恒温条件下DAEM模型新型理论分析及其应用

本文给出了恒温条件下DAEM模型的最新理论阐述，得出了反应过程中活化能的解析表达式，并给出了得到反应过程中活化能变化曲线的具体步骤。对两种中国煤的气化行为进行的解析结果表明，该方法能够很好地反映气化过程中活化能的变化情况，解析结果能够与常规气化动力学的解析结果吻合。     

流化床中生物质热解气化的模型研究

对水蒸汽和氮气流化条件下，流化床内生物质热解气化生成的纯煤气产率及低位热值随反应温度的变化特性进行了研究。在五种生物质原料实验数据的基础上，进一步研究了流化床内生物质热解气化生成气体产物的反应动力学模型，得到了纯煤气产率和热值的计算公式，并推荐了循环流化床条件下生物质热解的计算方法。     

二组分混合物的最小流化特性：II.混合物平均物性与最小流化速度

理论上引入二组分完全混合时的平均物性概念，并给出确定混合物最小流化速度的合理步骤。根据混合物最小流化速度随组成的指数性变化规律，推荐出对工程设计很有价值的经验关联式。     

压力下流化床流动特性的实验研究

利用摄像技术在φ60mm×800mm压力为0.1MPa～1.5MPa的冷模加压流化床实验装置上, 对两种不同粒径颗粒的最小流化速度和床层膨胀高度进行了研究。研究结果表明,大粒径聚苯乙烯颗粒的Umf与p-0.3成比例,小粒径石英砂的Umf与p-0.21成比例,并根据实验值拟合出压力下最小流化速度公式为: Umf=μdp ρg｛［(34.15)2+0.05916×dp3 ρg( ρs- ρg)gμ2］12-34.15｝ 床层膨胀高度随气速的增大而不断增高,在相同U Umf下床层膨胀高度随压力的增大而增高,在大于0.7MPa时,压力对膨胀高度的影响减弱。对于聚苯乙烯颗粒,相同的H/Hmf下,U Umf随压力的增大而逐渐减小,当H/Hmf＝1.4～1.6时,U Umf与p-0.52～p-0.58成比例。     

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。     

加压流化床流化性质的实验与模拟研究

在二维射流流化床装置中,考察了压力对颗粒和气泡运动的影响规律.通过使用摄像技术详细的记录了压力下气泡的行为,并对其进行了分析,由此解决了较高压力下测量流态化性质较为困难的问题.数值研究通过CFD双欧拉模型模拟了带有V形分布器和中心射流的二维流化床内压力对气泡大小、床的膨胀率和射流深度的影响.实验和理论结果表明,在加压状态下,射流气速和分布板气速对气泡的产生、大小及形状有不同的影响.在较高的操作压力下,射流气速增加,气泡变长;分布器气速增大,气泡则变大;射流高度随着分布器气速的增加而降低.模拟结果与实验数据吻合较好,由此该模型为研究较高操作压力下射流流化床流化性质提供了有利的工具.     

重油残渣与不同煤阶煤共热解/气化实验研究

采用快速热解固定床在恒温热解条件下研究了不同混合比例不同煤阶煤与重油残渣共热解焦的形貌和焦产率的规律,进而在热重分析仪上采用非等温气化方法研究了煤焦、重油残渣焦及混合焦的气化反应性。结果表明,煤与重油残渣共热解焦有明显的结块现象,但焦产率与理论值一致,表明共热解过程中两者没有相互作用。重油残渣焦的气化反应性较褐煤和烟煤的低,比无烟煤活性略高,重油残渣与褐煤和烟煤混合焦气化反应速率比计算值高,表明气化过程有促进作用存在,进一步分析表明,煤中的矿物质如Ca、Fe,对重油残渣气化有一定的催化作用。     

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。     

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。     

准东高碱煤气化过程中碱金属迁移与结渣特性实验研究

利用循环流化床对天池木垒高碱煤进行了气化实验研究,获得了天池木垒高碱煤在循环流化床上的结渣特性及碱金属迁移规律,并对实验中出现的床内颗粒聚团现象进行了分析。结果表明,不同存在形态的碱金属在煤气化过程中的迁移规律不同,水溶钠和醋酸铵溶钠在煤气化过程中以气态形式析出,不溶钠主要存在半焦中;随着气化温度升高,底渣和煤气中钠含量增加,飞灰中钠含量减少;尾部管道温度降低过程中,煤气中钠的冷凝速率明显高于钾;天池木垒高碱煤气化过程中容易引起床内颗粒聚团,床温越高,颗粒聚团现象越明显,床温波动越大;碱金属与灰分中矿物成分及床料中SiO₂反应生成黏性低温共熔物是导致颗粒聚团的关键。     

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。     

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。     

煤在热载体流化床中的热解模型

煤粒在热载体流化床中的热解规律对于设计煤气、热、电三联产的关键装置－热载体流化床干馏炉是十分重要的。本文建立了煤粒在热载体流化床中的传热和热解反应的微分方程，并对其进行了数值求解，得到了煤粒度、热载体流化床操作速度、热载体流化床床层温度、热载体颗粒粒径等对煤气产率的影响规律，为热载体流化床干馏炉的设计提供了计算方法和理论依据。     

生物质在流化床中的空气-水蒸气气化研究

以流化床为反应器，对生物质的空气-水蒸气气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量，如温度 (700 ℃～900 ℃)、水蒸气/生物质比(0～4.04)、空气当量比(0.19～0.27)以及生物质粒度(0.2 mm～0.9 mm)等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内，生物质产气率在1.43 m3/kg～2.57 m3/kg范围内变化，产气的低热值在6 741 kJ/m3～9 143 kJ/m3范围内变化。实验结果表明：较高的气化温度有利于氢的产生；但气化温度过高会使气体热值下降；与常规的空气气化相比，水蒸气的加入使生物质气化产气率显著提高，但水蒸气加入量过多使气化温度下降，产气率和产气热值降低；生物质颗粒粒度的大小对产气组分的分布和产气率均有影响，较小颗粒的生物质会产生较多的CH4、CO和较少的CO2。     

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。     

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。     

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。