3MWth煤化学链燃烧装置的设计计算与分析

选用钛铁矿作为载氧体,对以煤为燃料的化学链燃烧系统的设计原理和方法进行了研究,并基于质量衡算、能量衡算、反应动力学和流态化理论编写了热力计算平台。利用该平台设计了额定热输入为3 MWth的煤化学链燃烧装置,获得了系统循环流率、气量分配、设备尺寸等结果;并研究了系统热量分配特性,发现该反应器能够实现自热运行。讨论了循环流率、钛铁矿转化率之差、过量空气系数和热输入对反应器装置自热运行的影响。结果表明,为保证化学链燃烧装置实现自热运行,系统的实际循环流率和热输入应分别大于4 kg/(s·MWth)和2.4 MWth,而过量空气系数应小于1.9。该工作为以煤为燃料的化学链燃烧示范装置的建造与运行奠定了基础。     

有机固体废弃物化学链气化技术研究进展

化学链气化技术(CLG,Chemical looping gasification)是基于化学链燃烧技术(CLC,Chemical looping combustion)发展而来的一种新颖的固体燃料气化技术.相较于常规气化技术,化学链气化技术省去了氧气制备、且不需要燃料燃烧来提供热量,具有合成气不被氮气稀释、焦油及N/...     

煤化学链气化制甲醇工艺模拟与技术经济分析

采用Aspen plus V8.4软件对常规煤气化制甲醇(1.7 Mt/a)和煤化学链气化制氢制甲醇(1.1 Mt/a)两种工艺技术进行了流程模拟,并以装置的单位甲醇的投资额和生产成本为指标,分析比较了其技术经济性.结果显示:常规煤气化制甲醇装置的单位甲醇总投资为2889.4元/t,甲醇生产成本为1647.4元/t;煤...     

生物质气化耦合化学链技术氨电联产系统的[火用]分析北大核心CSCD

目的基于化学链技术开发一种清洁高效的生物质制氨系统。方法综合考虑系统的自热操作、经济性和碳排放要求,对系统分别进行了热力学分析、经济评价和参数优化,重点探究了化工单元和动力单元的耦合。结果以生物质为原料实现了氨气和电的联产。当生物质进料量为1 kg/s时,得到如下优化结果:①热力学性能方面,氨产率为13.82 mol/s,能量效率为0.45,燃料能源节约率为12.16%;②经济性方面,制氨成本为0.461$/kg NH_(3);③环境方面,碳排放量为0.978 kg/kg NH_(3)。结论证实了该设计理念的可行性,为后续工业化化学链制氨工艺设计和优化提供理论依据。     

国产大直径双室双层浮动床在精制水系统中的应用

齐鲁石化公司烯烃厂第三套化学水处理装置是国内首次设计、制造和使用于脱盐系统的大直径（Φ３３００ｍｍ）的双室双层浮动床。该装置经过２００天的运行考核表明，各项指标完全达到设计值，开创了大直径双室双层浮动床国产化的成功实例。     

10MWth串行流化床煤化学链燃烧系统反应器设计

选用钛铁矿为载氧体、伊敏褐煤为燃料,基于质量平衡、能量平衡、反应动力学模型和流态化理论,开展了热输入功率为10 MWth的煤化学链燃烧反应器的热力计算,获得了自热条件下的反应器尺寸、热量平衡参数等数据。结果表明：空气反应器为快速流化床,床高为38.9 m,横截面积为1.64 m2,表观气速为4.74 m/s,平均载氧体循环流率为57.45 kg/s;燃料反应器为鼓泡流化床,床高为13.4 m,横截面积3.76 m2,表观气速为1.91 m/s,平均载氧体循环流率为56.66 kg/s。空气反应器中,载氧体放出大量的热,其中钛铁矿载氧体携带的显热为4732.63 kJ/kg,占总放热量的40.73%;在燃料反应器中,钛铁矿放出热量为4996.9 kJ/kg,气体吸收的热量占62.94%。该结果为以煤为燃料的化学链燃烧热态系统的设计建造提供了参考。     

油漆废渣化学链气化特性及动力学行为

为探究化学链气化技术处理油漆废渣的可行性,通过热重分析仪以及管式炉-在线质谱仪联用研究了以Fe₂O₃为载氧体的油漆废渣化学链气化特性及动力学行为。热重分析结果表明:随着Fe₂O₃掺混比例的增加,掺混Fe₂O₃的油漆废渣热解气化时的总体质量损失量会减少。在升温速率为40℃/min时,当油漆废渣中Fe₂O₃掺混比例(质量分数)分别为10%、30%、50%时,最大质量损失速率相应分别为-27.23%/min、-23.39%/min和-17.12%/min,低于未掺混Fe₂O₃的油漆废渣热解时的最大质量损失速率-27.56%/min;油漆废渣化学链气化平均活化能分别为192.31、204.81、166.98 kJ/mol,明显低于未掺混Fe₂O₃的油漆废渣热解时的平均活化能223.29 kJ/mol。管式炉-质谱联用分析结果表明:反应...     

修复植物化学链气化中重金属迁移热力学平衡分析

采用热力学平衡计算的方法,研究了富集重金属Cd、Pb、Zn的修复植物在热解/气化和化学链气化过程中重金属的形态分布和迁移变化规律,考察了不同气氛、温度和载氧体的影响。结果表明：铁矿石载氧体的化学链气化明显促进了3种重金属氧化物和碳酸盐的形成,对重金属的氯化物、氢化物和氢氧化物的气态挥发也具有促进作用。在以SiO2、Al2O3分别作为惰性载体的钙基(CaSO4)载氧体化学链气化中,3种重金属几乎都以硫化物生成,高温下的重金属挥发态大幅度减少,其中以SiO2作为载体时有利于PbS的形成;2种载氧体的惰性成分SiO2、Al2O3能与重金属反应生成更加稳定且不易挥发的重金属硅酸盐和铝酸盐,达到固化的效果。在水蒸气气氛下铁矿石载氧体化学链气化中,3种重金属熔融态的生成受到抑制,气态挥发物更加容易生成,其中固态PbO与PbSiO3含量明显增加;而钙基载氧体下水蒸气明显促进了3种重金属熔融态的形成,抑制了高温下重金属的气态挥发,其中Zn的铝酸盐和硅酸盐的生成得到明显促进。与热解/气化相比,化学链气化对重金属固化率有一定的优势,特别是钙基载氧体下的化学链气化。     

甲烷化学链燃烧技术中氧载体的研究进展

天然气在中国能源结构中的占比不断增加,其主要成分甲烷在燃烧过程中会产生大量CO和CO₂。甲烷化学链燃烧技术是CO₂捕集的重要技术之一,具有能量梯级利用、避免NO_x产生等优点,在提高能量利用率的同时可得到高纯度CO₂,有利于后续封存和转化利用,对我国“双碳”战略实施具有重要意义。影响化学链燃烧技术的主要因素是氧载体,因此氧载体的选择尤为重要。介绍了化学链燃烧技术的基本原理及特点,重点对以甲烷为燃料的化学链燃烧中的镍基、铜基、铁基、锰基、复合金属和非金属氧载体的研究进展进行了总结,发现氧载体的反应性能主要受其载氧能力、反应活性和抗烧结等性能的影响;同时对甲烷化学链燃烧技术中氧载体未来的发展前景进行了展望。     

1 MWth 煤化学链气化过程模拟

基于Aspen Plus建立了1 MWth煤化学链气化模型,探讨了气化过程中不同煤种(宁夏煤、新疆煤、云南煤)、不同载氧体(赤铁矿、锰矿)、温度、氧/碳摩尔比、压力、水蒸气/煤质量比对合成气组分的影响及实现系统自热平衡运行的条件。结果表明：在700~1200 ℃范围内,随着反应温度升高,3种煤合成气产率及冷煤气效率先增加后趋于平缓;水蒸气/煤质量比在0.5~1.5范围内增大、压力在0.1~3.0 MPa范围内增加都会使合成气产率降低;随氧/碳摩尔比在0.1~1.7范围内增大,合成气产率显著降低,系统由外部供热变为向外放热;当系统实现自热平衡运行时,赤铁矿和天然锰矿载氧体的氧/碳摩尔比分别为1.1和1.5;在保证反应速率和经济成本的前提下,优先选择天然锰矿石作为载氧体。     

铜/铁复合载氧体对煤化学链转化反应活性和碳微晶结构的影响

以铜/铁复合氧化物为载氧体,在流化床反应器中进行煤化学链气化(CLG)实验,采用X射线衍射分析(XRD)和谢乐公式等手段,探究铜/铁复合载氧体对煤化学链气化碳微晶结构和反应活性的影响。结果表明：添加载氧体后,煤气化反应活性增强,其碳转化率达到50%的时间(t50)由14.5 min缩短至9.3 min。从煤焦分子结构演变角度(XRD结果)发现,载氧体的存在影响煤气化过程中碳微晶结构的演变,其存在增加了碳微晶的碳层层间距,降低了层高。碳微晶结构的这些变化促进了煤化学链气化反应的进行。     

基于铁酸钙载氧体的稻壳化学链气化反应特性

铁酸钙载氧体(CaFe2O4/Ca2Fe2O5,简称CF)具有弱氧化性,在化学链气化过程中对CO选择性高,且可以通过碳酸化反应捕集CO2,提高合成气的低位发热量。分别在热重分析仪和固定床反应器上对基于铁酸钙载氧体的稻壳（简称R）化学链气化反应特性进行研究,分析铁酸钙载氧体与CO2的碳酸化反应特性,考察铁酸钙载氧体与稻壳的质量比(mCF/mR)、反应温度和循环反应次数对稻壳化学链气化特性的影响,并采用XRD和SEM等手段对载氧体进行表征。结果表明：当反应温度为370~840 ℃时,铁酸钙载氧体与CO2发生碳酸化反应;当反应温度为800 ℃、mCF/mR =0.73时,反应器出口合成气的CO2产率较低,低位发热量最高;经过10次化学链循环气化反应,CaFe2O4循环再生能力良好,但铁酸钙载氧体的碳酸化反应性能下降。     

鼓泡流化床内木屑成型颗粒混合化学链气化特性

木屑成型颗粒的大尺寸、非球形等特点,使其在流化床内的混合特性显著影响化学链气化中三相产物的分布。为研究成型颗粒流化及化学链气化特性,分别在冷态和热态工况下进行了颗粒混合实验和化学链气化实验,研究了不同流化速度下成型颗粒在轴向的浓度分布特性和三相产物组分分布规律。冷态混合实验表明：低流化速度下,成型颗粒浓度分布不均匀,在中上层形成堆积,流化速度适当增加,颗粒与床料混合更充分;热态气化工况中,在隔绝外部蒸汽的条件下,硫化气体体积流量的增加有利于颗粒与载氧体的接触,从而降低了焦炭产量,但缩短了挥发物的停留时间,三相产物中大分子焦油产量上升,合成气有效组分相应下降。     

双循环流化床化学链燃烧反应器冷态实验研究

针对化学链燃烧反应器,特别设计了双循环流化床反应器。提出“鼓泡流化床/湍动流化床+提升管”的设计,通过提升管提供颗粒循环的动力,调整2个流化床反应器(空气反应器和燃料反应器)的流化气速以分别控制反应器的固体循环流量;提出双向流动密封阀的设计,形成对固体循环流量和床料量分布的柔性控制。建立了全尺寸双循环流化床冷态实验装置,并进行了连续稳定的冷态运行,实验研究了不同运行操作条件对反应器性能的影响。实验结果表明,流动密封阀内压力差范围在955~1834 Pa,固体循环流量范围在0.27~0.38 kg/s,双循环流化床之间的气体泄漏率为0.10%~0.22%。冷态实验提供了流体动力学参量,并验证了设计的可行性。     

稻壳成型颗粒化学链气化过程中机械强度演化特性

生物质成型颗粒相对较小的比表面积和较大的颗粒尺寸使其在化学链气化过程中的破碎行为直接影响挥发分脱出速率和碳转化率.为研究稻壳成型颗粒在化学链气化过程中的机械强度演化,建立能够控制气化时间的鼓泡流化床反应器,分别在不同气化温度、流化风量等条件下收集到15～180 s气化后的稻壳焦炭样品,对其表面形貌及机械强度进行了表征....