煤在超临界水中气化制氢过程的热力学分析

基于热力学平衡原理,采用FactSage软件中的Equilib模块对气化过程进行化学平衡计算。主要考察了物料配比、温度、压力、CaO等对气化过程中气态产物的影响。根据模拟结果可以得到以下结论:物料配比和温度是最主要的影响因素。在温度和压力一定的情况下,随着煤质量分数的增加气体产物中H_2的摩尔分数在持续下降;在物料配比和压力一定的情况下,随着温度的升高H_2的摩尔分数逐渐升高,当温度升高到800℃时H_2的摩尔分数为66%。压力对煤在超临界水中的气化过程没有显著影响;CaO只是做为CO_2的吸收剂,对H_2产率没有太大影响。     

Shell干煤粉气化的模拟与分析

为研究Shell干煤粉气化特点,利用Aspen Plus模拟软件为工具,建立Shell气化炉模型。通过模拟Shell干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比对气化过程的影响,结果表明,增加压力能够使合成气中的甲烷含量升高,氧煤比和蒸汽煤比对气化温度和合成气组成有重要影响。气化温度随氧煤比的增加而升高,有效气体摩尔分数先增加后减少,蒸汽煤比可以调节气化反应温度。对屯留煤来说,Shell煤气化的最佳氧煤比为0.74~0.80kg/kg,反应温度为1475.6~1580.17℃,最佳蒸汽煤比为0.09~0.13kg/kg,相对应的反应温度为1630.60~1532.11℃。     

控制原料煤灰分对粉煤气化制合成氨成本的影响

结合灰分对粉煤气化能耗的影响,以粉煤气化的数据为例进行经济分析,并根据分析结果对灰分的一些控制方式产生的不同控制成本进行了阐述和对比。结果表明灰分的高低对粉煤气化成本影响很大,并且采用低灰煤成本远低于高灰煤。     

污泥煤浆气化制氢工艺研究

介绍污水处理厂剩余污泥与煤制成污泥煤浆进行气化制氢的方法和流程,分析其经济性和可靠性。研究发现,污泥煤浆气化出口合成气有效气约为80%,冷煤气效率约为72%,合成气产出率约为86%。污泥煤浆制氢能耗约为20.5GJ/1000m3H2,污泥添加量每增加5%,单位制氢能耗增加1.5%。采用污泥煤浆制氢,主要原料成本约920元/1000m3H2,且随着污泥添加量的增加,制氢成本下降。采用污泥制氢能处理到非常难于处理的废弃物,具有很好的经济效益和环境效益。     

6.5MPa多喷嘴水煤浆气化工艺运行情况和模拟

总结了某厂6.5 MPa多喷嘴对置式水煤浆气化工艺运行情况,并应用Aspen Plus流程模拟软件对气化炉进行了工艺模拟。并讨论了固定煤种时氧煤比对工艺指标的影响,以及煤中灰含量变化对气化工艺指标的影响。结果显示,随着氧碳比的增加,有效气含量和产率都出现先增大后减小的趋势,最大有效气产率约为每千克煤1.91Nm3(CO+H2),最高有效气含量约为82.70%。煤中干基灰含量每增加2%,气化温度约增加50℃。保持气化温度稳定在1 238℃时,煤中灰含量对比氧耗和有效气产率影响显著。     

新疆准东煤气化过程的模拟优化

基于Aspen Plus流程模拟软件,运用Gibbs自由能最小化方法建立了Shell粉煤气化模拟计算模型,对新疆准东一采区的煤种进行气化过程模拟优化.以(CO+H2)摩尔分数最高为目标函数,通过单因素研究确立的最佳操作条件为:气化压力2MPa,氧煤比0.73kg/kg和蒸汽煤比0.09kg/kg;而通过虚拟正交实验研究,获得的最佳操作条件为:气化压力2MPa,氧煤比0.78kg/kg和蒸汽煤比0.05kg/kg.各因素对气化过程影响大小顺序为:氧煤比和水煤比的交互作用>氧煤比>水煤比>气化压力.     

基于PRO/Ⅱ的煤气化工艺模拟与分析

利用PRO/Ⅱ化工模拟软件,对水煤浆气化和粉煤气化过程进行模拟,并将模拟计算值与实际运行值进行比较,误差小于2%,模型基本可靠。考察了氧煤比、煤浆浓度以及不同载气对气化反应的影响。结果表明:在合理的气化温度区间内,低氧煤比有利于获得较高的有效气产量和冷煤气效率;在有效气产量相等条件下,全焦工况的氧煤比最大,掺焦次之,全煤工况最小;煤浆浓度的增加,有助于提高合成气中有效气组成以及产量;在气化温度一定的条件下,氧煤比随着煤浆浓度的增加而降低,煤浆浓度每提高1%,氧煤比下降1%,有效气产量增加1%;CO_2作为载气可以提高合成气中CO含量以及有效气产量;粉煤气化的冷煤气效率高于水煤浆气化,可以达到80%以上。     

首套GSP干煤粉气化的模拟与分析

为研究GSP干煤粉气化反应特点,以Aspen Plus模拟软件为工具,选择Gibbs自由能最小化建立气化炉模型。通过模拟GSP干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比及不同输送载体对气化过程的影响,结果表明:压力增加可使粗煤气中甲烷含量增加;氧煤比和蒸汽煤比影响着气化温度和有效气组成;输送载体切换为二氧化碳后可使有效气增加2%。该模拟计算对于GSP干煤粉气化工业操作有一定借鉴意义。     

煤热解-化学链气化耦合工艺流程模拟

为实现煤的清洁高效利用,提出一种煤固体热载体热解-化学链气化耦合工艺。利用流程模拟软件Aspen Plus建立了该耦合系统的工艺流程模型,主要包括煤干燥单元,煤热解单元,空气反应器和燃料反应器。模拟结果表明:通过将煤热解单元产生的酚废水作为燃料反应器的气化剂,可有效减少载氧体循环量和废水排放量。在热解温度500℃、半焦气化温度800℃和载氧体氧化温度1 000℃条件下,载氧体的循环比为1. 32,焦油分析基收率为6. 6%,耦合系统的能量利用效率为43. 12%,其中煤干燥单元能耗和煤热解单元能耗分别占总能耗的32. 68%和33. 81%,是导致系统辅助能耗大的主要原因。当进料量(100 kg/h)和工艺条件相同的情况下,与单独的煤热解和煤基化学链气化技术相比,该耦合工艺在热力学效率和对环境的友好方面都有一定优势。     

煤直接液化残渣半焦CO2气化特性及动力学研究

为探索煤直接液化残渣的气化利用途径,以神华煤直接液化残渣及其脱灰残渣制得的半焦为研究对象,利用常压热天平研究了气化温度、CO_2配比、残留催化剂及灰分对残渣半焦CO_2气化反应特性的影响,采用混合反应模型求取了气化反应动力学参数,并测定了液化残渣半焦CO_2气化的煤气组成。结果表明:提高气化温度及CO_2配比对提高残渣半焦CO_2气化反应速率均具有明显的促进作用;直接液化残渣中残留催化剂及灰分对残渣气化起到了明显的催化作用;直接液化残渣半焦CO_2气化煤气中合成气(H_2+CO)的含量在66%～78%,煤气低位热值约为8.7～10.0 MJ/m~3;在不同CO_2配比下,直接液化残渣半焦气化的反应速率常数k均随温度的升高而增加,反应总级数介于0.7194～0.7628之间,活化能介于160.98～170.94 kJ/mol之间。     

神华煤干粉气化适应性工业试验研究

煤种适应性一直是气化炉能否高效运行的重要影响因素,不同的煤气化技术对气化煤煤质的要求不同。针对新开发用于干粉气化的神优3煤,为验证其在气流床粉煤气化炉上的适应性,在航天气化炉上开展了不同神优3煤与神优2煤配比的气化工业试验及气化操作模拟优化研究。工业试验结果表明：试验过程中各工艺参数均未出现较大的波动,稳定性好,且各阶段气化有效气体积分数均保持在约90%;随着神优3煤掺混量的增加,碳转化率和冷煤气效率增加,比氧耗和比煤耗减少,神优3煤用于干粉气化具有良好的气化性能及煤种适应性。模拟计算结果表明：在最佳氧煤比条件下操作,比煤耗可降低0.37%～1.47%,比氧耗可降低1.00%～4.17%。     

恩德炉入炉煤的加工和管理

恩德粉煤气化法是一种以粉煤为原料、富氧空气和水蒸气为气化剂的常压流化床气化工艺，恩德炉以弱粘煤、不粘煤、长焰煤、褐煤为原料进行煤气化。煤种对气化反应至关重要，不同煤种的氧耗、汽耗、能耗、气化效率差别很大。煤质决定了煤的气化性质，特别是煤的粒度、水分、灰分、活性、粘结性对粉煤气化的影响最大，是决定煤气化过程工艺条件、参数和消耗指标的基础，直接影响气化炉的工艺状况、运行周期及除尘器和灰水处理系统的工艺状况。因此，实际生产中必须加强对进厂煤的管理和人炉煤加工及煤质的管理。     

加压下煤焦水蒸气气化反应动力学模型

为了阐明压力对煤焦水蒸气气化反应的影响规律,在加压固定床微分反应器上研究了三种不同煤阶的中国煤焦水蒸气加压(达到2.0 MPa)气化反应动力学。详细讨论了n级速率方程应用于不同压力范围的情况,提出了一个简单实用的经验速率方程,并得出了压力对煤焦水蒸气气化反应动力学参数的影响规律。结果表明,只包含水蒸气分压项的传统的n级速率方程不适合总压变化的情况。新提出的简单实用的加压煤焦气化速率方程引入水蒸气摩尔分数、总压和温度三个变量,能较好地反映总压对煤焦气化速率的影响规律。即水蒸气摩尔分数对气化速率的影响明显大于总压对气化速率的影响。对于HLH煤焦,水蒸气摩尔分数的指数随总压增大几乎不变,而对于SM煤焦和JC煤焦,水蒸气摩尔分数的指数随总压增大有增大的趋势。     

多喷嘴对置式粉煤气化炉的数值模拟

采用k-ε湍流模型对多喷嘴对置式粉煤气化中试装置进行了三维数值模拟研究。引入了多反应进程变量MSPV方法分别模拟了煤的脱挥发分、焦炭与氧气、焦炭与二氧化碳和焦炭与水蒸气的4个过程;用截断高斯分布的PDF函数表示湍流对化学反应的影响。模拟结果显示:常压下,火焰主体温度约2 500 K;除喷嘴区域外,煤中释放的气体在气化炉内分布均匀;焦炭与二氧化碳、焦炭与水蒸气的气化反应主要集中在折返流区。喷嘴高度上移0.2 m,撞击流股速度增加约50%,拱顶附近温度上升108 K。氧煤比/水蒸气煤比增大,撞击流对炉顶的冲刷力显著增加。     

水煤浆气化工艺过程的模拟研究与分析

以河南某煤种为反应原料,采用Aspen Plus流程模拟软件对水煤浆气化工艺过程进行了流程模拟,考察分析了气化炉内的氧煤比和煤浆浓度等原料条件以及气化温度和压力等操作条件对气化反应结果的影响,并将模拟结果与实验结果进行比较,结果表明：模型基本正确,在误差许可范围内,模拟结果与气化实验结果基本一致;氧煤比、水煤浆浓度和气化温度是影响气化反应结果的主要因素;气化压力则对煤气化反应结果几乎没有影响,但是加压气化有利于降低后续工段合成气压缩能耗。     

氧气摩尔分数和紫外光照射对烟气浸出煤中砷的影响

为了研究O_2摩尔分数和紫外光照射对烟气浸出煤中砷的影响,以N_2、O_2和摩尔分数为1%的SO_2气体模拟烟气,通入鼓泡反应器中的煤浆,测定了不同O_2摩尔分数、遮光和紫外光照射条件下煤中砷浸出率、液相中三价砷As(Ⅲ)与总砷的比值随浸出时间的变化规律,分析了砷浸出的动力学过程。结果表明,提高O_2摩尔分数能够有效提高煤中砷的浸出率,但即使O_2摩尔分数达到20%,液相中As(Ⅲ)与总砷的比值仍有50%左右;紫外光照射也能提高砷浸出率,尤其能使液相中As(Ⅲ)与总砷的比值减小到5%以下,这是因为紫外光照射下浆液中形成了具有强氧化性的自由基。紫外光照射的这种作用有利于浸出砷的沉淀分离等后续处置过程。动力学分析结果表明,砷浸出过程满足反应控制的缩核模型。     

配煤比例及温度对气化反应特性影响

为降低制气成本,实现用煤当地化,文中以工程示范项目所用广汇煤为原煤,掺混当地气化活性低、气化过程中易结渣的红沙岗煤,利用热重分析仪考察配煤比例和气化温度对混煤气化特性的影响,采用等转化率法计算气化反应表观活化能。研究结果表明:碳转化率、气化速率以及反应性指数R随混煤中红沙岗煤质量分数增加而降低,随气化温度升高而增加;配煤质量比为10%和20%时反应性指数增加率在1 050℃最小,配煤比为40%和60%时反应性指数在1 000℃时增加率最大,而配煤比为30%和50%时反应性指数在950℃时增加率最大;混煤气化反应表观活化能与配煤比不成线性关系,广汇煤和红沙岗煤在气化过程中存在相互作用,混煤的相互作用与配煤比及碳转化率有关。     

分级研磨制浆工艺应用于水煤浆气化的工程分析

对低阶煤制浆和传统制浆工艺进行了技术分析,并介绍了分级研磨制浆工艺。通过建立AspenPlus水煤浆气化模型,考察了神华煤在不同煤浆浓度(质量分数58%～65%)下的气化指标,得出了采用分级研磨制浆工艺,气化的比煤耗可降低2.57%～2.14%,比氧耗可降低5.76%～5.05%。结合超细磨机系统的电耗,得出1 000 m(3 CO+H2)可节省能耗553.7 MJ～438.2 MJ。     

晋城无烟煤对干粉煤气流床气化技术的适应性研究

为了研究晋城无烟煤对干粉煤气流床气化技术的适应性,结合粉煤加压气化技术对原料煤的要求,分别从晋城无烟煤水分、挥发分、灰分、硫分、发热量、化学活性、灰熔融性、灰渣的粘温特性等方面进行比对析,结果认为晋城无烟煤可以适应干粉煤气流床气化技术;但要控制其灰质量分数在(18±2)%,硫分小于3%,并添加2%~3%的石灰石,或掺配一定比例的低灰熔点煤。     

原料煤中灰分过高对水煤浆气化生产造成的影响及对策

以某大型煤制甲醇装置中水煤浆气化在实际生产中遇到的原料煤炭中灰分过高,对气化炉的运行及附属设备造成的不利影响为例,分析了原料煤中灰分过高产生大量灰渣、废水及停开车次数增加、烧嘴的频繁冲刷损坏等产生的原因,提出了稳定原料结构,从源头控制煤炭质量,有利于水煤浆气化系统的稳定、经济运行的对策。