合成氣作為一種重要的化學(xué)反應(yīng)中間原料氣備受關(guān)注。以合成氣為原料制備的下游產(chǎn)品眾多,且經(jīng)濟(jì)效益好。因此,探索新型合成氣制備方法對合成氣的制備有著深遠(yuǎn)的意義。煤催化氣化技術(shù)是一項(xiàng)具有前景的新型氣化技術(shù),其催化劑可作為氣化反應(yīng)的熱載體及載氧體。目前,以煤為主的固體燃料催化氣化制備合成氣的技術(shù)尚處于探索研究階段,反應(yīng)器的設(shè)計與運(yùn)行、催化劑的性能、反應(yīng)器內(nèi)氣固流動特征等方面均有待進(jìn)一步探究。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對煤催化氣化技術(shù)進(jìn)行研究。本文以Fe2O3作為催化劑,以水蒸氣作為氣化劑,采用流化床反應(yīng)器對寧東煤的催化氣化過程進(jìn)行小試研究。主要針對氧碳比、水蒸氣量、氣化溫度等操作條件對氣化性能的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:當(dāng)溫度為900℃、O/C摩爾比為0.5:1、水蒸氣流量為1.8ml/min時,出口合成氣含量達(dá)到最大值71%,碳轉(zhuǎn)化率為84%;當(dāng)水蒸氣流量為2.2ml/min時,氣化效率達(dá)到最大值62%。在實(shí)驗(yàn)室流化床反應(yīng)器煤催化氣化小試研究的基礎(chǔ)上,對該煤催化氣化過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。按照小試研究的反應(yīng)器建立了數(shù)值化模型,并且建立了化學(xué)反應(yīng)模型:煤炭脫揮發(fā)分采用兩步競爭反應(yīng);煤焦炭氣化反應(yīng)采用有限速率模型;水氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)采用有限速率/渦耗散模型;Fe2O3催化劑的還原反應(yīng)采用球縮核(SCM)模型。結(jié)果表明:在O/C摩爾比為0.5:1、水蒸氣流量為2.2ml/min、氣化溫度為900℃時,出口合成氣含量達(dá)到最大值70%,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析,其誤差范圍在2%以內(nèi)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬值對比可知:模擬所構(gòu)建的氣固流動與化學(xué)反應(yīng)模型能比較準(zhǔn)確的預(yù)測流化床燃料反應(yīng)器中煤催化氣化的特性,對實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)行了有效的補(bǔ)充和拓展,為反應(yīng)器的放大設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化可以提供有力的技術(shù)支持和指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE665.3;TQ546
【部分圖文】：

有重要意義［９］。逡逑甲烷的水蒸氣重整是最早研究也是最簡單的天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣的方法。其過程包括：逡逑原料的預(yù)處理、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、水汽變化、脫碳。如圖１－２所示。逡逑－不－－Ｉ邋—叩逡逑邐ｊ邐丁邐邐ＪＲ邐邋邐邐逡逑氣一逡逑氧氣或邐逡逑空氣邋＿逡逑圖１－２甲烷水蒸氣重整制備合成氣逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｙｎｇａｓ邋ｆｒｏｍ邋ｍｅｔｈａｎｅ邋ｓｔｅａｍ邋ｒｅｆｏｎｎｉｎｇ逡逑３逡逑

：煤氣；碳轉(zhuǎn)化率高，且煤氣中又不含焦油和油類；減少環(huán)境污染［３５］。ＧＳ制合成氣方面的優(yōu)勢：燒嘴和水冷壁的使用壽命比較長，維護(hù)費(fèi)用低；工藝化，設(shè)備規(guī)格尺寸小，投資少，建設(shè)周期短；ＧＳＰ煤氣化工藝可靠性好，運(yùn)行費(fèi)用低；操作彈性大；開、停車操作方便，且時間短，從冷態(tài)達(dá)到自動化水平高，整個系統(tǒng)操作簡單，安全可靠；環(huán)保性能好［３Ｗ８］。逡逑化床煤氣化制合成氣逡逑床煤氣化是指在固體煤炭燃料氣化過程中，一定粒徑的煤粉與氣化劑均噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器的爐體內(nèi)，瞬間著火，火焰溫度高達(dá)２０００°Ｃ，其中主要反應(yīng)，生成可燃?xì)怏w的過程。其中典型的流化床氣化技術(shù)主要有：高溫溫克熔聚氣化工藝和循環(huán)流化床氣化工藝。逡逑高溫溫克勒（ＨＴＷ）工藝逡逑溫克勒氣化是采用了比最初低溫溫克勒氣化工藝法更低的氣化溫度和氣化后出爐的初煤氣直接進(jìn)入兩級旋風(fēng)分離器，未充分氣化反應(yīng)含碳量較高回爐內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，可以提升碳轉(zhuǎn)化率，二級旋風(fēng)分離器流出的氣體進(jìn)入廢示意圖１－３。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：氣化劑消耗低；煤炭適應(yīng)度寬；操作負(fù)荷彈開停車方便逡逑Ｗ邋——９00＇Ｃ邐．￣逡逑

（３）循環(huán)流化床氣化工藝逡逑循環(huán)流化床（ＣＦＢ）中的操作氣速介于氣流床和鼓泡流化床之間，從而具有較大的滑移逡逑氣速，使其增加了氣一固之間的傳熱和傳質(zhì)速率，如圖１－５所示。ＣＦＢ煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)主逡逑要有：煤炭適用范圍廣；常壓操作；有利于小廠操作；除塵效率優(yōu)；煤氣有效成分氋；原煤逡逑已加工［４Ｍ３］。逡逑

本文編號：2832689