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。     

煤化工工艺技术评述与展望——Ⅰ.煤气化技术

全文评述了煤化工的三个工业化层次,分四个部分分别讨论煤气化技术、合成气制乙烯与二甲醚的研究方向、甲醇的大型化和国产化、合成油的工业化途径等问题,从工业化的角度来探讨煤化工工艺技术的发展、特别是新技术的产业化问题。本文作为第一部分重点评述煤气化技术发展状态及在我国应用与开发的工程化问题。     

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。     

不同常压流化床煤气化方案的模型预测 Ⅱ. 模型预测及分析

利用已建立的流化床煤气化模型系统地研究了不同气化方案下的流化床煤气化性能，包括空气气化、空气/蒸气气化、空气/二氧化碳气化、氧气/水蒸气气化、氧气/二氧化碳气化5个气化方案，结果表明：空气/水蒸气和氧气/水蒸气方案具有较优的气化效率和较高的煤气品质，氧气/蒸气气化方案在煤气组分、气化效率和热效率等方面比空气/蒸气气化方案更具优势。     

煤化工工艺技术评述与展望 Ⅰ.煤气化技术

全文评述了煤化工的三个工业化层次 ,分四个部分分别讨论煤气化技术、合成气制乙烯与二甲醚的研究方向、甲醇的大型化和国产化、合成油的工业化途径等问题 ,从工业化的角度来探讨煤化工工艺技术的发展、特别是新技术的产业化问题。本文作为第一部分重点评述煤气化技术发展状态及在我国应用与开发的工程化问题。     

浆态床FT合成／固定床ZSM—5改质的合成液体燃料工艺的研究和开发

从合成气制取液体燃料的浆态床ＦＴ合成／固定床ＺＳＭ－５改质的反应系统由Ｉ段鼓泡浆液反应器（内径４０ｍｍ，高４５００ｍｍ）和Ⅱ段固定床ＺＳＭ－５反应器（内径４０ｍｍ，高９００ｍｍ）组成。在温度２５０～２８０℃（Ｉ段），３００～３４０℃（Ⅱ段），压力１．５～２．５ＭＰａ，空速２．０ＮＬ／ｇＦｅ．ｈ（Ｉ段），５００～１０００ｈ＾－２（Ⅱ段），Ｈ２／ＣＯ比０．５～１．５和气速１～２ｃｍ／ｓ范围内，考察了工     

气流床煤气化炉内流动、混合与反应过程的研究进展

气流床气化过程涉及高温高压下湍流多相流动与复杂化学反应过程的相互作用,涵盖喷嘴雾化与弥散、复杂多相射流流动、炉内湍流混合、复杂气化反应、火焰结构及温度分布等诸多方面,是世界各国研究的热点.对近年来世界各国在气流床气化过程研究上取得的进展进行了综述,包括喷嘴雾化与颗粒弥散机理与雾化过程的影响因素、撞击流驻点偏移规律和撞击面振荡规律、撞击火焰结构与炉内三维温度场、典型煤种气化反应特性与石油焦气化特性以及气流床气化过程模拟.对气流床气化过程未来的研究重点进行了展望.     

燃煤过程中CaO对氟析出的固定作用

通过XRD和热力学分析探讨了煤燃烧过程中CaO燃烧固氟反应与反应平衡过程。固定床燃烧试验表明 :在燃烧温度 1173K时 ,CaO对煤中氟析出的抑制范围在 13 6 1W %～ 80 4 4W % ,平均为 4 7 5 3W %。d 15 0mm×10 0 0mm流化床燃烧试验表明 :流化床燃烧时 ,CaO对煤中氟析出的固定作用比固定床燃烧效果明显 ,石灰石的添加量和粒度对固氟效果有显著的影响。对于本试验 ,0 2mm～ 1 0mm粒度的石灰石固氟效果最佳 ,在Ca F =6 0～ 70时 ,脱氟率可达到 6 6 7W %～ 70 0W %。在燃煤过程中添加CaO或石灰石具有固氟固硫的双重作用。     

循环流化床煤气化炉灰渣的组成结构特征与热转化性能

通过工业分析、元素分析和傅里叶红外光谱测试基于循环流化床的新疆准东煤(ZDC)气化灰渣(FA：飞灰;BA：底渣),获得灰渣的基本性质和官能团种类。结果显示,BA的灰分含量高达99.30%,而FA的固定碳和碳元素含量较高,分别为69.30%和73.78%。进一步采用Raman、XRPES和SEM表征ZDC和FA的碳质形式和表面形貌,利用TG-DTG技术考察ZDC和FA的热解、燃烧和气化反应特性。XRPES结果显示,FA表面C元素含量为89.42%,主要以>C-C<和>C-H的形式存在,而O元素主要以>C=O的形式存在。碱土金属Ca与上述涉碳官能团结合,导致FA无序程度较高。SEM观察到熔融矿物质球形颗粒附着和镶嵌在FA表面和孔道中,导致表面粗糙多孔。热转化特性显示,FA的热解和燃烧最大失重速率峰温度均较ZDC明显升高,表明FA的热解和燃烧性能降低。然而,FA的100%碳转化率所用气化时间仅为ZDC的一半,气化性能显著提高,原因在于FA具有发达的孔道结构、较多的无定形碳及丰富的活性位点,强化了气化剂CO₂的扩散过程。因此,FA可直接回收用作循环...     

流化床燃烧器中气泡相和密相氧浓度的理论预测与实验验证Ⅰ．理论模型

基于流态化两相理论，建立了描述流化床燃烧器中煤焦间歇燃烧过程的数学模型。该模型只有一个可调参数（△Ｔ），能够预测煤焦的烧失时间以及气泡相和密相氧浓度随时间的变化。对模型输入参数的敏感性分析表明，煤焦加入量、探头位置以及过剩空气速度是影响气泡相和密相氧浓度的主要操作因素。     

福建无烟粉煤催化气化

报导了福建无烟粉煤在碱性催化剂作用下的催化气化工作进展,在小型Φ１８ｍｍ固定床与Φ２０ｍｍ流化床中,进行了水蒸气气化、混合气（空气／水蒸气）气化,采用复合１催化剂添加量８％,８５０～９００℃及流化床条件下,即可获得产气率Ｖ＞３ｍ３／ｋｇ煤（无催化剂时,Ｖ＜１．６ｍ３／ｋｇ煤）及煤气热值ＱＬＶＨ＞９ＭＪ／ｍ３（水蒸气气化）与＞６ＭＪ／ｍ３（混合气气化）的结果,并与无烟煤气化的工业装置进行了比较,这为无烟粉煤有效转化的工业化试验提供了最重要的依据     

煤及煤焦微观结构特征与气化反应性

研究了不同煤化度煤及煤焦的微观结构及其对气化反应性的影响。结果表明,褐煤焦具有丰富的分支孔系统和较大的比表面积,并含有较多对气化有催化作用的可交换阳离子。无烟煤焦分支孔贫乏,比表面积很小。煤焦的总孔容、比表面积和芳核大小之间有很好的对应关系。不同煤化度煤焦气化反应性差异很大,脱矿物质后煤焦反应性差异显著减小,但是脱矿物质前后煤焦的反应性随煤化程度的变化趋势相似。     

氧化钙对流化床煤温和气化半焦性质的影响

在Φ4 8× 5 2 5mm小型流化床反应器中 ,于 4 5 0～ 75 0℃温度区间内 ,研究了氧化钙对煤温和气化产物半焦特性的影响。报道了在煤温和气化过程中添加氧化钙对所得半焦的工业分析、元素组成及热值的影响。采用等温吸附法研究了氧化钙对半焦孔结构和比表面积的影响 ,并给予了合理的解释。     

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。     

生物质在流化床中的热解和气化研究

在水蒸气及氮气流态化条件下 ,对不同生物质原料进行了热解气化实验 ,研究气体产物产率、成分随反应温度的变化规律。在一个常压鼓泡流化床实验台上 ,对五种生物质原料热解气化综合过程的气体产物产率及成分进行了测定。文中重点分析了原料SD2 0 1 (EucalyptusGlobulus锯末 )与SD2 0 2 (PinusRadiata锯末 )在水蒸气及氮气流化和不同温度条件下的热解气化特性 ,同时还分析了两种流化介质条件下生物质热解气化实验结果的差别。     

煤气化过程中生成氮化物的研究

对煤中N在气化条件下的转化进行了研究，详细考察了在CO2和水蒸气气氛中转化生成HCN和NH3的过程，并对热解和气化条件下煤中N转化规律的差别进行了讨论。实验结果表明：在气化条件下煤中N转化为HCN和NH3的量随温度的升高而增大，在水蒸气气氛下HCN和NH3的生成量明显大于热解条件的实验结果。在本实验条件下半焦中N含量的15％－20％可以转化为NH3，水蒸汽气氛条件下NH3生成量的提高主要来源于半焦的气化反应过程。     

煤焦部分气化、燃烧集成热重分析研究

在热天平上进行了煤焦部分气化、燃烧的实验研究。所得到的三种不同煤焦 (神木、彬县、西山 )在不同温度 ,不同气化碳转化率下的部分气化 ,燃烧失重曲线表明 :煤种、气化碳转化率对燃烧失重均有影响。气化碳转化率越高 ,所得到的焦燃烧速率越小。同时从实验中得到 :正确选择气化碳转化率在进行部分气化、燃烧集成优化中是非常重要的。