带惰性载热固体煤气化流化床的气化行为

引言煤气化是生产清洁燃料或原料的重要工业方法之一．在一般流化床或移动床煤气化反应器中,碳与水蒸气的气化和碳与氧的燃烧反应同时发生．如果希望使用这类气化器生产高热值或富氢的煤气,则需要在高温和高压下提供富氧气体,而这种方法还存在很多实践上的问题．最近日本鹿儿岛大学开发了一种如图1所示的新型煤气化器,可以很方便地通过催化煤气化产生富含H_2和CO的煤气．在这种新型气化器中,气化和燃烧是分别在两个不同反应室内进行的,气化室中所需的热能由来自燃烧室的惰性固体载热体提供.作为这种新型煤气化反应器研究的一部分,…     

气流床煤气化的Aspen Plus建模：平衡模型和动力学模型

基于Aspen Plus软件建立了GE气流床煤气化的平衡模型和动力学模型,计算了气化的煤气组成和碳转化率。模型分为热解、气化和气液分离三个阶段。其中,气化阶段又分为初步气化和气化重整,从而获得气化产物在恒定温度下的分布。平衡模型的气化阶段使用了吉布斯反应器RGIBBS,基于吉布斯自由能最小化原理对体系内的气化产物进行计算;动力学模型的气化阶段使用了全混流反应器RCSTR,基于煤气化反应的动力学机理对体系内的气化产物进行计算。模拟值与GE气化炉的实际工程数据进行了对比,结果表明,平衡模型可在一定程度上反映气化结果的变化趋势,但预测结果的准确性有所欠缺,而基于气化反应机理建立的动力学模型能很好地预测GE气化炉的气化结果。对动力学模型中的全混流反应器进行反应时间设定,可以对GE气化炉生产提供一定的指导,结果表明：反应停留时间为3.5s时就可以达到很好的气化效果。温度是影响气化反应速率及产物分布的重要因素,利用煤气化的动力学模型模拟了气化温度对气体组成及碳转化率的影响,结果表明：随着气化温度的升高,CO含量逐渐增加,H₂含量基本不变,CO₂含量逐渐减小,碳转化率逐渐升高。     

基于Aspen模拟费托合成与CO_2再利用系统

建立了集成费托合成与碳还原反应系统的模型,采用Aspen软件进行仿真分析和计算,重点分析碳气化反应过程及费托合成的产物分布。在煤气化联合循环发电系统中集成该模块,CO2与焦炭发生还原反应得到CO,与来自煤气化单元的H2在费托合成反应器里合成液体燃料,未反应完的合成气用于燃气轮机联合循环发电。针对碳还原反应器和费托合成反应器两部分进行了模拟分析,研究了反应条件对产物的影响。分析结果表明回收CO2制取具有高附加值的液体燃料是CO2再利用的一条有效途径。     

生物质的特性对其与煤共气化过程的影响

利用固定床反应器研究不同种类的生物质对晋城无烟煤的气化过程的影响,结果发现,生物质的性质对于煤气化反应的过程有显著的影响。碱金属含量较高的生物质对于煤气化促进作用越明显。     

煤等离子气化反应器的(火用)分析

等离子煤气化技术是煤气化的潜在技术,降低煤等离子气化反应器的能耗是该反应器系统优化的重要方面。文中给出了煤等离子气化的工艺过程及煤等离子气化反应器装置的结构形式,通过进行煤等离子气化反应器系统的热力学分析,得出该反应器系统的火用分析模型,分析火用损失产生的原因,提出降低火用损失的措施,改进后的反应器系统采用顺、逆流多级热传递及原料预热等热量利用方式。实验结果表明,改进后的反应器系统的火用损失由改进前的629.4 kJ/kg下降为472.3 kJ/kg,减少了24.9%,为系统优化提供依据。     

流化床煤气化技术的研究进展

结合流化床煤气化过程原理和循环流化床反应器开发应用状况,综述了流化床煤气化技术的进展,分析比较了目前广泛应用的3种煤气化流化床:鼓泡流化床,循环流化床及增压流化床的工艺及特点,并对工业上应用的典型的煤气化流化床(高温温克勒(HTW)及灰熔聚气化)的气化工艺流程具有的优势和存在的问题进行了较为详细的分析,并概括了流化床煤气化技术的发展趋势及应用前景.     

耦合绿电煤气化生产化学品过程CO2减排潜力

耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO₂排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO₂排放。对不同类型的常规气化反应器和相应的耦合绿电反应器进行建模与模拟,判明合成气组分的主要影响因素,分析了温度对合成气组分的影响,探讨合成气H/C随温度变化规律,并计算不同化学品生产过程的CO₂减排潜力。结果表明,耦合绿电的气化反应器合成气中CO₂排放较常规气化反应器分别减少了12.63%(固定床)、11.01%(气流床)、9.23%(输运床)和5.12%(流化床),且H/C呈上升趋势;温度对合成气组分影响较大,热解解耦和气化反应的反应器一定程度上影响合成气组分;温度低于1 500 K时,H/C随温度升高而降低;温度高于1 500 K时,H/C随温度升高而缓慢升高;耦合绿电煤基化学品生产过程CO₂排放大幅减少,操作在更低温度和压力的气化反应器具有更高的合成气H/C和CO_2<...     

典型气流床煤气化炉气化过程的建模

利用Aspen Plus、基于热力学平衡模型对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。根据煤颗粒热转化的历程,将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段,利用David Merrick模型计算热解过程,采用Beath模型校正压力对热解过程的影响,选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应,编制Fortran程序计算半焦裂解产物收率,最后基于Gibbs自由能最小化方法计算气化反应。结果表明,采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合,对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H₂）体积分数模拟结果的误差均不超过2%,建立模型的可靠性得到验证。     

串行流化床煤气化试验

针对串行流化床煤气化技术特点,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行煤气化特性的试验研究,考察了气化反应器温度、蒸汽煤比对煤气组成、热值、冷煤气效率和碳转化率的影响。结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该煤气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N₂的高品质合成气。随着气化反应器温度的升高、蒸汽煤比的增加,煤气热值和冷煤气效率均会提高,但对碳转化率影响有所不同。在试验阶段获得的最高煤气热值为6.9 MJ&#8226;m^-3,冷煤气效率为68％,碳转化率为92％。     

SES煤气化技术及其在国内的应用

SES煤气化技术是在传统U-Gas单段循环流化床粉煤气化技术的基础上进一步开发而成。简介了我国已引进的9种国外煤气化技术的工艺特点和应用概况;重点论述了U-Gas煤气化技术的气化原理、工艺流程、操作指标和技术优势;介绍了SES煤气化技术在国内能源综合利用和洁净煤气化项目的应用实例。结果表明,该技术的新型流化床反应器不仅能够气化占我国煤炭储量17%的难以气化的褐煤,而且能够高效地气化洗煤过程中产生的煤矸石等副产品,对我国中小型氮肥企业原料路线的技术改造具有现实意义。     

循环流化床技术在煤气化过程中的应用前景

循环流化床技术２０余年来已成功地应用于许多领域。本文结合煤气化过程原理和循环流化床反应器开发应用状况，分析了该技术用于煤炭气化过程所具有的优势及存在的问题，探讨了循环流化床技术在洁净煤气化方面的应用前景     

等离子体辅助煤气化的初步研究

采用独立组元法对煤气化反应的 C- H- O- S- N热力学平衡体系进行了计算 ,在此基础上提出了一种等离子体炬辅助下煤两段气化的方案 .分析结果表明 ,等离子体的引入可以从多个方面加快气化反应速度 ,从而可以获得比常规煤气化方法更高的单位容积处理能力 ,相对于常规煤气化方法 ,该方案具有较好的经济效益和环境效益     

流化床煤气化技术进展

简要介绍煤气化过程原理和循环流化床反应器开发应用状况,分析了该技术用于煤炭气化过程所具有的优势及存在的问题,探讨了循环流化床技术在洁净煤气化方面的应用前景。     

粉煤加压气流床气化炉特性数值模拟

煤气化是生产清洁合成气用于燃料发电和化工原料使用的一种有效方法。对通用两段式加压气流床气化炉生产合成气进行模拟研究,主要包括采用商用计算流体力学软件ANSYS FLUENT对氧气吹扫煤粉的气化过程作数值模拟。本研究的目的是用计算流体力学软件模拟以增进在两段式气流床气化炉中气化过程状态的理解。通过使用三维纳维-斯托克斯方程和组分迁移方程破涡流反应模型求解预测煤气化的工艺过程。对水煤浆浓度和氧煤比在气化过程的影响进行研究。气化炉中组分的流动行为,在二段式气化炉中单喷嘴的设计的基础上,对一些文献中提到的数据进行了检查和验证。     

GE气化炉煤气化反应的简化计算

依据GE水煤浆气化技术特点,建立了GE气化炉煤气化反应的简化计算模型,按所建立的模型进行了气化反应物料平衡和热量平衡的计算,从系统反应进程和最终煤气组分两方面验证了该模型的可靠性。通过本文建立的模型,可以获得GE气化炉在不同运行条件下煤气化炉出口煤气成分等信息,以为系统进行性能分析、工程设计提供参考。     

流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性

利用化工动力学软件CHEMKIN建立了流化床-气流床耦合反应器等效网络模型,在φ300 mm反应器中的煤气化实验结果基础上,充分考虑耦合反应器不同区域物料间两相流动、传质传热,对耦合反应器各部分流体力学特征以及耦合反应器中不同区域的化学反应进行了分析。利用模型对飞灰的碳转化率、耦合反应器的碳转化率、耦合反应器内温分布及物料停留时间进行计算,结果表明,流化床耦合气流床反应器后,气流床可将出口飞灰碳转化64.1%,实现了耦合反应器对飞灰的再气化;耦合反应器煤气化系统的碳转化率由单独流化床的84.9%提高到92.2%。     

煤气化反应机理研究进展

论述了目前国内外煤气化反应机理的研究现状,对氧化－还原反应机理进行了阐述,分析了影响气化反应速率的因素。列举了通过实验方法对气化反应活性中间产物进行的研究,指出了碳氧络合物的可能存在形态。进而通过量子化学理论对气化反应机理研究做出了补充,阐述了气化反应进程。最后对煤气化反应机理的进一步研究方向进行了展望。     

煤气化反应机理研究进展

论述了目前国内外煤气化反应机理的研究现状,对氧化-还原反应机理进行了阐述,分析了影响气化反应速率的因素。列举了通过实验方法对气化反应活性中间产物进行的研究,指出了碳氧络合物的可能存在形态。进而通过量子化学理论对气化反应机理研究做出了补充,阐述了气化反应进程。最后对煤气化反应机理的进一步研究方向进行了展望。     

高硫石油焦气化研究进展和技术经济分析

分析我国高硫石油焦的生产现状和利用过程中存在的问题,对影响石油焦气化反应活性的因素、石油焦的催化气化和石油焦与煤或生物质共气化等方面的研究以及石油焦气化的工业应用进展进行了总结;探讨高硫石油焦配煤气化的可行性,对高硫石油焦配煤气化和干煤粉气化方案分别进行了模拟计算及技术经济分析,并与工业上掺烧高硫石油焦气化的运行结果进行了比较,与干煤粉气化相比,高硫石油焦配煤气化的比氧耗、比煤耗降低,有效合成气产量增加,具有较好的经济性;采用高硫石油焦配煤气化制取合成气既可以解决高硫石油焦的利用问题,又能拓宽煤气化的原料范围,是一条高效、清洁利用高硫石油焦的新途径。     

加压喷动流化床煤部分气化数值模型

对加压喷动流化床部分煤气化进行了数值模拟,采用对流动分区法和化学反应速率法进行计算,模型考察了设计参数、运行工况、煤种特性对煤的气化影响,研究了在喷动流化床中压力对煤气化影响,模型计算结果表明,系统压力、反应温度是影响煤部分气化的最关键因素。