氢氩等离子体热解煤焦油制乙炔结焦机理分析

氢氩等离子体热解煤焦油在反应过程中产生的结焦物,主要是由气态碳气相沉积和煤焦油缩聚反应产生的。分析表明,结焦物在不同的操作条件下性质具有较大差异,结焦物中的各元素含量和平均粒径也会随着反应条件的变化而出现差异,碳纳米纤维状的结焦物主要在低氢气浓度和低输入比焓条件下产生;片状和球状结焦物主要在高氢气浓度和高输入比焓下产生;结焦物的石墨化程度随着反应气氛中氢气浓度增加而减弱。煤焦油反应过程中的转化程度越高结焦越严重,控制反应温度和提高气相反应中的氢浓度越可以控制反应过程中的结焦。     

文丘里热解反应器内气-液两相流动特性的数值模拟研究

利用CFD软件Fluent 14.5, Standard k-e湍流模型、Eulerian多相流模型以及能量方程,对从氯化镁热解制备氧化镁的文丘里热解反应器内的气-液两相流进行了数值模拟研究,通过多组模拟最终确定了实验模拟的最优工艺条件。结果表明,熔融氯化镁入口温度的改变并不能改变反应器内流场的分布规律,只是相应提高了反应器内整体温度,而熔融氯化镁入口速度的变化以及喉管与引流管间夹角的变化都能较大程度上影响反应器内的流场;喉管与引流管的夹角为75°,氧气入口速度为0.5 m/s,熔融氯化镁的入口速度为0.9 m/s。     

煤在H2/Ar等离子体中直接转化制乙炔的研究

以大同煤为原料，通过富氢等离子体条件下的热解实验，考察了供粉速率对煤转化率、乙炔收率和能耗的影响；探讨了热解气相产物中乙炔与一氧化碳和其它小分子烃类的关系．研究结果表明：随着供粉速率的增加，煤的转化率和乙炔的收率呈下降趋势，而甲烷等小分子烃类物质的收率增加，乙炔在产品气中的浓度相应升高，比能耗相应地下降；产品气中一氧化碳的生成和乙炔的生成不存在明显的竞争关系，氧的存在要与乙炔的生成争夺活性碳原子，对乙炔的生成产生不利影响．在所选的实验条件下，当进煤量为5．0g／s时，煤的转化率为38．42％，产品气中乙炔的摩尔分数可达9．3％，乙炔在产品气烃类中选择性大于70％．     

反应器改进对煤热解工艺的影响及其研究现状

基于低阶煤热解工艺普遍存在焦油收率低、焦油中重质组分含量高等问题,对热解反应器的改进有利于定向调控焦油产率的热解技术开发,因而很有必要对煤热解反应器的分类及其应用、新型煤热解反应器的研究现状进行分析研究。概述了移动床、流化床、气流床以及回转窑等4种常规热解反应器的基本特征,揭示不同类型反应器对热解工艺中煤粉粒度、热载体及热解过程的影响,并对不同类型反应器的代表性热解工艺及其特点进行总结。根据反应器内增设内构件可提高传热效率及调控热解反应过程、分段设置反应器可减少热解二次反应及提高焦油产率、多种类型反应器耦合能够提高转化效率等研究成果,提出热解反应器开发的重点方向在于反应器内增设内构件、分段设置反应器以及多种类型反应器耦合。     

煤直接液化反应器发展概况

介绍了煤直接液化工艺中的3种反应器形式及其特点,提出了一种新型多级环流反应器的应用可能,分析了该种新型反应器在煤直接液化领域的应用前景.     

等离子条件下煤的热解残渣特性

研究了电弧等离子条件下大同煤热解残渣的组成及特点。实验首先对煤进行热解,然后对作用不同时间的煤热解残渣进行元素分析和粒度分布分析,并用有机溶剂甲苯和二硫化碳对热解残渣采用索氏提取器抽提24 h,将所得提取液采用紫外-可见光谱仪、红外光谱仪和气质联用仪等手段进行表征。结果表明：在等离子条件下作用时间最长的残渣,C/H原子比明显增加,可达77;粒径为10~25 μm 的占残渣的221 %,25~80 μm的占32%。紫外-可见光谱表明,残渣提取液在257 nm出现C60特征吸收峰,在277 nm处能产生很强的芳环吸收峰。红外吸收光谱表明,等离子条件下热解残渣提取液在1 179 cm-1也出现富勒烯C60特征吸收峰。而气-质联用分析表明,残渣提取液所含化合物主要为丁基羟基甲苯和邻苯二甲酸化合物。     

石英管定向强化流场模拟内构件反应器不同厚度煤热解特性

内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特性。试验结果表明,随着煤层厚度的增加,热解焦油收率降低,焦油中轻质组分含量(沸点低于360 ℃)明显升高。当温度为800 ℃,煤层厚度从100 mm增加到200 mm时,焦油产率从6.96%下降到4.50%,下降幅度达35.30%;焦油中轻焦油组分含量从62.50%上升至76.80%,增加幅度达22.90%;热解水和煤气产率分别由9.32%和9.60%增至10.70%和10.90%,半焦产率略微降低。其中汽油馏分从3.80%增加到20.30%,煤油馏分从18.50%增加到40.00%。     

复杂采场结构参数数值模拟及采矿方法优化

复杂采场存在矿岩强度低、侧帮与顶板易坍塌等风险,其采场结构参数的确定及采矿方法的选择是当 今采矿技术的一大难题。 以某铁矿复杂采场为背景,进行采场结构参数数值模拟及采矿方法优化研究。 首先进行岩 体力学实验和现场结构面调查分析,在此基础上采用 BQ 值分级法进行采场岩体质量分级;然后基于岩体质量分级结 果,按采场宽度分别为 10、12、14、16、18 m,采场高度分别为 15、20、30、45、60 m,分为单矿房、两矿房、三矿房、四矿房 开采等 4 种情况,分别对每种情况下采场应力、位移、塑性区分布云图进行模拟计算和对比分析,以确定合理的矿房宽 度和长度参数;最后结合分析结果并考虑安全及经济等因素,提出 2 种回采方案。 研究结果可为类似采场结构参数的 确定及采矿方法的选择提供参考。     

煤直接液化减压进料阀组数值模拟与优化

以煤液化减压塔进料前的角阀、球阀及相联管道(简称“减压进料阀组”)的冲蚀磨损失效为研究对象,采用RNG 湍流模型、蒸发-凝结模型、随机轨道模型,结合高温冲蚀磨损实验修正建立的冲蚀磨损模型,数值计算了角阀典型开度下流速、相分率和壁面磨损率等参数的分布规律,并结合实际损伤形貌验证了冲蚀磨损数值方法的正确性。研究结果表明：角阀流道为缩放结构,阀芯头部流速增加,压力降低,发生汽-液转换形成局部空化;空化引起阀组流道内有效传输面积减小,流体介质速度提高,对固相颗粒的拖曳加速效应显著,高速的颗粒碰撞壁面是造成球阀端面及出口管道冲蚀磨损的主要原因。基于等磨损速率对比分析角阀不同入口角度与球阀位置的对应关系,以此提出优化方法。本研究有望为含固多相流介质节流设备的耐磨损优化设计和防控提供参考。     

气化参数对空气等离子体煤气化过程的影响

讨论了在水蒸气参与下的空气等离子体煤气化过程，结果发现：等离子发生器功率的增加，可以大幅度地提高煤气中H2，CO含量，降低CO2含量，同时也可大幅度地提高碳转化率．在保证进入反应器的煤粒有一定动量的前提下尽量减少空气量；水蒸气输入量适量增加有利于H2含量增加，过量的水蒸气将使碳转化率下降；加大反应器的煤处理量会带来碳转化率的降低；适当条件下煤的转化率可超过95％．气相产物中没有检测到甲烷．同时没有发现液相产物．     

煤矿乏风的蓄热逆流氧化

用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化反应进行试验,考察了CH₄体积分数、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响.结果表明：当CH₄体积分数大于0.2％时,蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应,氧化率在99％以上,且能够回收一定的热量;随CH₄体积分数和乏风流量的增加,氧化装置中心区温度升高,高温区域扩大,有利于氧化反应的进行;最佳换向周期范围为90～150 s;煤矿乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右.     

固定床气体预分流器的优化设计研究

固定床反应器效率高低主要取决于反应区内气体流动均匀程度,入口处气体预分流器的优化设计非常重要。本文以某轴流固定床入口段为研究对象,采用数值模拟方法研究了入口空腔内气体流动情况,对比分析了加设预气体分布器的优势,并对比研究了分流器侧壁面开孔的孔隙率、孔径、开孔位置以及分布器尺寸等对流场气流分布的影响,并在此基础上提出优化建议。     

气升式环流反应器内气泡分布的数值模拟

气升式环流反应器广泛应用于湿法冶金工业,如金矿的氰化浸出、铀矿浸出、铜矿浸出以及难处理矿物的生物预氧化等。该类反应器几何结构虽然简单,但合理的设计仍是设备高效运行的保证。为了预测气升式环流反应器的工作效果,使用欧拉双流体模型模拟反应器内包含气泡的气液两相流,并通过不同的相间力模型及自定义湍流子模型描述槽内气泡复杂运动。分析了气泡诱导湍流、升力、湍流分散力等模型在模拟气泡分布时的作用,并将模拟结果与Sokolichin等的试验结果进行比较。结果表明,提出的模拟方法在气升式环流反应器模拟中能够得到准确的流场和气泡分布结果。     

等离子体对煤体选择性破碎的实验与数值模拟分析

为了研究等离子体冲击作用下煤体内部的裂隙扩展规律,利用自主搭建的等离子体冲击实验平台,并通过实验和数值模拟相结合的方法对等离子体冲击作用下煤体的破碎规律进行了研究。实验中以等离子体破碎的煤体为对象,并结合三维可视化软件Dragonfly提取了红柳烟煤在等离子体作用下的裂隙相、矿物相,深入分析了等离子体冲击后煤体内部裂隙沿着不同方向的扩展规律。并以数值模拟软件Comsol Multiphysics为基础分析了等离子体冲击作用下含矿物煤体内部的电场强度分布规律。实验结果表明,等离子体冲击作用下在煤体内部形成相互贯通的空间裂隙网络,且裂纹呈现出由电极中心向四周发散的状态,在靠近电极的两端破碎效果较好,表明煤体的破碎效果与电场的集中程度正相关,电场越集中,能量越大,破碎效果越好。此外,裂隙在轴向和平面上均具有沿着矿物分布的特征,说明在等离子体作用下矿物与煤体分界面处产生了电场的畸变,引发了应力的集中,矿物的分布对裂隙存在着诱导作用。通过数值模拟验证了煤体中矿物和孔隙的存在对电场存在的影响规律,结果表明电场强度会在介电常数不同的介质中发生畸变,当电场穿过高介电常数的介质时会在介质内部形成较低的场强,当电场穿过低介电常数的介质时会在介质内部形成较高的场强。数值模拟得到的电场畸变的结果是对实验结果补充说明,实验所得到的结论是数值模拟宏观结果的体现与验证。     

基于ANSYS模拟的煤矿巷道断面优化分析

为了探讨深井巷道底臌合理的控制方法,根据龙煤矿业集团鸡西分公司东海煤矿实际工程现状,对二水平五呆区下山32号煤层顶底板进行现场取样和力学参数的实验室测定,并运用ANSYS进行数值模拟,通过对东海矿深部弧形底角巷道与直墙拱形巷道的应力分布状况对比.结果表明弧形底角的巷道设计能够改善巷道围岩的应力分布状态,减小巷道围岩破坏范围及两帮与底板变形量.工程实践表明,东海煤矿底臌问题得到了有效控制,保证了巷道稳定,取得了良好的效果,为解决类似条件的深井巷道底臌问题提供了新的思路.     

矸石充填材料压缩仿真实验研究

采用大容器、大粒径、大载荷和仿真煤体条件,进行了23个方案模拟矸石压缩实验.总结了压缩过程中应力应变关系曲线和轴压侧压关系曲线的形态及其特征;得出了压缩率与粒径尺寸成正变、与侧压成反变的规律;分析了压缩率、侧压与煤体强度、矸石粒径及其级配之间的相互关系,揭示了充填材料级配优化提高充填效果的机理.