基于NiO载氧体的煤化学链燃烧实验

采用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了以NiO为载氧体在800～960℃内的煤化学链燃烧反应特性。实验结果表明,载氧体与煤气化产物在反应器温度高于900℃体现了高的反应活性。随着流化床反应器温度的提高,气体产物中CO₂的体积浓度(干基)呈单调递增;CO、H₂、CH₄的体积浓度(干基)呈单调递减;煤中碳转化为CO₂的比率逐渐递增,碳的残余率逐渐递减。反应器出口气体CO₂、CO、H₂、CH₄的生成率随反应时间呈单峰特性,H₂生成率的峰值远小于CO的峰值;且随反应器温度升高,CO₂生成率升高,CO、H₂、CH₄的生成率降低。反应温度高于900℃时,流化床反应器NiO载氧体煤化学链燃烧在9 min之内就基本完成,CO₂含量高于92%。     

生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡分析

通过高压吸收法可以将生物质超临界水气化制氢的气体产物中的CO₂与H₂分离.基于修正的UNIFAC模型、SRK状态方程以及MHV2混合规则，建立了生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡的计算模型，讨论了CO₂与H₂分离过程中压力和温度等参数对分离效果的影响.计算结果表明：随着分离器中压力的升高，气相产物中H2的摩尔分数增加，CO₂摩尔分数迅速下降，气相中H₂的收率不断降低；随着温度升高，气相产物中H₂的摩尔分数减小，CO₂摩尔分数上升，气相中H₂的收率增加；然而，高压吸收的方法不能将气体产物中的CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆与H₂分离.     

苯酚低温催化水蒸气重整制氢

以Raney Ni为催化剂,在温和条件下(523～723 K)实现了苯酚催化水蒸气重整制氢反应。研究表明,反应温度、液体空速和原料浓度等反应条件是影响苯酚转化率和H₂选择性的重要因素,较高的反应温度和较低的液体空速有利于提高苯酚转化率,但不利于提高H₂选择性。对比苯酚水相重整制氢过程发现,尽管水蒸气重整反应温度相对较高,且需要汽化原料使反应在气相中进行,但该过程具有比水相重整更高的H₂选择性(93%～100%)。此外,Raney Ni催化剂上苯酚水蒸气重整反应与现有的文献结果比较还具有反应条件温和、催化剂稳定性好(60h)以及CO含量低(CO/CO₂摩尔比为0.01～0.2)等优点。将该技术应用于工业含酚有机废水的资源化处理制备的H₂可以直接作为氢源使用。     

滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性

在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究,考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比（气焦比）对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃,气焦比分别为0.4：1、0.6：1和1：1。研究发现：滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H₂含量最高,CH₄含量最低。不同煤阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升高,神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H₂和CO产率不断增大,H₂/CO的比值则逐渐减小,碳转化率有不断增加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下,当气焦比从0.4：1增至0.6：1,神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化幅度不大（5%以内）;当气焦比从0.6：1增至1：1,北宿煤焦的碳转化率略微降低,而神府煤焦的碳转化率增幅则在15%以上。     

生物质气催化合成甲醇的热力学分析

由生物质气合成甲醇是一复杂反应系统,本文计算了其中各个反应的反应热和平衡常数与温度的关系.并以CO 21.5%、CO₂ 22.8%、H₂ 52.5%、N₂ 3.2%的气体模拟生物质气,用平衡常数法计算了在473.15～553.15 K、3～6 MPa下的平衡组成、碳的平衡转化率和所得甲醇的浓度.计算结果表明,这一体系中,主要是CO+H₂生成甲醇.低温和高压有利于提高碳的平衡转化率和甲醇的浓度.并用工业C306催化剂验证了上述规律的正确性.由于反应既受热力学控制,又受动力学控制,在3 MPa时碳的转化率在533.15 K时达到最大,接近平衡转化率.随压力升高,甲醇产率及液相产物中的浓度逐渐升高.     

基于Fluent的下吸式固定床气化炉工艺优化研究

为研究生物质固定床气化的影响因素,优化气化过程参数,利用Fluent软件对生物质气化过程进行模拟.结果 表明,炉膛内空气分布的均匀性和空气当量比对产气率和碳转化率有很大的影响.炉膛内气流分布均匀,有效地提高了产气热值、产气率和碳转化率.空气当量比的增大使气体热值、产气量和碳转化率先增大后减小.最佳空气当量比为0.18.     

生物质流化床气化过程的数值研究

利用Fluent软件对生物质气化过程进行了模拟。首先研究了反应初始温度对反应装置最终温度的影响,结果显示初始温度在500~800 K内对最终温度的影响不是很明显;其次研究了用二氧化碳与空气、水蒸气混合物共同作气化剂时对最终气化产物的影响,结果表明气化剂中加入二氧化碳会提高一氧化碳和氢气的生成量,但是需要较高的反应温度。     

移动床煤与天然气共气化制备合成气的工艺技术

煤与天然气共气化是基于天然气蒸汽转化和煤气化工艺耦合的一种新工艺.阐述了煤与天然气共气化制合成气的技术原理.实验研究表明合成气最佳出口温度为1000 ℃,氧气、水蒸气和天然气在同一位置进入反应器能有效降低火焰区温度;理论计算得到的合成气有效气体浓度（CO+H₂）大于95%.实验研究和理论计算结果都表明,煤与天然气共气化可以直接得到H₂/CO在1.0～1.5之间可以调节的合成气.     

松木屑在氧气-水蒸气-二氧化碳氛围下的气化模拟研究

以氧气-水蒸气-二氧化碳作为气化介质,松木屑为原料,采用Aspen Plus软件,结合自建模型,对生物质气化进行了模拟研究。首先,利用文献中的数据对模型进行了验证,模拟结果与文献中的数据基本吻合,证明了该模型的正确性。接着,考察了气化温度、氧气用量（c_ER）、水蒸气与生物质质量比（m_S/m_B）、二氧化碳与生物质质量比（m_CO2/m_B）对产气组成、气体热值、气体产率、气化效率和产气氢碳比（n_H2/n_CO）的影响。结果表明：在850℃、101.325kPa、c_ER=0.2、m_S/m_B=1、m_CO2/m_B=0.6的条件下,气化产物特性为气体热值7.45MJ/m³、气体产率1.78m³/kg、气化效率73.3%、氢碳比1.79。适当提高气化温度有利于气化。c_ER的增大使气体热值、产率和气化效率均迅速降低;但对产气中氢碳比的影响较小。此外,气化剂中水蒸气的适量增加有利于氢气的产生并能明显提高其体积分数,二氧化碳的适量增加有利于一氧化碳的产生并能在一定程度上提高其体积分数,二者均能有效调节产气的氢碳比。     

简化PDF模型对Texaco气化炉的三维数值模拟

应用商业CFD软件Fluent建立气化过程热态模型，对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行了三维数值模拟。计算中采用简化PDF模型描述炉内的化学反应，将水煤浆看作燃料流，氧气看作氧化剂流;根据对冷态流场的计算，采用六面体结构网格为主的网格划分;Realizable k-ε湍流模型封闭湍流方程;dpm模型考察气体和颗粒相耦合;随机轨道模型对颗粒相进行追踪，P-1辐射模型计算炉内辐射特性;同时编制UDF函数模拟焦炭和O₂、H₂O、CO₂以及H₂的颗粒异相反应。通过与工业数据的对比，证明该模型能够真实反应气化炉内的物理特性，同时表明工业炉内的同相反应基本达到化学平衡。     

流化床作为生物质气化反应器试验研究

在流化床生物质气化炉内 ,用空气进行气化生物质 (花生壳 )的试验研究 ,分析的参数是当量比ER 0 .2— 0 .4 5 ,气化床的温度 75 0— 85 0℃和加入二次风。当ER在 0 .2 5— 0 .33,气化燃气热值为 6 .2— 6 .8MJ/m3 ,气体产量在 2 6 0— 390m3 /h ,生物质燃烧时比气化产量在 1.2 8— 2 .0 3m3 /kg之间 ,炭转化率在 5 3%— 80 %。并对 7种农、林废弃物进行了初步气化试验研究 ,生成的燃气体积分数 :CO为 14 %— 18% ,H2 一般低于 6 % ,甲烷 4 %— 12 %。燃气热值在 4 70 0— 710 0kJ/m3 。试验结果表明 ,在流化床生物质气化炉中 ,通过在悬浮空间加入二次风 ,可使燃气热值得到提高。     

Numerical simulation of 3D fluidized bed biomass gasification based on CPFD

Based on computational particle fluid dynamics (CPFD), a three-dimensional bubbling fluidized bed steam-air mixed gasification numerical model was established, and it was verified with experiment trials. The results show that the simulation and experiment have good consistency. Based on the model, the gas distribution and temperature distribution in the gasifier were studied; meanwhile, the biomass properties (particle size, water content, types) and operating conditions (gasification temperature, bed height) were investigated. The results show that there is an optimal value for the impact of biomass particle size on gasification performance, with an average particle size of 0.6 mm being the best; a higher water content will reduce the output of combustible gas and is not conducive to the gasification reaction. Among the four types of biomass, sawdust gasification has the highest efficiency, the largest combustible gas production, and the highest gas calorific value. Rice husk is second only to sawdust but its carbon conversion rate is higher than that of sawdust; increasing the gasification temperature can increase the proportion of combustible gas and increase gasification efficiency; while the change of initial bed height can change the ratio of H₂/CO. This experiment provides a theoretical reference for biomass steam/air gasification, which is helpful for the selection and processing of biomass raw materials, and also facilitates the amplification and optimization of the gasifier.     

基于CPFD方法的流化床生物质气化数值模拟

基于计算颗粒流体动力学（CPFD）建立了三维鼓泡流化床水蒸气-空气混合气化的数值模型,并进行了模型验证,结果表明模拟和实验具有良好的一致性。在该模型的基础上,研究了气化炉内气体分布以及温度分布;同时探究了生物质属性（颗粒粒径、含水率、种类）以及操作条件（气化温度、床料高度）对气化特性的影响。结果表明,生物质颗粒粒径对气化性能的影响存在一个最优值,平均粒径为0.6 mm是最佳的;较高的含水率会降低可燃气体产量,不利于气化反应的进行;四种生物质中,锯末气化的效率最高、可燃气体产量最大、气体热值最高,稻壳仅次于锯末但其碳转化率高于锯末;提高气化温度可以增加可燃气体的比例、提高气化效率;而初始床层高度的变化可以改变H₂/CO的比例。本实验为生物质水蒸气/空气气化提供了理论参考,有助于生物质原料的选取和处理,也有助于气化炉的放大和优化。     

气流床粉煤气化性能模拟分析

基于Aspen Plus工作平台,运用Gibbs自由能最小化原理,对气流床粉煤气化过程进行了数值模拟,并对流程算法进行了改进。研究了氧煤比、蒸气煤比、压力及粉煤粒径对气化炉出口气体组成、温度、冷煤气效率、碳转化率及有效气产率的影响。结果表明：模拟值和实验值有良好的相似性;氧煤比对气化进程的影响较蒸汽煤比及其它操作条件更为显著;并确定了模拟煤种的最佳氧煤比是0．70～0．80kg／kg,气化炉出口CO＋H2的最大干基体积分数为96．48％,冷煤气效率最高为83．56％,最大有效气产率为1．74m^3／kg;氧煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度升高约40℃,而蒸汽煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度降低约8℃。     

感冒清热颗粒中药渣中试规模循环流化床气化实验

以感冒清热颗粒中药渣为原料,在双回路循环流化床中试设备中进行热解气化实验,研究原料含水率、原料粒径以及空气当量比ER对其气化特性的影响。结果表明：①随着原料含水率的提高,炉内平均温度降低,产生的燃气中焦油含量、CO2含量明显提高;CO含量、气体产率、碳转化率显著降低;H2含量、燃气热值以及气化效率均呈现先增大后减小的趋势。②原料粒径越小,反应炉内平均温度越高,燃气中焦油含量越低,燃气热值和气体产率越高,气化效率以及碳转化率越高;H2、CH4、CO、CnHm含量增加,CO2含量减少。③随着ER的增大,可燃气体尤其是CO的浓度不断降低,CO2含量不断增加;炉内平均温度、气体产率以及碳转化率均逐渐增大;燃气热值和燃气中焦油质量浓度逐渐减小;气化效率则呈现先增大后减小的变化趋势。④当原料含水量<9%、原料粒径<4mm以及ER在0.25~0.27时,气化效率较高,具有较好气化特性。     

废食用菌棒循环流化床气化试验

废菌棒是食用菌生产过程中产生的残余废弃物,其再利用对于资源节约与环境保护具有重要意义。本文采用循环流化床气化炉对废菌棒进行了气化试验,分别研究空气当量比、水蒸气配比对气化炉运行温度、气化燃气组分与热值、焦油含量、气化效率及碳转化率等气化特性的影响规律。结果表明：空气当量比由0.20增大至0.35时,循环流化床运行温度与碳转化率升高,气化燃气中的CO₂体积分数增大,CO与焦油含量及气化燃气热值下降,气化效率呈现先增大后减小的趋势;空气当量比为0.26时气化效率达到最大74.86%,此时燃气热值为5.59MJ/m³。以空气为主气化介质,采用水蒸气作为辅助气化剂,可以改善气化燃气品质,提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时,废菌棒具有较好的空气-水蒸气气化特性,燃气热值与气化效率分别达到最大值6.14MJ/m³与83.73%。     

Reasearch on the main factors for changes in pressure based on turbulent circulating fluidized bed coal gasification technology

High temperature preheated air and steam as gasifying agent and coal gasification was performed in a pressurized turbulent circulating fluidized bed (CFB) gasification pilot plant to investigate the pressurized gasification process and estimate its potential. Within the scope of this paper this test facility as well as its operation behavior was described. Furthermore, the parameter pressure has been investigated regarding its influence on the syngas composition and was presented and discussed in the following. The results show that the gasification quality is improved at higher pressure because of the better fluidization in the reactor. Coal gasification at a higher pressure shows advantages in lower heat value and carbon conversion. With the gasifier pressure increased from 0.1MPa to 0.3MPa, the gas heating value is increased by 15%. Increasing the gasifier pressure would increase the carbon conversion from 57.52% to 76.76%. Also, the dry gas yield and efficiency of cold gas increase little with the increase of the gasifier pressure. The operating parameter of pressure exists at optimum operating range for this specific CFB coal gasification process.     

The study of reactions influencing the biomass steam gasification process☆

Steam gasification studies were carried out in an atmospheric fluidised bed. The gasifier was operated over a temperature range of 700-900 °C whilst varying a steam/biomass ratio from 0.4 to 0.85 w/w. Three types of forestry biomass were studied: Pinus pinaster (softwood), Eucalyptus globulus and holm-oak (hardwood). The energy conversion, gas composition, higher heating value and gas yields were determined and correlated with temperature, steam/biomass ratio, and species of biomass used. The results obtained seemed to suggest that the operating conditions were optimised for a gasification temperature around 830 °C and a steam/biomass ratio of 0.6-0.7 w/w, because a gas richer in hydrogen and poorer in hydrocarbons and tars was produced. These conditions also favoured greater energy and carbon conversions, as well the gas yield. The main objective of the present work was to determine what reactions were dominant within the operation limits of experimental parameters studied and what was the effect of biomass type on the gasification process. As biomass wastes usually have a problem of availability because of seasonal variations, this work analysed the possibility of replacing one biomass species by another, without altering the gas quality obtained.     

城市污泥流化床中低温空气气化及重金属迁移特性

利用自行搭建的流化床热态实验装置，系统研究了污泥的中低温气化及重金属迁移特性。研究表明，对冷煤气效率和碳转化率影响最大的是气化温度，其次是空气当量比，而一二次风配比和流化数影响较弱。污泥中低温气化的焦油产率较之高温气化明显增加。随着二次风占比和空气当量比的提高，焦油产率单调下降。气化温度由600℃升至850℃，冷煤气效率和碳转化率均呈升高趋势；空气当量比由0.2升至0.4，冷煤气效率呈先升高后下降的趋势，在0.3时达到最大值，而碳转化率则呈单调升高趋势。随着气化温度的升高，污泥中重金属转移至产气、焦油及飞灰的迁移率升高。随着空气当量比的升高，Ni、Cu的迁移率降低，Cr升高，Cd、Zn、As和Pb等其他重金属的迁移率几乎不变。     

生物质空气气化过程的有效能分析

以空气为气化介质,选取松木、玉米秸秆、木屑为气化原料,运用ASPEN PLUS软件并结合Fortran编程对基于自热固定床反应器的生物质气化过程进行了模拟,探讨了空气当量比(ER)和生物质含水量对干气低位热值、气化炉温度、干气组成和气化有效能效率的影响. 结果表明,在生物质含水量一定时,随ER增加,干气低位热值降低,气化温度升高,干气中CO含量先增加后减少,H2含量降低,有效能效率先升高后降低;ER一定时,随生物质含水量增加,干气低位热值降低,气化温度先降低后升高,干气中CO含量降低,H2含量先升高后降低;当松木、玉米秸秆、木屑的含水量为20%(w)、ER分别取0.25, 0.2和0.15时,最大有效能效率分别为61.67%, 60.23%和54.98%.