Simulating novel gas turbine conditions for materials assessment: cascade design and operation

Integrated gasification combined cycles can incorporate pre-combustion carbon capture. High-H₂ syngas produces high H₂O levels after combustion, potentially accelerating gas turbine component damage. Determining materials systems’ suitability for this novel environment requires exposures in representative environments. Thus, an existing 0.7?MW burner rig was modified to generate the combustion environment and incorporate a cascade of 15 air-cooled turbine blades. Computational fluid dynamic calculations using blade dimensions and flow requirements supported the cascade design and determined blade placement within the gas flow. Trials of the modified unit have shown that a simulated combusted H₂-rich syngas composition was generated at gas temperatures ≤1440°C. A 1000?h exposure has been carried out with thermal barrier coated blades to demonstrate the operation of the unit.

This paper is part of a thematic issue on the 9th International Charles Parsons Turbine and Generator Conference. All papers have been revised and extended before publication in Materials Science and Technology.     

合成液体燃料的活性炭负载钴基催化剂的反应性能

在固定床等温积分反应器中,考察了活性炭负载钴基催化剂(Co/AC)的费托(F-T)合成反应性能,采用BET、H2-TPR和SEM等方法对Co/AC催化剂进行了表征。表征结果显示,Co/AC催化剂孔道属于微孔和中孔的混合结构,可用纯H2还原,还原温度选取350~400℃。实验结果表明,升高反应温度和反应压力、减小气态空速、增加原料气中H2与CO的摩尔比(H2/CO比),有利于提高CO的转化率;升高反应压力、降低反应温度、减小气态空速及原料气H2/CO比有利于高碳烃和高碳醇的生成。Co/AC催化剂用于F-T合成较优的工艺条件为:反应温度230℃,反应压力4.0M Pa,原料气H2/CO比2.00,气态空速2 000h-1。在该反应条件下,CO转化率为20.1%,CH4、低碳烃(C2~4)、高碳烃(C+5)、低碳醇(C1~5OH)及高碳醇(C+6OH)的选择性分别为19.1%,24.1%,36.5%,15.8%,4.5%。     

秸秆燃气合成甲醇的优化试验研究

以秸秆合成气为原料,在直流流动等温积分反应器中,使用国产C301铜基催化剂,在5 MPa压力下,进行催化合成甲醇的反应温度、秸秆合成气配比、合成气进口流量的优化试验研究.试验获得了玉米秸秆合成气合成甲醇的最佳反应条件,为生物质（秸秆）气制甲醇中试研究提供科学和实用的参考依据.     

煤基合成气一步法制二甲醚的宏观动力学

在内循环无梯度反应器中,温度220~260 ℃、空速1 000~3 000 h-1、压力5 MPa的条件下,研究了质量比为1∶1的混合型双功能催化剂上合成气一步法制二甲醚的宏观动力学,考察了温度、空速等条件对反应性能的影响。选取Langmuir-Hinshelwood双曲型动力学模型,采用麦夸特法对宏观动力学模型进行了参数估值,获得动力学模型的参数。统计检验和残差分析结果表明模型是适宜的。     

有机固体废弃物化学链气化技术研究进展

化学链气化技术(CLG, Chemical looping gasification)是基于化学链燃烧技术(CLC, Chemical looping combustion)发展而来的一种新颖的固体燃料气化技术。相较于常规气化技术,化学链气化技术省去了氧气制备、且不需要燃料燃烧来提供热量,具有合成气不被氮气稀释、焦油及N/S/Cl等污染物含量低、能量梯级利用等优点。以有机固体废弃物(简称有机固废)种类、载氧体(OC, Oxygen carrier)类型和反应装置为切入点,较为系统地综述了化学链气化处理有机固废技术的发展现状,围绕有机固废的气化特性及相关反应机理与系统进行了较为全面的介绍,并对其未来的研究方向进行了展望。     

热等离子体重整天然气和二氧化碳制合成气实验研究

常压下利用15 kW的实验室装置,进行了天然气和二氧化碳在氢等离子体射流作用下重整制合成气的实验。考察输入功率、原料气流量和甲烷与二氧化碳的配比对反应转化率、选择性的影响。结果表明:转化率主要由输入功率和原料气流量决定，产品的选择性与原料气的配比密切相关。如在等离子体输入功率8.5 kW，原料气进量1.3 m³/h，原料配比CH₄/CO₂为4∶6条件下，甲烷转化率为87.98%，二氧化碳的转化率84.34%，一氧化碳的选择性82.27％，能量产率达到1.63 mmol/kJ。与电晕放电、介质阻挡放电等离子体过程相比，热等离子体射流重整反应具有处理量大,产物单一的优点，而且能量产率较高，显示出良好的应用前景。     

合成气直接制取低碳烯烃的单管扩大试验Ⅲ．催化剂再生性能研究

对Ｋ－Ｆｅ－ＭｎＯ／Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－２催化剂积炭及烧炭的差热与热重分析结果表明，在ＣＯ加氢反应过程中催化剂表面可形成两种类型的积炭，其中Ⅰ型炭有利于提高ＣＯ加氢制低碳烯烃的选择性，而Ⅱ型炭则不能。研究结果还表明，Ｋ－Ｆｅ－ＭｎＯ／Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－２催化剂经再生后可恢复其新鲜态催化剂性能。在单管扩大试验中，反应器入口高温区催化剂表面容易形成Ⅰ型和Ⅱ型积炭，而恒温区催化剂表面只有Ⅰ型积炭，由此可导致催化剂反应床层最高温度区发生位移     

Higher alcohol and paraffin synthesis on cobalt based catalysts: Comparison of mechanistic aspects

Syngas reaction mechanism studies on cobalt based catalysts suggested that the CO dissociation step and the (alcohol and/or hydrocarbon) chain growth can be well mimicked by CO disproportionation and temperature programmed desorption (TPD) of acetaldehyde. Correlation between C₂₊ hydrocarbon selectivity and CO disproportionation on the one hand, C₂₊ alcohol selectivity and TPD after acetaldehyde adsorption on the other hand could be evidenced.     

天然气制合成气工艺技术的发展动向

分析了天然气制合成气工艺技术的国内外发展动向，指出节能降耗和灵活地调节其中的Ｈ２／ＣＯ比为２以下是当前技术开发的重点目标。扼要介绍了国外开发的ＡＴＲ工艺和Ｓｐａｒｇ工艺，并对它们的技术经济状况作了评价，是值得重视的两种新工艺     

CO CO_2 H_2 N_2在液体石蜡油中溶解度的测定

利用高压搅拌反应釜,基于气体等容吸收降压原理,在合成气制二甲醚的反应条件范围内,测定了CO、CO2、H2、N2在含有细颗粒固体催化剂的液体石蜡油中的溶解度。实验结果表明,气体的溶解度是温度与气体分压的函数,回归了溶解度与温度、压力的关联式,为工业反应器设计提供了基础数据。