水煤浆与天然气共气化热力学模拟

为了降低生产成本,减少CO_2排放,实现n(H_2)/n(CO)可调,将水煤浆与天然气进行联合转化。从热力学角度对共气化过程各反应的竞争能力进行了分析。利用Aspen Plus软件对该过程进行了模拟,分析了氧气进料流量、天然气进料流量对气化炉出口温度、气体摩尔组成、合成气摩尔分数、n(H_2)/n(CO)的影响。计算了多种不同进料流量下的出口参数,通过对这些数据进行筛选,得到气化室出口温度在1 340~1 360℃之间,n(H_2)/n(CO)大于1.15,合成气摩尔分数大于0.72时的天然气和氧气的进料流量。     

利用Aspen Plus对粉煤气化与水煤浆气化过程的模拟分析

基于Aspen Plus模拟软件,建立了粉煤气化和水煤浆气化过程模拟的模型,选择反应平衡模型以及合适的反应模块,应用Gibbs自由能最小化方法分别对宁夏宁东矿区的三种煤进行气化模拟,参照实际生产指标建立模型,将模拟计算的结果与实际生产中所产粗煤气组分进行比较,结果吻合较好。故该模型对于指导实际生产及预测煤种气化产物具有一定的意义。     

污水油泥掺配水煤浆气化数值模拟研究

在对炼油厂典型污水处理油泥及其掺配水煤浆产物分析的基础上,基于ANSYS Fluent模拟平台,对空白水煤浆及掺配5%油泥水煤浆进行气流床高温气化数值模拟研究。研究结果表明:含油泥水煤浆较空白水煤浆提高了碳转化率及有效气含量,粗煤气中有效气(CO+H_2)体积分数从81%提高到86%,组分中H_2和H_2O成分有所下降,CO含量有较小增大趋势,从而提高了气化炉运行的经济性并达到节能环保的效果。     

油页岩与褐煤地下共气化模型试验

为了打开劣质能源资源的利用途径,进行了油页岩和褐煤热解干馏以及地下共气化试验。热解时,两者均在400℃开始有大量气体析出,在500℃~600℃达到最大,析出气以氢气和甲烷为主,并含微量的C2和C3的烷烯烃等;地下共气化时,气化剂从空气到富氧空气能够使煤气的有效组分含量大幅提升,但气化剂φ(O2)在30%～50%变化时,得到的煤气的有效组分含量并没有太大差异,因此以φ(O2)为40%的富氧气化时的煤气组分较为经济,此时煤气中有效组分体积分数约为40.79%,热值约5300kJ/m3,沿气化通道方向,页岩层先后出现气体析出峰值,页岩层析出气体中烷烯烃组分的体积分数C2>C3>C4,且其均在1%以下;经历高温燃烧气化后,黄褐色、致密的油页岩变成疏松、分层开裂明显的岩块。     

油泥与木屑共气化协同效应研究

针对油泥和木屑共气化处理工艺,以CO₂为气化剂,利用热重分析系统考察木屑、油泥及其共混物的气化特性,研究了不同比例的混合物共气化的协同效应。利用螺旋气化反应装置对不同比例的混合物进行气化实验,分析对比气化实验三相产物产率的实验值和理论计算值。研究发现：木屑的气化性能优于油泥,混合物中木屑含量的增加可显著提高油泥的气化性能和气化反应活性,油泥含量的增多可增强木屑的气化反应;混合物气化反应的质量损失速率实验值曲线在挥发分析出和气化阶段均低于计算值曲线;混合物气化反应的气相产率随混合物中木屑含量的增大而增大,油泥/木屑质量比为6/4的共混物气体产率可达48.48%,且实验值比理论计算值高20.05%。研究表明,木屑与油泥共气化反应存在显著的协同效应。     

1 MWth 煤化学链气化过程模拟

基于Aspen Plus建立了1 MWth煤化学链气化模型,探讨了气化过程中不同煤种(宁夏煤、新疆煤、云南煤)、不同载氧体(赤铁矿、锰矿)、温度、氧/碳摩尔比、压力、水蒸气/煤质量比对合成气组分的影响及实现系统自热平衡运行的条件。结果表明：在700~1200 ℃范围内,随着反应温度升高,3种煤合成气产率及冷煤气效率先增加后趋于平缓;水蒸气/煤质量比在0.5~1.5范围内增大、压力在0.1~3.0 MPa范围内增加都会使合成气产率降低;随氧/碳摩尔比在0.1~1.7范围内增大,合成气产率显著降低,系统由外部供热变为向外放热;当系统实现自热平衡运行时,赤铁矿和天然锰矿载氧体的氧/碳摩尔比分别为1.1和1.5;在保证反应速率和经济成本的前提下,优先选择天然锰矿石作为载氧体。     

原煤与石油焦共气化反应特性

采用固定床反应器,以水蒸气为气化介质,研究了金山石油焦和3种不同煤阶原煤（小龙潭褐煤、神府烟煤、高平无烟煤）的共气化反应特性,考察了不同煤阶原煤对煤 石油焦共气化反应活性和产物气组成的影响,以及含碳物料的气化反应活性与其CO2吸附量的关系。结果表明,向石油焦中添加一定量的原煤,可在一定程度上改善石油焦的气化反应活性,提高气体产物中H2含量,如小龙潭褐煤的添加量为40%时,其与石油焦共气化反应活性约为石油焦单独气化时的2~3倍,气体产物中H2含量提高了12%;煤与石油焦共气化的反应活性、气体产物中H2以及合成气(H2+CO)含量均按小龙潭褐煤、神府烟煤、高平无烟煤的顺序依次降低;由于3种原煤中活性金属组分含量的不同,其对应的CO2吸附量表现出一定差异。此外,含碳物料的气化反应速率与CO2强吸附量呈线性关系,拟合强度范围为097～099, CO2吸附量可作为表征含碳物料气化反应活性大小的一项指标。     

LNG沉浸式气化器的数值模拟

液化天然气调峰系统中常用沉浸式气化器。与普通换热器相比,LNG沉浸式气化器有很多特殊性。为实现LNG沉浸式气化器的合理设计,必须掌握其内的两相流动流场及其传热特性,而LNG沉浸式气化器内流体流动和换热方面的数值模拟尚未见报道。在分析、组合其他模型的基础上,建立了LNG气化器内流动与传热过程的物理和数值模型,用标准湍流模型描述流体的湍流流动,用混合物模型处理多相流动,用离散相模型描述射流气体与水浴的相间耦合计算,用UDF函数添加源项方法描述液体气化过程,对LNG沉浸式气化器进行了三维数值模拟。获得了管程LNG气化过程中气、液相分布和流动情况,讨论了换热管倾斜角、射流气体雷诺数、射流喷嘴与换热管相对位置对气化过程的影响。结果表明,换热管向上倾斜2°以上可避免产生气阻现象;喷嘴射流气雷诺数在50 000左右、喷嘴与换热管同位布置换热效率最高。     

粉煤气化与水煤浆气化能耗对比分析

以内蒙古伊泰化工有限责任公司120万t/a精细化学品项目的实际运行数据为依据,采用Aspen Plus模拟软件,对比分析了相同压力下粉煤气化技术和水煤浆气化技术的综合能耗;另外,以水煤浆气化煤制甲醇装置为研究对象,分析了不同压力下水煤浆气化技术的综合能耗。结果表明：在气化单元和变换单元中,于4.2 MPa条件下,与水煤浆气化技术相比,采用粉煤气化技术综合能耗可降低1 249.99 MJ;采用水煤浆气化技术,与4.2 MPa气化压力相比,6.5 MPa的全流程综合能耗降低746 MJ,相对差值为3.8%。     

裂解焦油气化装置烧嘴的改造与应用

针对裂解焦油气化装置烧嘴易烧损、寿命短(30 d)的问题,分析烧损产生的原因,在此基础上提出改造措施。改造措施包括:缩小喷头直径、减小壁厚与缩进量、更换烧嘴冷却水盘管材质、改善烧嘴头部冷却室结构。对改造前后烧嘴的性能进行冷态模拟,模拟结果表明,改造后烧嘴的性能好于改造前烧嘴的性能。在气化装置上应用改造后的烧嘴,取得了良好效果:单次使用寿命达到103 d,碳洗塔出口干气中一氧化碳与氢气总含量(φ)达到88%~89%,气化炉顶部法兰最高温度降低至260℃,烧嘴冷却水盘管完好无损,耐火砖减薄速率降低。     

合成气化学技术新进展

论述了由合成气制取甲醇、乙醇、异丁醇、醋酸、二甲醚、乙二醇以及合成气制脂族聚酯系生物降解类塑料的技术进展。     

裂解焦油气化技术在国内首次工业化应用

大庆石化公司新建合成气装置以裂解焦油为原料生产合成气,具有成本低、生产安全稳定性好、实现了清洁生产等特点。该技术在国内首次应用,也是世界第2套以裂解焦油为原料生产合成气的装置,对中国乙烯化工行业的裂解焦油深加工利用具有重大的意义。     

脱水污泥/白杨木锯末共气化影响因素研究

采用外热式反应釜,以醋酸钾为活化剂,进行了城市脱水污泥和白杨木锯末共热解制取气体的研究。考察了锯末掺混量、热解温度、活化剂添加量、反应时间对共热解气体的产量、组成及热值的影响规律。结果表明:随着锯末掺混量的增大,气体的产量、H_2含量和热值均先增大后减小;随着热解温度的升高,气体的产量、H_2含量不断增大,热值先增大后减小;随着活化剂添加量的增大,气体的产量和H_2含量均不断增大,热值先增大后减小;随着反应时间增加,气体的产量不断增大,H_2含量和热值均先增加后减小。当污泥和锯末质量比为1∶1,热解温度为500℃,活化剂添加质量分数为6%,反应时间为60min时,热解气体的产量、氢气体积分数及热值分别为152.62 L/kg,31.12%和17.75MJ/m3。     

LNG沉浸式气化器(SCV)管程的数值模拟

本文分析了LNG沉浸式气化器的温度场、压力场、流场、气相组分的分布,对管间距、流体流速、管子粗糙度对管程气化率的影响,进行了分析,得出了相关结论。     

喷嘴结构对粉煤气化过程影响的数值模拟

为研究气化喷嘴对气流床干煤粉气化炉气化过程的影响规律,并对喷嘴结构进行优化,针对具有不同煤粉通道旋转角θ和旋流叶片安装角度α值气化喷嘴的气化炉建立三维模型并进行数值模拟。通过冷态模拟发现：气化室内流体的速度场主要受α值的影响,而θ值对气化室内煤粉颗粒的质量浓度影响更加明显。当θ=60°、α=30°时,煤粉颗粒的弥散性最好,气化室内流体的速度分布、煤粉颗粒的质量浓度以及气化剂分布更加均匀,有利于气化炉气化效率的提高。取喷嘴结构参数θ=60°、α=30°的模型进行气化过程热态模拟,辐射传热采用P-1模型、湍流-化学反应过程采用EDC模型、脱挥发分采用Two-Competing Rates模型。模拟结果显示,该喷射条件下气化室内的流场分布好,气化效率高,合成气有效气组分CO+H₂总摩尔分数达到91.6%,碳转化率达到98.11%。     

超级开架式气化器传热管换热过程的数值模拟分析

超级开架式气化器（SuperORV）是一种以海水为热源的新型气化器,它采用双层结构的传热管,可有效改善传统开架式气化器管束外结冰的状况并提高换热效率,而目前国内对该装置传热性能的研究还较少。为此,对SuperORV关键传热单元--传热管的换热过程进行了模拟研究,建立了SuperORV传热管整体换热过程的传热计算模型。该模型利用两组离散化方程组分别描述了SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,在给定的尺寸和边界条件下对传热管的整体换热性能进行了数值模拟,得到了传热管各个局部的表面换热系数和温度分布曲线,进而推导出了传热管总换热系数和热流密度的分布曲线。海水和外翅片管上的温度分布曲线可用于预测传热管外表面易结冰的位置,传热管总换热系数和热流密度的分布曲线则可为传热管的整体换热性能描述提供帮助。该模型及相关模拟分析可望为该类气化器的设计、选型和运行管理提供参考。     

流化床内松木屑气化过程的MP-PIC数值模拟

基于多相质点网格(MP-PIC)方法建立了三维流化床内的生物质气化反应模型,考虑蒸发、挥发分析出以及均相、非均相反应等子模块,研究了松木屑在气-固强非线性耦合作用下的空间分布特性和高温热传递过程中的热物性分布规律,探究了不同的空气当量比(ER)、蒸汽生物质比(SBR)、气化温度对气化性能和气相热物性的影响规律。结果表明：可燃气体和焦炭的氧化反应促使气相温度升高,而低温蒸汽将自由空域的温度降低至约900 K;ER的增加提升了炉内的气化温度,减小了气体密度和比热容,然而过量的空气会降低气化性能和炉内温度;SBR的增大稀释了气化产物浓度;增加气化温度提升了H₂产率,但抑制了C₂H₄的生成。     

水煤浆气化工艺过程中的特殊阀门

根据水煤浆气化工艺的特点和特殊要求,结合实际使用状况,阐述了气化工艺中重要阀门的选型原则,为同类装置的工艺设计和仪表选型提供了参考依据.涉及的主要阀门有:耐冲刷和频繁动作的气化炉锁渣阀和冲水阀,是装置升压和排渣的关键;耐高温和纯氧工况的氧气调节阀和切断阀,是装置运行的安全保证;大流量和含颗粒介质的合成气出口切断阀和调节阀;满足正常调节和快速泄放功能的合成气压力调节阀;以及耐冲蚀和闪蒸工况的黑水调节阀.     

LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟

研究了195t／h开架式海水气化器翅片管的换热过程。利用ANSYS软件建立了挤压式翅片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。