固定床气化与气流床水煤浆气化集成的能量与经济分析

针对煤制天然气工艺中固定床气化产生大量含有焦油、酚等难处理物质的废水,提出了将固定床气化和气流床水煤浆气化相结合的气化方式解决废水问题。考察了未分离焦油煤气水直接制浆和分离焦油后酚水再制浆的两种气化集成方式,以煤制天然气项目为基础对其进行能量与经济分析。结果表明:与单一气流床相比,固定床气化和气流床水煤浆气化耦合提高了系统冷煤气效率;当固定床与气流床水煤浆气化干基煤处理量比为2,未分离焦油煤气水直接制浆和分离焦油后酚水再制浆两种气化集成方式的气化系统煤耗分别为563 kg·km^-3(CO+H₂+3.12×CH₄)和599 kg·km^-3(CO+H₂+3.12×CH₄),氧耗分别为212 m³ O₂·km^-3(CO+H₂+3.12×CH₄)和206 m³ O₂·km^-3(CO+H₂+3.12×CH₄),冷煤气效率分别为84.44%和86.74%,总热效率分别为72.53%和74.87%,且副产焦油的气化集成方案与单一固定床气化方案相比,其天然气生产成本增加不明显,经济上可行。     

木屑炭水蒸气气化制备合成气

以木屑炭为原料,在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备合成气,考察了温度和水蒸气流量对木屑炭水蒸气气化的产物分布、炭转化率、产气率、组成含量和H₂/CO值的影响。结果表明：升高温度有助于木屑炭气化,炭转化率和产气率分别在950 ℃下达到最大值99.2%和4.16 L/g,但温度升高会导致H₂从65.8%降至61.2%,同时H₂/CO也呈下降趋势,从10.3降至3.35;水蒸气流量的增加可提升H₂,从59.8%升至62%,但流量升至0.6 g/min时气化结果趋于稳定。水蒸气气化的最佳操作条件为900 ℃,水蒸气流量0.6 g/min,此条件下炭转化率、产气率和热值分别达到93.3%、4.06 L/g和9.04 MJ/m³,H₂/CO值为4.11,适合于合成甲烷。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

天然气非催化部分氧化技术在乙二醇项目上的应用

通过对比分析蒸汽转化法、自热重整法和非催化部分氧化法等天然气生产合成气的工艺技术，得出天然气非催化部分氧化法生产合成气装置工艺流程和设备结构简单，投资低，操作可靠，合成气中H₂/CO体积分数比接近于2，是乙二醇合成的理想原料气。介绍了某15万t/a天然气制乙二醇项目中天然气非催化部分氧化生产合成气的工艺流程，详述了转化炉、废热锅炉的设计要点和系统的控制方案及H₂/CO体积比调节方法。运行结果表明：天然气非催化部分氧化生产的合成气中H₂/CO体积分数比为1.99，比天然气消耗为368 m³/[1 000 m³(CO+H₂)]，比氧气消耗为258 m³/[1 000 m³(CO+H₂)]，合成气中甲烷体积分数为0.3%。     

预热空气当量比对循环流化床掺混煤泥预热燃烧的影响

煤泥灰含量大、颗粒细、热值低,煤泥的高效清洁燃烧是固废资源化利用的重要方式之一。采用煤粉流态化预热耦合循环流化床燃烧技术,在30 kW预热燃烧综合评价试验台上,控制煤泥掺混比、给料量、还原区当量比、二/三次风比例及过剩空气系数等参数不变,并借助煤气分析仪和烟气分析仪等测量仪器,开展了循环流化床烟煤掺混煤泥的预热燃烧试验。结果表明,循环流化床预热燃烧系统运行稳定可靠,预热温度800℃以上,预热燃料可持续稳定输送到循环流化床中;烟煤掺混高灰分的煤泥,循环灰量增加,循环流化床燃烧室温差小,温度均匀;预热空气当量比由0.36增至0.51时,预热器内温度增加,预热煤气中CO₂、HCN体积分数增加,CO、H₂、CH₄及NH₃体积分数降低,煤气热值由2.02 MJ/m³降至1.49 MJ/m³;且随着预热空气当量比的增加,循环流化床燃烧室沿程NO体积分数增加,CO体积分数底部高、上部低,NO_x排放量由172 mg/m³增至24...     

10MWth高硫石油焦化学链气化制合成气耦合硫磺回收新系统模拟研究

基于化学链气化技术依靠气固反应定向调控气化产物中H₂S和SO₂摩尔比为2的优势，将化学链气化与Claus工艺中的催化转化单元相结合，提出了高硫石油焦化学链气化制合成气和回收硫磺的新系统。针对系统核心单元，即化学链气化过程，基于Aspen Plus，开展热输入10 MW_th的高硫石油焦化学链气化过程模拟，以赤铁矿石为载氧体，水蒸气为气化介质，重点考察了氧碳比、气化温度对化学链气化过程及硫转化过程的影响。结果发现，氧碳比的增大导致合成气产率显著降低，但系统从需要外部提供能量逐渐转变为对外部放热，在氧碳比0.8669～0.9535区间内，系统可以达到热量自平衡。同时，气化温度的提高对合成气产率是有利的，在975℃时达到2.15 m³/kg，主要是由于CO体积分数随气化温度增加而增加。氧碳比和气化温度的提高都会导致H₂S浓度的降低和SO₂浓度的提高。并且研究了当H₂S和SO₂摩尔比为2的最佳工况时，氧碳比和气化温度为反相关，其中氧碳比为0.8669，气化温度为900℃时，冷煤气效率为64.09%。     

H2O/空气气氛下碳酸钙催化煤气化特性的研究

为改善煤的气化特性，在常压中试固定床上，研究了H₂O/空气气氛下CaCO₃催化剂与石嘴山煤共气化的产气特性，并采用SEM和XRD对原煤和残焦进行表征。结果表明：气化温度800℃，当CaCO₃负载质量分数为2%时，H₂和CO生成量最高，分别占煤气组分体积分数的41.98%和26.66%，煤气热值最大，为9.05 MJ/m³；与原煤相比，添加CaCO₃可使煤气化温度降低约50℃；气化后的残焦中出现了CaCO₃、微弱的CaS、钙长石，表明CaCO₃有一定的固硫作用，由于残焦表面的CaCO₃有团聚现象，分散性较差，导致其催化效果较弱。     

载Ni2+/Fe3+海泥催化污泥蒸汽气化制富氢燃气

以滩涂海泥(SM)为催化剂载体，通过共浸渍法制备了Fe³⁺、Ni²⁺、Ni-Fe基低负载催化剂并进行表征分析。考察了负载金属、负载率、温度等因素对污泥蒸汽气化效果的影响。结果表明：所制备催化剂的催化性能为SM-Ni-Fe-6%> SM-Ni-6%> SM-Ni-Fe-12%>SM-Fe-6%。Ni-Fe低负载SM催化剂具有优异的催化活性：在相同气化条件下，可有效提高合成气产率、H₂纯度及H₂产率；在相同H₂产率条件下，可显著降低气化温度。t=850℃,催化剂Ni-Fe负载率为6%时，获得最大合成气产率(0.38 m³/kg)、H₂纯度(49.34%)和H₂产率(8.40 mol/kg),相比无催化剂(对照组)分别提高了74.77%、17.45%和105.73%。Ni-Fe基催化剂中NiFe₂O₄的形成可有效协同Fe³⁺裂解C—O和...     

煤化学链燃烧脱汞研究进展

煤化学链燃烧技术可有效实现CO₂的捕集封存,对我国实现双碳目标具有重要意义。煤化学燃烧过程中产生的汞污染因其对人体的剧毒性以及对铝制CO₂压缩设备的腐蚀性而亟需有效解决。为了推动煤化学链燃烧汞污染的有效治理,总结了气化介质、气化产物、载氧体和反应温度对煤化学链燃烧过程中汞释放、转化及迁移的影响及机理,并针对存在的问题提出发展建议。CO₂不能直接将Hg⁰均相氧化,但会抑制HCl对载氧体脱汞的促进作用。H₂O(g)不仅会通过促进煤中挥发分的析出、抑制孔结构的熔融以及提高煤燃烧效率来增强Hg的释放,还会与Hg反应生成Hg(OH)₂继而分解成HgO和Hg⁰,并抑制HCl向Cl的转化而抑制Hg⁰向Hg²⁺的氧化。CO、H₂和NH₃等强还原性气化产物会通过消耗载氧体表面氧而抑制Hg⁰的氧化。H₂S会与载氧体表面活性氧...     

有序介孔CuCoZr催化剂的制备及其催化合成气制乙醇及高级醇性能

改性费托合成催化剂(尤其是CuCo催化剂)在合成气制乙醇及高级醇反应中具有高的催化活性和总醇选择性,被认为是潜在的工业催化剂。采用蒸发诱导自组装(EISA)法和共沉淀(CP)法制备了一系列CuCoZr催化剂,考察了制备方法及EISA法制备的催化剂Cu/Co原子比对合成气制乙醇及高级醇性能的影响。采用N₂物理吸附-脱附、小角X射线衍射(XRD)、原位XRD、透射电镜(TEM)、H₂-程序升温还原(TPR)、CO-程序升温脱附(TPD)和原位红外漫反射光谱(DRIFT)对催化剂进行表征,分析了合成气在Cu/Co原子比为3∶1的Cu₃Co₁Zr催化剂表面的反应路径。结果表明,EISA法制备的Cu Co Zr催化剂为有序介孔结构,比表面积随Cu/Co原子比的增加先增大后减小,其中Cu₃Co₁Zr催化剂比表面积和CO吸附量均为最大,分别为143m²/g和0.33mmol/g,催化剂的Cu晶粒尺寸仅为9.1nm。在催化合成气制醇的反应中CO转化率...     

一种低能耗捕集CO2煤基甲醇和电力联产过程设计

传统的煤制甲醇过程所需合成气的氢碳比为2.1左右,而煤气化粗合成气氢碳比仅为0.7左右,因此需要将部分合成气进行变换来调节氢碳比。然而,变换气与未变换气混合后使得CO₂浓度降低,从而导致CO₂捕集能耗增加。提出了一种低能耗捕集CO₂煤基甲醇和电力联产过程。新联产过程中部分粗合成气首先经过变换,将CO转变为H₂和CO₂,CO₂浓度提高,在此时进行CO₂捕集可实现捕集能耗的降低。经CO₂捕集后,得到富H₂气体,富H₂气体分流后与另一部分煤气化粗合成气混合调节甲醇合成的氢碳比。对新的过程进行了建模、模拟与分析。结果表明相比传统的带CO₂捕集的煤制甲醇和IGCC发电过程,新的联产过程的能量节约率可达到16.5%,CO₂捕集能耗下降30.3%。     

基于煤和天然气联合制取合成气工艺研究进展

回顾了以煤和天然气为原料通过不同工艺流程制备合成气用以化工合成或发电的研究进展。介绍了以煤和天然气为原料分别制取合成气后再汇合的工艺流程和共气化技术等不同工艺路线的特点。研究了煤气化和天然气转化制备合成气时不同工艺路线在元素互补、能量利用、杂质混合等方面的表现。结果表明是否考虑煤和天然气的碳氢元素互补以及煤气化热量的有效利用将成为决定工艺流程优劣的重要因素。研究表明,煤气化和天然气转化分别制备合成气后汇合的工艺技术更易实现工业化应用,共气化技术的工业化应用较易受到气化炉反应条件的限制,尤其是内置换热管式的共气化技术。进行比较后,认为以煤和天然气为原料的多原料系统能够降低原料消耗、同时减排二氧化碳,符合煤炭的清洁利用要求,具有一定优势。     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

基于钴改性的钙基吸附剂污泥富氢气化

基于钙基吸附剂的污泥蒸汽气化制取富氢合成气是一种高效环保的污泥处理方式。本文采用溶胶-凝胶法制备了Co改性、Al₂O₃为载体的钙基吸附剂。借助热重分析仪测定不同钙基吸附剂在多个碳酸化和煅烧循环中的CO₂吸附能力和循环稳定性,并在固定床上进行污泥蒸汽气化实验。结果显示：煅烧过程中,以Al₂O₃为载体的钙基吸附剂中的Al₂O₃与CaO生成七铝酸十二钙(Ca₁₂Al₁₄O₃₃),并表现出优异的孔隙结构的和CO₂吸附能力,其中,Co质量分数为10%的吸附剂在30次循环（700℃碳酸化35min,850℃煅烧5min）中碳酸化率稳定在70%左右;提高气化温度及Co的添加量可促进焦油裂解和甲烷重整反应,显著提高了合成气中H₂的浓度和产量及污泥气化的冷煤气效率,有利于富氢气体的制取;在650℃下,相比于纯CaO,添加Co质量分数为15%的吸附剂时,H₂产量提高了102%,H₂体积分数提高到85%。     

NTP-DBD气化城市污泥及其模型化合物： 气氛对产物分布及特性的影响

城市污泥制备高品质合成燃气,是减小环境污染、提高废弃物附加值、实现能源化利用的有效方法之一。本文采用介质阻挡放电低温等离子体（NTP-DBD）技术,利用热重-质谱联用（GT-MS）对城市污泥及其模型化合物亮氨酸、葡萄糖的气化特性进行了研究。重点考察了反应气氛、放电频率对合成气体分布情况的影响,并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）对固体产物结构进行了表征。结果表明,在Ar气氛下,较热重热解污泥,NTP-DBD气化污泥产生合成气的浓度提升了1.84%。放电频率由10.5kHz调至9.2kHz时,输出电压提高了36%,并且污泥气化效率提高了5倍;当工作气氛为CO₂时,气化效率占污泥挥发分含量的74.86%。相较于葡萄糖而言,模型化合物亮氨酸气化产生的H₂、CO、CO₂、CH₄较多,说明污泥中蛋白质对污泥气化的气体产物贡献较大。与传统热解气化结果相比,NTP-DBD气化技术能够有效提高合成气产量、降低高温操作难度且避免污泥气化过程中二英等剧毒类物质产生。     

Oxygen Gasification of Municipal Solid Waste in a Fixed-bed Gasifier

abstract Four waste materials, paper, wood, textile and kitchen garbage, in municipal solid waste were gasified separately with oxygen in a fixed bed reactor. The yields of products char, tar and gas, ...