高灰熔点煤气化特性及灰渣熔融特性的研究

在0.1-0.2 kg/h小型电加热式常压气流床气化装置上,研究了不同温度、不同O/C物质的量比对高灰熔点煤气化特性和煤灰熔融特性的影响.结果表明：在不同温度下,随着O/C物质的量比增加,CO2体积分数呈线性增加.当O/C物质的量比较低时,H2和CH4体积分数较高;随着O/C物质的量比的增加,合成气中H2和CH4的含量下降较快.在不同温度下,随着O/C物质的量比的增加,碳转化率增加;但当O/C物质的量比达到1.1时,进一步增大O/C物质的量比,则使得炉内煤焦及合成气中可燃气体（CO、H2、CH4等）的燃烧份额增加,从而导致冷煤气效率下降;在该文试验条件下的最佳O/C物质的量比为0.9-1.1.对于淮南高灰熔点煤,该试验条件下适合干排渣工艺的最佳气化温度为1 300-1 350℃.     

高灰熔点煤加压气流床气化特性

在25 kg/h规模的沉降式加压气流床气化实验装置上,研究了高灰熔点煤种在固态排渣温度范围内的气化特性及灰渣熔融特性.结果表明,气化温度、碳转化率均随O/C物质的量比的增加而增加,冷煤气效率则随O/C物质的量比的增加旱现先增大后减小的变换规律;本实验条件下,最佳O/C物质的量比在1.0～1.2之间,此时冷煤气效率达最大值(42%左右),相应碳转化率为90%;对最佳工况下气化炉底部、旋风分离器和布袋除尘器内的灰渣进行SEM分析表明,该工况下气化炉底部、旋风分离器内的灰渣在整体上仍以固态形式存在,只是有部分低熔融成分发生熔融,其熔融部分的粒径在数微米左右,而布袋除尘器内的灰渣没有发生熔融现象.     

高温加压气流床内生物质气化特性的实验研究

在15～20 kg/h规模的沉降式加压气化实验装置上,实验研究了高温条件下,不同O/C摩尔比对生物质气化特性的影响,并根据实验气化炉的边界条件,建立了相应的气化模型.模型计算结果与实验结果吻合较好,模型能够很好的预测气化参数对生物质气流床气化特性的影响.研究结果袁明:在气化还原反应区,高温有利于气化反应向吸热方向进行;O/C比在1.0～2.0范围内,随O/C比的增加,CO、H2均呈现先增加后减小的趋势,可燃气体成分(CH4 H2 CO)占总合成气的50%左右;部分燃烧反应区温度在1600 K以上时,碳转化率大于90%,冷煤气效率达到50%左右.     

生物质气流床气化制取合成气的试验研究

利用一套小型生物质层流气流床气化系统,研究了稻壳、红松、水曲柳和樟木松4种生物质在不同反应温度、氧气/生物质比率(O/B)、水蒸汽/生物质比率(S/B)以及停留时间下对合成气成分、碳转化率、H2/CO以及CO/CO2比率的影响.研究表明4种生物质在常压气流床气化生成合成气最佳O/B范围为0.2～0.3(气化温度.1300℃),高温气化时合成气中CH4含量很低,停留时间为1.6s时其气化反应基本完毕.加大水蒸汽含量可增加H2/CO比率,在S/B为0.8时H2/CO比率都在1以上,但水蒸汽的过多引入会影响煤气产率.气化温度是生物质气流床气化最重要的影响因素之一.     

基于旋风渣膜气化炉的潞安烟煤煤气化特性实验研究

气流床气化技术是当前主流的煤气化技术,而已有的气流床气化炉一般采用悬浮气化,气化强度难以继续提高.通过在自主设计的旋风渣膜气化炉实验系统上,对潞安烟煤的旋风渣膜气化特性进行了实验研究,主要研究了运行负荷、蒸汽煤比对气化炉的气化温度、冷煤气效率、碳转化率等气化特性参数的影响规律.实验结果表明:潞安烟煤在旋风渣膜气化炉中具...     

基于ASPEN PLUS模拟生物质气流床气化工艺过程

基于ASPEN PLUS模拟平台,对热解后半焦气化与生物质原料直接气化分别进行了模拟计算,得出如下结论:热解方法作为生物质气流床气化工艺的前处理手段是可行的。热解终温为300℃时对气流床气化是最合适的;O/C摩尔比在0.9～1.1之间比较合适;气化温度和碳转化率随着O/C摩尔比的增加而升高;对于300℃半焦进行气化,空气温度预热到550℃比较合适,气化温度可达到1056℃,煤气热值可达到5958kJ/Nm~3,碳转化率也可达到99.59%。     

污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

氮气流量对稻草热解半焦性能的影响

慢速热解方法作为生物质气流床气化的前处理工艺,可以解决生物质在气流床气化过程中能量密度低、物料输送难度大及焦油含量高等问题,也可以提高气化合成气的热值.在热解过程中改变氮气流量,考察反应过程的固体产率、能量产率、半焦热值及半焦中碳、氧元素含量的变化结果.研究表明:当氮气流量为0.006m3/h时,固体产率和能量产率最高;当氮气流量为0.16 m3/h时,半焦热值和半焦中碳元素含量的增加量最大,但从整个生物质气流床气化工艺考虑,氮气流量应采用0.006 m3/h.     

煤质对水煤浆气化性能的影响研究

煤质与气流床气化炉的匹配性至关重要,其不但影响气化炉的运行条件,也影响气化性能。本文选择了10种来自新疆和陕西北部的煤样进行了工业分析、元素分析、灰组成分析、灰熔点分析以及成浆性测试,并筛选出适合水煤浆气化的煤样。同时借助Aspen Plus软件对适合水煤浆气化的煤样在相同的煤浆浓度、碳转化率及操作压力条件下开展煤质对水煤浆气化性能影响的模拟分析。结果表明煤中灰含量越高,冷煤气效率和有效气含量越低,比氧耗和比煤耗越高;煤中O/C质量比和H/C质量比的增加也会导致冷煤气效率和有效气含量降低,比氧耗和比煤耗增加。因此从水煤浆气化经济性考虑,建议水煤浆气化煤质灰含量小于9.0wt%,煤中O/C质量比小于0.173,H/C质量比小于0.065。     

不同气化剂下海藻粉在气流床下气化特性试验研究

为考察O2/水蒸气和O2/CO2作为气化剂对海藻粉气化特性的影响,在自制的小型生物质气流床气化炉上开展海藻粉在气流床下气化特性试验研究。当氧气/生物质比（O/B）为0.3、气化温度为1200℃时,不同水蒸气/生物质比（S/B=0～1.2）对合成气组成有较大影响,其中H2产量的上升趋势最为明显,S/B=1.2时比单纯氧气气化提高了81.4%。而在O2/CO2气化条件下,由生物质产生的CO2随二氧化碳/生物质比（CO2/B）的增加而下降,当CO2/B=0.9时,H2、CO的产量分别比单纯氧气气化提高了33.9%和75.8%,热值由5521 kJ/m3上升至8576 kJ/m3。结果表明,如果以提高热值为制取合成气的目标时,添加CO2在一定范围内可以达到水蒸气的效果,同时降低了系统能耗及简化了气化设备。     

生物质快速热解及水蒸气气化实验研究

对生物质气流床气化过程进行了小型台架实验研究,建立生物质气流床气化小型实验台架,进行生物质快速热解和水蒸气气化的实验,实验表明:温度提高有利于提高产品气的产率、气化过程的碳转化率和气化效率,但温度过高会促进CH_4的重整反应、水气变化反应、降低CO、甲烷含量,从而影响产品气热值。粒径对气化结果有着一定影响,粒径对气化结果的影响主要体现在固相内部升温速率和最终温度上,粒径越小,颗粒升温越快,能达到的最终温度越高。水蒸气气化过程中,适当的水蒸气的通入能大量提高产气中的H_2、CO的占比,提高碳转化率和H_2/CO的比值,碳转化率在S/B比为1.4时达到最大值96%,此时气化效率也高达94%,水蒸气的通入过量会导致炉内温度下降,各项评价指标均开始下降,降低燃气品质。     

煤颗粒在一定温度和压力下的气化动力学过程模拟

IGCC技术是洁净煤技术的重要方向,气流床气化炉是IGCC的重要设备之一。对气流床气化炉数学模型的研究是突破气化炉核心技术的关键所在,通过对从一种简化的气流床气化炉动力学模型人手,建立起气化炉中C、O_2以及合成气主要成分和炉内停留时间关系的动力学模型。在已知入口参数的条件下,以预测气化炉出口合成气成分、流量、碳转化率等参数,计算结果和相关学者的论文研究结果相符。通过建立气化炉动力学模型,得出气化炉中C、O_2和合成气主要成分随炉内停留时间的变化关系。     

木屑旋风空气分级气化试验研究

基于生物质空气气化机理,结合气流床气化工艺的优点,参考旋风分离器的设计原理,提出了生物质旋风空气分级气化工艺.对不同的位置加入二次风和改变二次风率进行了试验研究.研究结果表明,分级气化能够改善燃气品质.在还原区加入二次风有利于提高燃气热值和气化效率,在氧化区加入二次风有利于减少燃气中焦油的含量.燃气热值、气体产率、气化效率和碳转化率随着二次风率的增加而增加.     

生物质油气化制取合成气模拟研究

基于Aspen~(plus)建立生物质油纯氧气流床气化工艺模型,通过灵敏度分析初步探讨工艺条件、不同氧含量和生物质油等参数对气化结果的影响,并对不同气化介质的气化结果进行比较。模拟研究表明:氧气当量系数ER约为0.37,气化温度可达约1280℃,生物质油纯氧气化有效气成分可达约90%。在无外部供氧条件下,合成气的CH_4含量过高;随O_2在空气中比例降低,CH_4含量成倍上升;水蒸气的加入有利于抑制CH_4生成。     

木屑炭水蒸气催化气化制取合成气研究

以木屑炭为原料,K2CO3作为催化剂,以固定床气化炉为实验设备,进行水蒸气催化气化木屑炭的探究。考察木屑炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H2/CO比值随K2CO3催化剂质量分数(0~8%)、水蒸气流量(0.15~0.35 g/(min·g))、气化温度(800~950℃)变化的规律。实验结果表明:K2CO3催化剂可显著提升碳转化率及产氢率,K2CO3质量分数为8%时,碳转化率和产氢率分别达到86.3%和125.6 g/kg,同时合成气中CO体积分数显著增加,H2/CO比值降至2.43。增加水蒸气流量,合成气中H2含量显著增大,H2/CO比值随之增大。温度可有效促进炭气化过程,950℃时碳转化率和产氢率分别达到84.3%和127.1 g/kg,但合成气中CO体积分数增大,H2/CO比值降至2.48。实验得到H2/CO比值在2.43~5.16范围的合成气。气化反应温度在900℃、水蒸气0.2 g/(min·g)、K2CO3质量分数3%时,碳转化率可达80.4%,产氢率109.6 g/kg,合成气中(H2+CO)体积分数82.4%,同时H2/CO比值高达3.05。     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

中型流化床中的生物质气化实验研究

以空气为气化介质,在中型流化床反应器上进行了生物质(木屑)气化实验研究。考察了当量比ER(0.20～0.34)、气化温度(670～820℃)对气化结果的影响,初步探讨加入二次风对气化的影响。在实验研究的条件范围内,煤气热值在5650～6665kJ/m3范围内变化,生物质产气率在1.51～2.26m3/kg之间变化,碳转化率在74.3%～90.8%之间变化,气化效率达到61.8%～78.1%;加入适量二次风可以提高气化效率和碳转化率,减少焦油含量。实验结果表明:此流化床气化炉当气化温度在720～770℃之间,当量比ER在0.24～0.28之间时,气化效果最好,此时煤气热值可达到6400～6600kJ/m3,产气率为1.75～1.95m3/kg,碳转化率为83%～89%,气化效率高达71%以上。     

CO_2生物质气化的数值模拟研究

基于计算颗粒流体力学探究三维鼓泡流化床气化炉中CO_2部分或完全替代水蒸气作为气化剂、CO_2与生物质的比例及其在气化剂中的比例以及CO_2代替惰性气体作为播料风对生物质气化特性的影响。结果表明:用CO_2替代水蒸气不能有效改善气化特性,替代比例从0%增长到100%,气化效率随之降低,碳转化率略微增加,合成气低位热值也从0%CO_2的3.94 MJ/m3降低到100%CO_2的3.54 MJ/m3;在CO_2混合空气气化时,为保证合成气低位热值以及气化效率,CO_2在气化剂中应占比60%以上,且CO_2与生物质的比例不宜超过0.6;CO_2作流化风或播料风有益于生物质气化,播料风换成CO_2后低位热值、气化效率以及碳转化率分别增加0.25%、0.58%、0.18%。CO_2作气化剂对CO_2的循环利用和净排放具有积极影响,同时也为生物质气化与CO_2捕集相结合提供一种有益方法,有助于生物质气化炉的设计和运行。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

木屑高温水蒸气气化制备合成气研究

在常压固定床反应器中进行木屑高温水蒸气气化制取合成气研究。分别在750~1000℃温度和0.32~1.02g/min水蒸气流量下进行实验,反应时间为10 min。主要研究反应温度和水蒸气流量对碳转化率、合成气产率及合成气组分的影响。研究结果表明,木屑水蒸气气化具有很高的反应活性,合成气产率在0.81~1.74 L/g之间;反应温度和水蒸气流量对碳转化率和合成气热值及组分影响显著;在反应温度950℃,水蒸气流量0.67 g/min时,碳转化率达到最高值99.47%;合成气主要由H2、CO、CO2、CH4及少量CnHm组成,其中(H2+CO)比例达到63%~75%,合成气热值在10.5~11.5 MJ/m3之间,H2/CO比在1.0~2.3之间。