【摘要】：煤炭資源是中國(guó)重要的基礎(chǔ)能源和化工原料。在我國(guó)一次能源資源儲(chǔ)藏總量中,煤炭約占94.22%,石油和天然氣合計(jì)不足6%。煤氣化技術(shù)是清潔高效利用煤炭的重要技術(shù),是煤制氣、煤制液體燃料和煤制化工產(chǎn)品的前段工藝技術(shù)。流化床氣化技術(shù)作為煤氣化技術(shù)的重要組成,具有反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成均勻、煤種適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì);但是流化床氣化受顆粒處于流態(tài)化的限制,一般只能運(yùn)行在1 000℃以下,導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率較低。氣流床氣化技術(shù)雖然對(duì)原煤的可磨性或成漿特性有嚴(yán)格要求,但是具有運(yùn)行溫度高、可實(shí)現(xiàn)極高碳轉(zhuǎn)化率的特點(diǎn)�；诖�,中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所提出了循環(huán)流化床預(yù)熱熔融氣化工藝。該工藝通過(guò)將煤的預(yù)熱和熔融氣化結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣化過(guò)程的分級(jí)控制,在利用循環(huán)流化床反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì),有效降低系統(tǒng)對(duì)煤種及原料粒徑要求的同時(shí),利用氣流床反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)高效氣化。作為循環(huán)流化床預(yù)熱熔融氣化技術(shù)的初步研究,本論文開(kāi)展了循環(huán)流化床預(yù)熱氣化工藝(固態(tài)排渣)試驗(yàn)研究,預(yù)熱單元采用循環(huán)流化床反應(yīng)器,氣化單元采用下行床反應(yīng)器。本論文首先在改造的0.15 t/d工藝探索試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了工藝探索試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了工藝的可行性,并根據(jù)獲得的設(shè)計(jì)依據(jù)搭建了 15 kg/h預(yù)熱氣化試驗(yàn)臺(tái);在搭建完成的試驗(yàn)臺(tái)上,對(duì)預(yù)熱單元中燃料的預(yù)熱特性、預(yù)熱單元和氣化單元運(yùn)行條件對(duì)系統(tǒng)特性的影響和工藝的燃料適應(yīng)性進(jìn)行了研究;建立了循環(huán)流化床預(yù)熱氣化工藝平衡模型,并通過(guò)模擬計(jì)算分析了強(qiáng)化氣化反應(yīng)的途徑。本論文獲得的主要結(jié)論如下:(1)工藝探索試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了預(yù)熱單元在900 ℃和氣化單元在1100℃的穩(wěn)定運(yùn)行。燃料經(jīng)過(guò)預(yù)熱轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)熱半焦,顆粒的比表面積和總孔體積增加,顆粒所含炭的反應(yīng)性增強(qiáng),使預(yù)熱半焦的氣化反應(yīng)性強(qiáng)于原煤,實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料的改性提質(zhì)。氣化單元在預(yù)熱單元的基礎(chǔ)上提高了氣化溫度,使預(yù)熱半焦得到了有效氣化,碳轉(zhuǎn)化率和CO+H2產(chǎn)率在預(yù)熱單元的基礎(chǔ)上顯著升高。(2)建立了循環(huán)流化床預(yù)熱氣化工藝的性能設(shè)計(jì)計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法,并完成了 15 kg/h預(yù)熱氣化試驗(yàn)臺(tái)的搭建,實(shí)現(xiàn)了空氣、富氧-水蒸氣和純氧-水蒸氣氣化工況的穩(wěn)定運(yùn)行。(3)預(yù)熱過(guò)程通過(guò)促進(jìn)煤顆粒中芳香層架構(gòu)的碳鏈斷裂,增加了活性缺陷碳結(jié)構(gòu)比例,對(duì)燃料有顯著的改性提質(zhì)作用。由于水煤氣反應(yīng)既可促進(jìn)活性缺陷碳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生,又會(huì)引起活性缺陷結(jié)構(gòu)的消耗,在這兩方面的作用下,純氧-水蒸氣預(yù)熱條件時(shí)900℃左右為提高神木煙煤改性提質(zhì)效果的最佳預(yù)熱溫度,0.87 kg/kg左右為提高神木煙煤改性提質(zhì)效果的最佳預(yù)熱蒸汽煤比,富氧-水蒸氣預(yù)熱條件時(shí)50%氧氣濃度左右為提高神木煙煤改性提質(zhì)效果的最佳一次氣化劑氧氣濃度。燃料粒徑由0-0.5 mm增加至0-1.0 mm后,氣化劑向顆粒內(nèi)擴(kuò)散和顆粒內(nèi)生成氣體向外擴(kuò)散的阻力增加,使預(yù)熱的改性提質(zhì)效果降低。(4)預(yù)熱半焦在氣化單元中的氣化主要通過(guò)水煤氣反應(yīng)和生成CO的燃燒反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。以神木煙煤為燃料時(shí),當(dāng)預(yù)熱氣化劑由空氣改變?yōu)榧冄?水蒸氣,以及預(yù)熱溫度由692℃升高至879℃時(shí),預(yù)熱過(guò)程對(duì)燃料的改性提質(zhì)效果增強(qiáng),系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率升高;由于在預(yù)熱蒸汽煤比為0.81時(shí)預(yù)熱的改性提質(zhì)效果較強(qiáng),系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率此時(shí)相對(duì)較高。提高氣化單元溫度對(duì)水煤氣反應(yīng)的強(qiáng)化作用較大,增加二次氣化劑氧氣濃度和氣化單元氧氣煤比對(duì)生成CO的燃燒反應(yīng)的強(qiáng)化作用較大,這兩個(gè)反應(yīng)的強(qiáng)化均使系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率升高。在預(yù)熱產(chǎn)物切向和軸向方式給入氣化單元頂部的結(jié)構(gòu)下,將二次氣化劑分級(jí)均使氣化單元平均溫度升高,系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率升高。預(yù)熱氣化工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)神木煙煤、神木半焦和宿遷氣化細(xì)粉灰的有效氣化,具有較強(qiáng)的燃料適應(yīng)性。(5)建立了循環(huán)流化床預(yù)熱氣化工藝平衡模型,并利用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算可知,通過(guò)氧氣煤比和散熱控制氣化單元溫度在1200 ℃-1350℃范圍、系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率在70%-99%范圍變化時(shí),CO2產(chǎn)率基本只受散熱的影響。散熱不變通過(guò)增加氧氣煤比提高氣化溫度和系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率時(shí),主要通過(guò)對(duì)生成CO的燃燒反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)的強(qiáng)化提高CO和H2產(chǎn)率,其中燃燒反應(yīng)的強(qiáng)化效果更先出現(xiàn);氧氣煤比不變通過(guò)減少散熱提高氣化溫度和系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率時(shí),主要通過(guò)對(duì)Boudouard反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)的強(qiáng)化提高CO和H2產(chǎn)率,Boudouard反應(yīng)的強(qiáng)化效果更先出現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ546
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｗｉｎｋｌｅｒ邋（ＨＴＷ）邋ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑Ｕ－Ｇａｓ氣化工藝是美國(guó)煤氣工業(yè)研宄院基于灰融聚技術(shù)開(kāi)發(fā)的流化床氣逡逑化工藝，如圖１．３所示。Ｕ－ｇａｓ氣化工藝使用０－６ｍｍ粒徑的原料，在灰熔點(diǎn)溫度逡逑以下操作，氣化溫度約ｌ000－ｌｌ00°Ｃ，通過(guò)使灰黏聚成球，實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塊的選擇性逡逑脫去。給入氣化爐的燃料會(huì)被從底部高速進(jìn)入的氣化劑流化，使床層的煤�；伊ｅ义铣史序v狀態(tài)，氣化劑可使用氧氣（或富氧）、空氣和水蒸氣。氣化爐內(nèi)燃料在逡逑１０００邋°Ｃ進(jìn)行干燥、干餾、熱解和燃燒，并進(jìn)行水蒸氣的分解和碳的還原反應(yīng)，逡逑實(shí)現(xiàn)煤的氣化［２８，２９］。大顆粒燃料在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間為４５－６０分鐘，流化速度逡逑為０．６５－１邋ｍ／ｓ。Ｕ－ｇａｓ氣化爐通過(guò)形成局部高溫區(qū)，使灰澄在高溫區(qū)內(nèi)相互黏結(jié)、逡逑團(tuán)聚成球，同時(shí)在下部設(shè)有灰黏聚分離裝置，借助重量的差異實(shí)現(xiàn)灰球和煤粒的逡逑分離

邋鎖斗系統(tǒng)逡逑ｎ逡逑圖１．２高溫Ｗｉｎｋｌｅｒ邋（ＨＴＷ）氣化爐示意圖［２６］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｗｉｎｋｌｅｒ邋（ＨＴＷ）邋ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑Ｕ－Ｇａｓ氣化工藝是美國(guó)煤氣工業(yè)研宄院基于灰融聚技術(shù)開(kāi)發(fā)的流化床氣逡逑化工藝，如圖１．３所示。Ｕ－ｇａｓ氣化工藝使用０－６ｍｍ粒徑的原料，在灰熔點(diǎn)溫度逡逑以下操作，氣化溫度約ｌ000－ｌｌ00°Ｃ，通過(guò)使灰黏聚成球，實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塊的選擇性逡逑脫去。給入氣化爐的燃料會(huì)被從底部高速進(jìn)入的氣化劑流化，使床層的煤�；伊ｅ义铣史序v狀態(tài)，氣化劑可使用氧氣（或富氧）、空氣和水蒸氣。氣化爐內(nèi)燃料在逡逑１０００邋°Ｃ進(jìn)行干燥、干餾、熱解和燃燒，并進(jìn)行水蒸氣的分解和碳的還原反應(yīng)，逡逑實(shí)現(xiàn)煤的氣化［２８，２９］。大顆粒燃料在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間為４５－６０分鐘，流化速度逡逑為０．６５－１邋ｍ／ｓ。Ｕ－ｇａｓ氣化爐通過(guò)形成局部高溫區(qū)，使灰澄在高溫區(qū)內(nèi)相互黏結(jié)、逡逑團(tuán)聚成球

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張曉衛(wèi);師澤;;煤制甲醇?xì)饣に囘x擇探究[J];化工管理;2017年19期

2 錢笑公;;德士古工藝近況與評(píng)價(jià)[J];煤化工;1987年02期

3 朱道藩;;HTW氣化工藝的特性和最新進(jìn)展[J];化肥設(shè)計(jì);1988年02期

4 P. Gummel;劉翠玲;;用煤、焦炭、木材生產(chǎn)燃料氣城市煤氣和合成氣的魯奇氣化工藝[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1988年01期

5 W.Schafer;林文元;;德士古煤炭氣化法:魯爾煤炭化學(xué)公司的旋流氣化工藝開(kāi)發(fā)成功[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1988年04期

6 趙國(guó)方;;高溫溫克勒工藝正在西德應(yīng)用[J];山西化工;1988年03期

7 王錫康;;因廠而宜,實(shí)事求是制訂氣化工藝指標(biāo)[J];小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù);1988年01期

8 吉田裕,李帆;煤和重油混合氣化工藝的評(píng)價(jià)報(bào)告[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1989年03期

9 王戰(zhàn)軍;;關(guān)于煤化工氣化工藝的發(fā)展研究[J];化學(xué)工程與裝備;2016年05期

10 趙新川;;利用氣化工藝技術(shù)處理垃圾并獲取能源[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 于劍昆;;MDI市場(chǎng)概況及工藝進(jìn)展[A];中國(guó)聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)第十四次年會(huì)論文集[C];2008年

2 馮娜;劉芳;;重油熱裂化及氣化工藝研究[A];第十三屆全國(guó)粉體工程及礦產(chǎn)資源高效開(kāi)發(fā)利用研討會(huì)論文專輯[C];2007年

3 崔富忠;;魯奇爐煤氣水分離工藝優(yōu)化[A];以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新——第十三屆長(zhǎng)三角能源論壇論文集[C];2016年

4 代以春;;丟糟氣化工藝技術(shù)淺探[A];生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)應(yīng)用與固廢污染控制——四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)固體廢物處理專業(yè)委員會(huì)2010年度學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

5 周曉奇;;水煤氣脫砷的研究[A];第2屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 ;腐植酸鈉煤棒成型和煤棒氣化工藝控制[N];中國(guó)化工報(bào);2002年

2 本報(bào)記者 郭達(dá)清;工藝成熟 助力環(huán)保[N];中國(guó)冶金報(bào);2016年

3 本報(bào)記者 杜曉楓　徐衛(wèi)東;企業(yè)發(fā)展一定要處理好四個(gè)關(guān)系[N];農(nóng)資導(dǎo)報(bào);2010年

4 本報(bào)記者 張長(zhǎng)山;以煤制氫 凈化未來(lái)[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 梁晨;循環(huán)流化床預(yù)熱氣化工藝試驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所);2019年

2 王建華;窄條帶氣化工藝適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)與覆巖變形規(guī)律研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2017年

3 劉琦;雙流化床中煤熱解—?dú)饣に囋囼?yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2009年

4 王張卿;基于三區(qū)分布的煤炭地下氣化物料與能量平衡模型的構(gòu)建[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 賀建平;Lurgi氣化工藝廢水預(yù)處理技術(shù)研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2013年

2 亓笑顏;新疆煤的成漿性與氣化工藝[D];華東理工大學(xué);2014年

3 曹小玲;生物質(zhì)高溫空氣氣化工藝過(guò)程分析與高溫空氣發(fā)生器的研制[D];中南大學(xué);2002年

4 劉勛;基于煤制氣的呼倫貝爾褐煤的氣化特性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究[D];遼寧科技大學(xué);2015年

5 張杰;氣流床氣化顆粒物分布特性及熱氧氣化工藝研究[D];華東理工大學(xué);2013年

6 葉琴;二級(jí)熱水連續(xù)汽化裝置在液氯氣化工藝中的應(yīng)用[D];南昌大學(xué);2009年

7 李松;流化床中生物質(zhì)氣化工藝實(shí)驗(yàn)研究[D];山東理工大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2723019