基于铁基载氧体煤焦化学链气化性能研究

用溶胶-凝胶法制备铁基载氧体,以500℃热解得到的半焦为固体原料,利用固定床反应器对制备的铁基载氧体煤焦化学链气化性能进行研究。实验结果表明:当氧碳比为1∶1,水蒸气流量为0.03 mL/min,气化温度为900℃时,煤焦化学链气化反应获得较高的碳转化率和合成气选择性,分别为93.42%和85.48%;水蒸气及载氧体的增多,可以提高煤焦的碳转化率,但同时会消耗合成气,导致合成气选择性降低;气化温度的提高能够促进煤焦气化反应的进行,提高CO和H_2的产率,但高温下载氧体易出现烧结问题。此外,煤焦、载氧体与水蒸气三者间的相互作用会随着煤焦气化反应的进行而有所变化。     

玉米秸秆与贫煤固定床内共气化的实验研究

在固定床内进行了氧气、二氧化碳和水蒸气混合气氛下贫煤与玉米秸秆共气化实验.实验分析了秸秆比例、温度及氧浓度对生成可燃气体组分及热值的影响.结果表明:秸秆的加入促进了CO和烃类的生成,抑制H_2的生成,而过量的秸秆会降低各产气组分及气体热值.CO和H_2分别在秸秆比例为0.2和0时达到最大,秸秆比例为0.2时气化热值最高.升高温度能促进气化反应,提高产气组分,而过高的温度抑制了C_nH_m的生成.氧浓度的提高能显著提高气体组分及产气热值,理想的氧浓度为0.2.载气中加入适量CO_2可提高产气热值.     

基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究,考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响,同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明:CoFe_2O_4能够提供晶格氧,有效促进生物质气化。当CoFe_2O_4与生物质质量比为0.8,水蒸气体积分数为50%,温度为900℃时,气化反应效果最好。5次循环反应后,仍能获得较高品质的合成气,载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

废弃活性炭化学链气化制富氢合成气

以废弃活性炭为原料,以Fe4ATP6复合载氧体为载氧体,在间歇高温流化床中考察了废弃活性炭化学链气化制富氢合成气反应的较优条件及复合载氧体的循环反应特性。结果表明,Fe4ATP6复合载氧体具有提供晶格氧及催化气化的双重作用,显著提高了碳转化率,促进了废弃活性炭气化过程,反应活性良好。废弃活性炭化学链气化制富氢合成气的优化反应条件：900℃、水蒸气流量为0.25 g·min^-1、OC/C比为1。在上述条件下,碳转化率达92.15%,合成气产量达1.20 L·g^-1,其中H₂产量为1.09 L·g^-1,平均浓度为55.30%。10次循环实验表明Fe4ATP6复合载氧体的反应活性略有降低,通过SEM、XRD分析载氧体的表面形貌、物质组成发现,载氧体反应后结构变化较大,粒径减小,生成了无反应活性的硅酸铁。     

餐厨垃圾化学链气化制备合成气

利用溶胶凝胶法制备了Cu Fe2O4/ATP(凹凸棒土,attapulgite)载氧体,选取典型的淀粉类餐厨垃圾(大米和面食类厨余物)作为气化原料,在流化床反应器中对餐厨垃圾化学链气化制合成气进行了实验研究。通过考察操作温度、水蒸气流量和O/C摩尔比(载氧体释氧摩尔量与物料含碳摩尔量之比)对气化过程的影响,得到餐厨垃圾化学链气化的较优操作条件为:850℃、水蒸气流量1.0 g·min-1、O/C摩尔比0.5。在该操作条件下,合成气产量为0.822 m3·kg-1,H2和CO的平均浓度分别为45.74%和22.24%,碳转化率达到83.57%。经十次循环实验后,Cu Fe2O4/ATP载氧体晶相结构稳定,主要以Cu Fe2O4形式存在,载氧体局部轻度烧结,但仍具有优良的循环特性。     

废弃活性炭化学链气化制富氢合成气

以废弃活性炭为原料,以Fe4ATP6复合载氧体为载氧体,在间歇高温流化床中考察了废弃活性炭化学链气化制富氢合成气反应的较优条件及复合载氧体的循环反应特性。结果表明,Fe4ATP6复合载氧体具有提供晶格氧及催化气化的双重作用,显著提高了碳转化率,促进了废弃活性炭气化过程,反应活性良好。废弃活性炭化学链气化制富氢合成气的优化反应条件:900℃、水蒸气流量为0.25 g·min~(-1)、OC/C比为1。在上述条件下,碳转化率达92.15%,合成气产量达1.20 L·g~(-1),其中H2产量为1.09 L·g~(-1),平均浓度为55.30%。10次循环实验表明Fe4ATP6复合载氧体的反应活性略有降低,通过SEM、XRD分析载氧体的表面形貌、物质组成发现,载氧体反应后结构变化较大,粒径减小,生成了无反应活性的硅酸铁。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究，考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响，同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明：CoFe₂O₄能够提供晶格氧，有效促进生物质气化。当CoFe₂O₄与生物质质量比为0.8，水蒸气体积分数为50%，温度为900 ℃时，气化反应效果最好。5次循环反应后，仍能获得较高品质的合成气，载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

K_2CO_3修饰钙基载氧体的煤化学链气化反应特性

以膨润土(Bentonite)为载体,采用机械混合-浸渍法制备了Ca SO4-K2CO3/Bentonite(Ca KBen)复合载氧体。在流化床反应器中,以水蒸气作为气化、流化介质,考察复合载氧体Ca KBen与不同煤种的化学链气化反应特性,并对该载氧体的循环特性、作用机理及气化动力学方程进行了研究。结果表明:复合载氧体Ca KBen适用于不同煤种的化学链气化过程。900℃时,与纯煤气化相比,Ca KBen化学链气化的碳转化率提高17.88%,反应时间缩短10 min,复合载氧体Ca KBen表现出良好的反应活性和催化性能。十次循环实验过程中,冷煤气效率稳定在85%以上,表明复合载氧体Ca KBen具有良好的循环特性。XRD、SEM分析表明十次循环实验后,钙基载氧体的晶相结构稳定,主要以CaS O4形式存在,K+主要以K2CO3形式存在,载氧体表面变得疏松多孔,该结构有利于化学链气化反应的进行。活性位扩展模型很好地体现了复合载氧体Ca KBen与煤化学链气化的动力学规律,验证了气化过程中CaS O4与K2CO3具有协同作用。     

松木屑和褐煤流化床的共气化特性

在流化床上以空气-水蒸气为气化介质,对松木屑和褐煤的共气化特性进行了试验研究。在828～928 ℃范围内考察了生物质掺混比例、空气当量比（ER）和水蒸气-燃料比（S/F）对气化气成分、热值、碳转化率及气化效率的影响。结果表明,在生物质掺混比例为50%时,①随着ER值从0.2增加至0.35,CO2含量增加,CO、H2、CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转换率、气化效率先增加后减少,在ER=0.26时达到最大;②在ER=0.26,S/F从0增加至0.44时,CO2含量增加,CO和H2含量先增加后减少,CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转化率和气化效率先增加后减少。试验结果表明,在松木屑掺混比例为50%和褐煤共气化过程中,气化气热值最高可达7819 kJ/m3。     

磷石膏载氧体的褐煤化学链气化数值模拟

利用Fasctsage 6.4软件对褐煤化学链气化的合成气模型化,模拟计算了对磷石膏载氧体的化学链气化制取合成气的过程,并对磷石膏载氧体的褐煤化学链气化的反应机制进行研究探讨。结果显示,H₂和CO是褐煤化学链气化合成气中的两种主导产品。升高气化温度将会对气化过程产生积极影响;外加水蒸气和CO₂气氛下同样可以提高合成气的产量。反应温度在950℃左右较为适宜;载氧体的使用可以使合成气的产率得到显著提升。     

Steam gasification of an australian bituminous coal in a fluidized bed

To produce low calorific value gas, Australian coal has been gasified with air and steam in a fluidized bed reactor (0.1 m-I.Dx1.6 m-high) at atmospheric pressure. The effects of fluidizing gas velocity (2–5 U_f/U_mf), reaction temperature (750–900 °C), air/coal ratio (1.6-3.2), and steam/coal ratio (0.63–1.26) on gas composition, gas yield, gas calorific value of the product gas and carbon conversion have been determined. The calorific value and yield of the product gas, cold gas efficiency, and carbon conversion increase with increasing fluidization gas velocity and reaction temperature. With increasing air/coal ratio, carbon conversion, cold gas efficiency and yield of the product gas increase, but the calorific value of the product gas decreases. When steam/coal ratio is increased, cold gas efficiency, yield and calorific value of the product gas increase, but carbon conversion is little changed. Unburned carbon fraction of cyclone fine decreases with increasing fluidization gas velocity, reaction temperature and air/coal ratio, but is nearly constant with increasing steam/coal ratio. Overall carbon conversion decreases with increasing fluidization velocity and air/ coal ratio, but increases with increasing reaction temperature. The particle entrainment rate increases with increasing fluidization velocity, but decreases with increasing reaction temperature. This paper is dedicated to Professor Dong Sup Doh on the occasion of his retirement from Korea University.     

基于Aspen Plus的Shell气流床工业气化炉模拟

基于Aspen Plus软件的Gibbs自由能最小化法,本文建立了煤粉在Shell气流床中的气化模型。该模型预测气化温度和煤气组成,与文献试验结果吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块研究了氧煤比、氧气体积分数和氧气预热温度对气化结果的影响,并进行了正交模拟计算,研究了以上3种因素共同作用的结果。结果表明：氧煤比增加使碳转化率升高,冷煤气效率先升高后降低,并在氧煤比为0.9kg/kg时取得最大值77.72%;氧气体积分数增加使煤气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气体积分数为50%时,冷煤气效率可达82.6%;氧气预热温度增加使碳转化率、冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气预热温度为600℃时,冷煤气效率可达82%。通过正交模拟计算综合分析,氧煤比对冷煤气效率和碳转化率的影响作用占首位,氧气体积分数对煤气热值、有效气体积分数、煤气产率的影响作用占首位,氧气预热温度对煤气化指标影响较小。在实验范围内,当氧煤比0.8kg/kg、氧气体积分数100%、氧气预热温度300℃时的煤气热值达到最大值3011kcal/m³;当氧煤比为0.8kg/kg、氧气体积分数60%~100%、氧气预热温度300~500℃时的冷煤气效率达到最大值83.46%。     

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。     

废旧轮胎热解及热解产物研究展望

热解作为废旧轮胎处置的重要技术手段,可以有效实现其减量化、无害化和资源化利用。本文综述了废旧轮胎热解的影响因素以及热解产物的研究进展,对废旧轮胎热解的经济、环境和社会效益进行了说明,指出当前工业化热解废旧轮胎存在的问题,并展望了未来节能环保式热解工艺的应用前景。结合现有的工业化热解设备,优化工艺条件和反应器结构型式,进一步分析了热解产物即热解气、热解油及热解炭的成分结构与应用,通过对热解产物改性活化与提质处理,创造更大的经济效益。提出应基于环境法规要求和绿色发展理念,糅合多种处理技术,研制适合废旧轮胎热解的工艺装备,开发集收集/预处理/热解/产物回收与提质于一体的废旧轮胎处置技术,实现废旧轮胎高效清洁转化和高值利用。     

钠修饰铁矿石载氧体的串行流化床煤化学链燃烧试验

利用1 kW_th串行流化床反应器对钠修饰铁矿石载氧体进行试验研究,考察燃料反应器温度对煤化学链催化燃烧特性的影响。结果表明,钠在820～920℃温度下显著促进了煤气化反应的进行,随着燃料反应器温度的提高,使用Na-铁矿石时燃料反应器出口CO₂浓度明显增大,CO浓度明显降低,在920℃时CO₂捕集效率和碳捕集效率分别达到78.60%和80.54%,而使用纯铁矿石时CO₂捕集效率和碳捕集效率仅为40.27%和45.65%。在高温950℃时Na-铁矿石活性下降,出现烧结和团聚现象,燃料反应器出现滞流态化现象,这可能是钠的化合物熔点较低和载氧体过度还原所导致的。XRD和SEM分析结果显示钠修饰铁矿石促使更多的Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄。     

低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议

为改善低阶煤煤质、提高其利用经济性和安全性,阐述了国内外主流的低阶煤粉煤热解提质技术的工艺特点及研究进展,分析了低阶煤粉煤热解提质技术存在的问题,并对低阶煤粉煤热解提质工艺的发展进行了展望。结果表明:粉煤热解一般采用固体热载体热解工艺,具有加热速度快、焦油产量高、热解煤气热值高等优点,是解决大量粉煤利用的关键技术之一。针对粉煤热解工艺存在的关键技术未实现突破、经济效益差、焦油品质难以有效控制、废水处理难度大等问题,提出未来应从实现热解关键技术突破、优选热解反应器、开发热解产品深加工技术、研发可提高焦油产率和改善焦油品质的新工艺、开发新型焦油分离和回收技术、开发含有机物废水的处理方法、开发具有高能源转化效率的多联产工艺等7方面进行粉煤热解提质技术的研究。     

Reactivity of a spray-dried NiO/NiAl2O4 oxygen carrier for chemical-looping combustion

Kinetic data of a promising oxygen carrier of NiO/NiAl₂O₄ have been established from experiments in a small fluidized bed batch reactor using methane. The particles were prepared by spray-drying using commercially available raw material and selected as the best candidates from an earlier screening study. The particles clearly showed high reactivity, with a maximum gas yield between 86% and 93% in the temperature interval 750 °C to 950 °C when using a bed mass and a gas flow corresponding to only 6 kg/MW_fuel. A comparison of the reactivity with data from TGA experiments showed that the reactivity generally was faster in the batch fluidized bed in the investigated temperature interval. A simple reactor model using kinetic data from the batch fluidized bed reactor and the TGA predicted a minimum mass of 9–24 kg/MW_fuel of oxygen carrier particles for full gas yield of methane to carbon dioxide in the fuel reactor. Comparison with experiments performed in a 10 and 120 kW CLC reactor with the same type of oxygen carrier showed that even when employing 13 to 50 times the amount of oxygen carrier theoretically needed for complete gas conversion, full gas yield was not obtained in the circulating systems. Hence it is of great importance to consider the fluid dynamics and gas-solid contact when modeling the fuel reactor of a chemical-looping combustor.     

Steam gasification of coal with salt mixture of potassium and nickel in a fluidized bed reactor

Australian coal loaded with a mixed catalyst of K₂SO₄+Ni(NO₃)₂ has been gasified with steam in a fluidized bed reactor of 0.1 m inside diameter at atmospheric pressure. The effects of gas velocity (2-5 U_g/U_mf), reaction temperature (750-900 °C), air/coal ratio (1.6-3.2), and steam/coal ratio (0.63-1.26) on gas compositions, gas yield and gas calorific value of the product gas and carbon conversion have been determined. The product gas quality and carbon conversion can be greatly improved by applying the catalyst; they can also be enhanced by increasing gas velocity and temperature. Up to 31% of the catalytic increment in gas calorific value could be obtained at higher temperatures. In the experimental runs with variation of steam/coal ratio, the catalytic increments were 16-38% in gas calorific value, 14-57% in carbon conversion, 5-46% in gas yield, and 7-44% in cold gas efficiency. With increasing fluidization gas velocity and reaction temperature, the unburned carbon fraction of cyclone fine for catalytic gasification decreased 4-18% and 13-16%, respectively, compared to that for non-catalytic gasification. Presented at the Int’l Symp. on Chem. Eng. (Cheju, Feb. 8–10, 2001), dedicated to Prof. H. S. Chun on the occasion of his retirement from Korea University.     

基于双级燃料反应器的污泥化学链燃烧特性

化学链燃烧技术是一种可以实现CO₂内分离的新型燃烧技术。本文利用基于双级燃料反应器的新型化学链燃烧反应系统,以赤铁矿为载氧体,对污泥的化学链燃烧进行实验研究,系统连续稳定运行8h,考察燃料反应器温度（800～900℃）、污泥进料量（300～600g/h）对污泥化学链燃烧性能的影响。结果表明,稳定运行过程中,床料大部分位于一级燃料反应器,下降管高度保持稳定;双级燃料反应器的设计极大提高了污泥碳转化率,随温度的增加,碳转化率和碳捕集效率逐渐升高,且额外耗氧量始终低于10%;随着污泥进料量增加,碳转化率和CO₂体积分数逐渐降低。对两级燃料反应器内载氧体进行XRD分析,结果显示,还原后的载氧体在空气反应器再生后进入二级燃料反应器,和一级燃料反应器相比,具有更多的Fe₂O₃成分,保证其具有更高的反应活性。     

化学链干重整联合制氢热力学分析及实验

提出了一种化学链甲烷干重整联合制氢工艺。该工艺由还原反应器、干重整反应器、蒸汽反应器和空气反应器组成，在实现制氢的同时获得可变H₂/CO比的合成气。借助ASPEN plus软件和小型流化床实验台，在等温条件下，温度900℃，采用Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体，对该工艺进行热力学分析和实验验证。结果显示，当铁氧化物被还原至FeO/Fe时，干重整反应器内甲烷转化率可以达到98%，CO产率可以达到94%。干重整反应器中同时发生甲烷干重整和部分氧化反应，载氧体内部晶格氧可以有效降低积炭并提高合成气H₂/CO比。积炭发生于晶格氧消耗殆尽时。积炭进入蒸汽反应器，发生气化反应，降低氢气纯度。