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。     

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     

通用化学平衡计算和载流床反应器模拟程序的初步研究

Ⅰ.通用化学平衡计算 与热化学数据库相联结,采用进度调整方法编制了多相多元体系的化学平衡计算程序。 本文在选取独立组元的算法上提出了改进,可以减少运算量。另外还扩展了程序的功能,使本程序在以下三种输入条件下都能计算,包括:(1)给定原子矩阵,各组元的标准吉布斯生成自由能及初始摩尔数;(2)给定一组独立化学反应的计量系数矩阵,平衡常数和各组元的初始摩尔数;(3)给定原子矩阵,各组元的标准吉布斯生成自由能和体系的元素组成。     

原煤可磨性对气流床粉煤气化混配煤煤粉均匀程度的影响

以气流床粉煤气化工业装置不同时期的两组进料煤粉为研究对象,在实验室按粒径对两组煤粉进行了筛分分组,对分组后子煤粉进行了煤质、煤灰特性及反应活性分析,研究了原煤可磨性差异对混配磨制后煤粉均匀程度的影响。结果表明,原煤可磨性对混煤煤粉的颗粒粒径分布及其均匀性均具有影响。混配磨制煤粉的粒径主要取决于原煤中可磨性指数较小的原煤,此原煤可磨性指数越小,煤粉颗粒粒径越大;可磨性相近的原煤混配制得的煤粉混合较均匀,可磨性差异较大的原煤混配煤粉混合不均,煤粉发生偏析,使得大颗粒煤粉中含有过多的难磨煤,导致煤粉的反应性能变差。     

福建无烟粉煤流化床混合气催化气化表观动力学的研究

在一模试流化床中,首次报道了福建劣质无烟粉煤（挥发分〈５％）采用工业副产碱盐为主制备的复合催化剂进行混合气催化气化的结果,指出这一复合催化剂适宜的添加饱和度为１０％;表观动力学实验表明在该添加饱和度下,使反应表观活化能由无催化剂时的Ｅａ＝７６．０３ｋＪ／ｍｏｌ降为Ｅａ＝４５．８３ｋＪ／ｍｏｌ（几乎降低了４０％）,并且在气化温度８５０℃条件下,其表观反应速率常数比无催化剂时提高２．７倍;在气化温度８５０－９００℃,催化剂浓度１０％的适宜操作范围,可获得产气率Ｖ＝３．７７－３．５８ｍ＾３／ｋｇ（１ｋｇ煤）,煤气热值ＱＬＨＶ＝５．３１＝６．０３ＭＪ／ｍ＾３与冷煤气效率η＝７９．７２＝８５．７３％的良好结果,这对劣质无烟粉煤催化气化生产燃料气与化工副产碱盐制取廉价催化的工业化实践具有重要的应用价值与可操作的现实意义。     

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。     

松木粉气流床气化特性实验研究

在气流床气化实验装置上进行了松木粉气化特性的研究。考察了温度、氧当量比、水蒸气配比对气体产物的成分、气化特性和固体产物的微观形态及成分的影响,结果表明,随着温度的升高,CO与H₂浓度显著升高,CO₂与CH₄浓度明显下降,碳转化率、产气率、产气热值有所提高;氧当量比从0.2上升至0.5时,CO与H₂浓度降低超过10%,CO₂浓度则上升100%以上,碳转化率提高至92.9%,产气率有所上升,而产气热值则降低超过20%;水蒸气配比从0增大至0.58时,H₂/CO体积比由0.63提高为1.40,碳转化率、产气率和产气热值均呈现先增大后减小趋势。由SEM照片可以看出,固体残渣主要由类球状或块状结构与纤维团聚结构两部分组成。温度升高使残渣颗粒由呈现不规则形状逐渐向球形转化,氧当量比的增大使残渣中类球状颗粒表面孔洞与裂缝明显增多直至破碎。     

无烟粉煤催化气化含碱灰渣的锻烧无害化

报道了福建劣质无烟粉煤催化气化含碱灰渣在一内径φ32mm的实验室固定床模试装置中的煅烧研究。对水蒸汽油催化和混合气（空气/水蒸汽）催化气化的两种含碱灰渣进行煅烧处理,生成了难溶性的硅酸复盐。当煅烧温度870℃-900℃、煅烧时间25min-30min,可以达到85W/%以上的脱碱率;而3W/%脱碱助剂的加入,可使脱碱率提高到95W/%以上,实现了含碱灰渣的煅烧无害化。粉煤催化气化制度与含碱灰渣煅烧制度的一致性提供了科学地实现“催化气化-灰渣煅烧”集成式流化床新工艺的理论依据,加速了催化气化的工业化进程。     

高变质粉煤催化气化碱渣的煅烧脱碱

对福建五种高变质煤(永安、加福、尤溪、大田及永春煤)催化气化后的含碱灰渣进行煅烧脱碱研究.灰渣中碱含量随煅烧温度的升高及煅烧时间的延长而降低, 870 ℃煅烧30 min～40 min灰渣中碱含量趋于定值,脱碱率均达90%以上;X射线粉晶衍射及能谱分析表明,脱碱过程的实质是含碱灰渣中被活化的主要物质SiO2、Al2O3与灰渣中的碱性物质Na2O发生化学反应,生成难溶于水的钠铝复合硅酸盐的固相反应过程;表观动力学研究结果表明,该脱碱反应属一级反应,反应速率常数随煤渣中硅铝比的增加而增大,给出的反应速率常数随煤渣中硅铝比变化的关系方程,相关系数为0.99175,可用以预测任一已知含碱煤渣或不同Si/Al比的煤渣在不同煅烧温度下的脱碱反应速率常数,得出最佳的煅烧脱碱时间,为“煤催化气化-煅烧脱碱“集成式工艺工业应用提供基础数据.     

快速热裂解半焦作为粉煤锅炉及气化燃料的研究

用微分固定床反应器研究了云南先锋褐煤快速热裂解半焦和原煤的氧化和水蒸汽气化反应动力学,获得了动力学参数,并对动力学规律进行了讨论。还采用TG技术和自行设计的颗粒下落管式燃烧炉进一步探索了这种半焦作为粉煤锅炉燃料的可行性。     

TPR研究载Fe半焦的CO2气化行为

采用溶液浸渍法，将Ｆｅ＾３＋离子担载到扎赉诺尔脱灰煤上，并制成了８００℃半伙，ｅ＾３＋变成不原类Ｆｅ＾０，以扎赉诺尔脱灰煤半焦为原料，在热天平上，运用程序升温反应进行了ＣＯ２气化研究。从ＤＴＧ曲线上考察了Ｆｅ在煤气化过程中中的催化行为，以及升温速率对催化反应历程的影响，提出了在Ｆｅ在煤气过程中的催化作用模型。     

载铈白云石基黏土陶催化松木气化研究

以白云石为主要骨料,采用粉末烧结一步法制备黏土陶载体,经浸渍负载稀土Ce后煅烧,制得新型载铈白云石基(Ce-Dol)黏土陶催化剂,用于松木棒为原料的生物质催化气化实验,实验系统采用自行建设的两段式气化炉。研究不同载Ce量、不同气化温度及水蒸气流量条件下Ce-Dol黏土陶催化剂的催化气化性能,并确定最优工况。研究结果表明,白云石基黏土陶载铈后可有效提高催化活性,使气化产物中部分官能团伸缩振动峰吸光度降低,有效促进焦油的二次裂解,提高生物质气化气品质。保持其他工况不变,载Ce量为6%时,气化产物中H₂体积分数最高,为32.43%;随着气化温度的升高,焦油中脂肪族羧酸、酮类化合物逐渐分解成小分子(如CO、CO₂等)化合物,H2整体呈上升趋势,900℃时达到最高值;气化过程中适量的水蒸气可以有效促进水煤气反应的正向进行,流量为4 mL/min时,H₂体积分数为37.37%。     

气固载流过程流体力学的研究

本文采用不同粒度及形状的固体颗粒(如海砂、河砂、铁砂及黄米等)在内径56mm、高10m 的载流管中进行了气固载汽过程流体力学的研究。提出用偏差系数K(同体积同重度园球颗粒的自由落下终端速度u 与非球体颗粒的自由落下终端速度u_t 之比)修正现用的园球单颗粒的曳力系数C_D_0与雷诺准数Re_0的经验式,使之用于归纳非球体颗粒的实验数据,得到了满意的结果。u_t 则用放射性同位素法测定。在Hariu 压降分布公式的基础上,本文分别提出了考虑固体颗粒与管壁、固体颗粒彼此之间的摩擦在内的固体颗粒摩擦压降,以及由于颗粒旋转运动而引起的气体涡流压降的计算式。并用电子模拟计算机求解在加速段及等速段的颗粒运动方程及能量方式,以得到沿管高的颗粒速度及压降。计算结果与实验测定值甚为吻合。并在此基础上模拟计算了各操作参数对管压降及颗粒速度等的影响规律。最后以一个统一的经验式归纳了本文和Hariu 对砂子的实验数据,说明在气固载流过程中,管径对固体颗粒的摩擦压降影响甚小。     

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。     

生物质半焦/铜基载氧体气化反应特性研究

通过吉布斯自由能最小化法对生物质半焦与载氧体CuO之间的反应进行热力学计算,研究温度、载氧体量及压力对生物质半焦化学链气化的影响。同时采用热重分析及扫描电镜等技术手段对生物质半焦/载氧体CuO的反应特性进行了实验研究。结果表明,载氧体CuO能有效促进生物质半焦的气化,随着反应温度的升高,生物质半焦气化效率提高,但当温度超过750℃,CuO载氧体开始出现烧结现象;其半焦/载氧体CuO的化学链气化最佳质量比为1∶6。研究也发现,反应压力的增加对生物质半焦的化学链气化有一定的抑制作用。     

Cu-橄榄石载氧体煤焦化学链气化实验研究

用浸渍法以橄榄石为载体负载CuO制备了Cu-橄榄石载氧体,并在固定床上开展了载氧体存在下煤焦的水蒸气气化实验。结果表明,提高气化温度和水碳物质的量比可以提高煤焦气化的碳转化率和合成气产率;增加载氧体CuO负载量和载氧体/煤焦质量比能提高碳转化率和水转化率,但会消耗产气中的合成气,导致合成气产率降低。高温再生后载氧体依然能保持活性,表明橄榄石载体抑制了Cu/CuO的烧结。载氧体经950℃再生八次后用于煤焦气化,实现碳转化率42.3%,水转化率57.3%,合成气产率2.12L/(g·h)。     

载镧白云石催化剂对松木催化气化性能的研究

为增强白云石的催化效果,以La(NO3)3为助剂,采用浸渍法对白云石进行改性研制La/Dol催化剂,通过BET、SEM、XRD对其进行了表征.以松木燃料棒为生物质原料,La/Dol为重整催化剂,采用自制的两段式生物质气化重整试验炉对比分析了不同气化温度、不同载La量催化剂对松木屑催化气化结果的影响.结果表明,少量的La...     

水冷壁气流床气化炉灰渣结构分析

在管式电炉还原性气氛下,对煤灰进行1 300℃和1 400℃的高温热处理。同时,在小型膜式水冷壁气流床气化炉热模装置中进行煤气化实验。利用XRD、SEM和EDS等方法,考察了热处理后灰渣与煤气化所得炉渣的表面形态、内部微观结构、矿物组成等结构特性,并对管式电炉内进行灰渣热处理实验的可行性进行评估。结果表明,热处理温度和灰渣流动温度对灰渣的结构具有重大影响,热处理温度高于灰渣流动温度约10℃时,灰渣中含有大量矿物晶体且表面形态粗糙,内部微观结构凹凸不平,灰渣难于流动;热处理温度高于灰渣流动温度约100℃时,渣中大部分矿物晶体已变成无定形的玻璃体物质,灰渣表面及内部微观结构变得光滑均匀。采用管式电炉模拟气化炉内灰渣氛围,研究气化炉操作温度对灰渣结构的影响,具有一定的可行性。     

填充床介质阻挡放电脱除气化燃气中苯的研究

以生物质气化焦油典型组分--苯作为模型物,采用填充床介质阻挡放电（DBD）对气化燃气氛围中的苯进行脱除。考察了燃气组成、填充物种类、反应温度及催化剂还原方式对苯脱除的影响。结果表明,反应温度200 ℃时,空气气化燃气与水蒸气气化燃气氛围内的苯脱除率比较接近,但燃气中存在少量O₂会导致脱除率明显下降。并且,提高放电能量密度,使用高介电常数、高比表面积及孔容积的填充物能提高苯脱除率。采用传统还原和等离子体还原两种方式分别制得Ni/γ-Al₂O₃（C）、Ni/γ-Al₂O₃（P）催化剂,以Ni/γ-Al₂O₃（C）为DBD填充物,反应温度在230-330 ℃时,苯脱除率随温度升高而下降,330 ℃时达到最低脱除率11.6%;温度高于330 ℃,苯脱除率随温度急剧上升且在430 ℃达到最大值85.4%。等离子体还原可制得大比表面积及高分散性的Ni/γ-Al₂O₃（P）,其苯脱除率随温度变化的趋势与Ni/γ-Al₂O₃（C）一致,但在430 ℃时达到更高的脱除率90.0%。苯脱除过程中燃气的甲烷化可提高出口燃气中CH₄浓度,但燃气的热值略有下降。