢增加,而CO₂相对浓度逐渐降低;氧载体的存在能显著提高气体产率和碳的转化率及气化效率。扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明,当超过850 ℃时,铁矿石氧载体颗粒表面烧结现象明显,但反应前后,颗粒表面的成分及含量基本保持不变。     

循环气流床反应器甲醇合成研究

1975年美国Chem Systems Inc公司提出液相法甲醇合成工艺的概念,采用导热性能优良的液体作为热载体,床层温度均匀易控,从而可提高原料气的单程转化率,出口甲醇质量分数可达到15％。传统浆态床反应器相对固定床虽然具有良好的传热性能,温度分布比较均匀,但是浆态床由于液体溶剂的存在以及气体分布不均匀,给传质过程带来了负面影响,增加了体系的复杂性。尽管优化气体分布器结构,可以起到改善传质的效果,但是还是无法明显改善传统浆态床内气液传质性能,反应器内固体沉积团聚严重。循环气流床通过循环泵的强制循环和喷嘴的雾化作用,相比如传统浆态床反应器,具有良好的传质能力、固体悬浮,并且能有效地减少轴向返混,具有相间接触充分、气液比（气固比）调节灵活、催化剂利用率高等特点。本实验研究了空速、循环量、喷嘴个数、催化剂浓度对甲醇合成的影响,为以后反应器的放大优化提供基础数据。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅱ.温度、氧含量及煤种对CFB气化反应的影响

报道了两种煤／焦（西山焦煤飞灰、神木煤），在小型循环流化床（ＣＦＢ）气化反应装置上，以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在不同条件（９００～９７０°Ｃ，０～３０％氧含量）下的气化反应的研究。结果表明，提高气化温度，气化反应速度提高，尾气中可燃气体浓度（ＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４）、碳转化率及气化效率明显提高。气化介质中的氧含量增加，ＣＯ浓度、碳转化率及气化强度明显增加。反应性高、挥发分多的煤种更适合在ＣＦＢ气化反应装置上进行气化反应。     

气化介质对生物质多孔床料流化床气化产气特性的影响

在自制小型常压流化床内采用多孔介质为床料,对生物质进行气化实验,分别考察了富氧气氛下温度和氧气浓度、水蒸气气氛下温度和水蒸气流量及不同种类床料对生物质产气特性的影响。结果表明,多孔床料下气化产气中可燃气体积分数随气化温度的提高而增大;随氧气浓度的增加,产气中H2的体积分数从14.52%增加到19.71%,CO的体积分数从43.41%降低到36.41%;气化剂水蒸气流量对生物质气化影响存在最佳范围;多孔床料种类不同对H₂和CO的生成以及对低碳氢化合物（C_xH_y）的催化裂解强度的促进作用也不同。     

不同常压流化床煤气化方案的模型预测 Ⅰ. 模型建立及验证

为评价不同气化方案对常压流化床气化的影响，从化学动力学角度并结合化学平衡建立了流化床气化模型，该模型考虑了煤热解和气化所经历的各反应过程。模型预测结果与文献报道的试验数据吻合较好，气化组分的平方误差和在10%左右，表明该模型可以用来预测各种气化方案对常压流化床气化的气化过程、生成煤气组分和气化效率等方面的影响。     

生物质与石油焦共气化特性的研究

在内径为50mm,高约950mm的固定床反应器上对生物质与石油焦共气化特性进行了研究。研究了气化模式、石油焦添加比例、添加方式、粒径大小及气化温度对气化效果及焦油量的影响。结果表明,石油焦可以起到催化裂解生物质焦油的作用。随着氧气的体积分数从2%增加到15%时,气体的热值从5.35MJ/m³降低到2.98MJ/m³。在气化温度为700℃时,四种氧气含量下生物质单独气化时焦油产率平均值为6.4%,气体热值为4.31MJ/m³;生物质和石油焦混合气化时焦油产率平均值为2.9%,气体热值为5.19MJ/m³。石油焦的最佳添加比例为1∶1。生物质和石油焦不混掺焦油的产率最大,混掺其次,石油焦提前加入效果最好。随着添加石油焦粒径的增大,石油焦对生物质气化焦油的裂解率逐渐降低。在两种气化模式下,随着气化温度的升高,焦油的产率均逐渐降低。     

Chemical-looping gasification of biomass in a 10 kW_(th) interconnected fluidized bed reactor using Fe_2O_3/Al_2O_3 oxygen carrier

Abstract:The aim of this research is to design and operate a 10 kW hot chemical-looping gasification(CLG)unit using Fe2O3/Al2O3as an oxygen carrier and saw dust as a fuel.The effect of the operation temperature on gas composition in the air reactor and the fuel reactor,and the carbon conversion of biomass to CO2and CO in the fuel reactor have been experimentally studied.A total60 h run has been obtained with the same batch of oxygen carrier of iron oxide supported with alumina.The results show that CO and H2concentrations are increased with increasing temperature in the fuel reactor.It is also found that with increasing fuel reactor temperature,both the amount of residual char in the fuel reactor and CO2concentration of the exit gas from the air reactor are degreased.Carbon conversion rate and gasification efficiency are increased by increasing temperature and H2production at 870℃reaches the highest rate.Scanning electron microscopy(SEM),X-ray diffraction(XRD)and BET-surface area tests have been used to characterize fresh and reacted oxygen carrier particles.The results display that the oxygen carrier activity is not declined and the specific surface area of the oxygen carrier particles is not decreased significantly.