【摘要】：我國的煤炭資源儲量非常豐富,且種類十分齊全,是我國主要的一次能源來源。近些年來,隨著日益嚴重的環(huán)境污染問題以及經(jīng)濟發(fā)展迅速增長的能源需求,如何清潔、高效地利用煤炭資源,成為目前影響我國能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要議題。在低碳經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的倡導(dǎo)下,中國科學(xué)院啟動了“低階煤清潔高效梯級利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(簡稱“煤專項”)。過程工程研究所依托這一科研平臺,發(fā)展了“煤拔頭”固體熱載體工藝。本論文針對“煤拔頭”工藝中下行床與料倉聯(lián)合裝置中的煤熱解過程,采用歐拉多流體模型,耦合了質(zhì)量、動量、能量傳遞以及化學(xué)反應(yīng)模型來研究反應(yīng)器內(nèi)的流動、傳熱以及反應(yīng)特性。論文首先根據(jù)單個顆粒層次的質(zhì)量守恒推導(dǎo)出適用于多流體模型的粒徑-密度變化模型,并與多流體模型進行耦合。同時,與粒徑相關(guān)的參數(shù),如相間曳力系數(shù)、傳熱系數(shù)以及多組分顆粒動理論參數(shù)在計算中會直接調(diào)用變化的瞬時粒徑、密度值。接下來本文考察了一級全局反應(yīng)模型以及雙平行競爭模型。重點考察了溫度對活化能、反應(yīng)速率以及產(chǎn)物生成比例的影響。主要得到以下結(jié)論:(1)在反應(yīng)過程中,煤顆粒的粒徑變小,相間傳熱系數(shù)增大,升溫速率增加,反應(yīng)速率也隨之增大,煤的轉(zhuǎn)化率越高。熱解反應(yīng)模擬過程中,應(yīng)考慮粒徑變化的影響。(2)煤的熱解過程在低溫時具有較低的活化能和反應(yīng)速率,趨向于生成更多的固體半焦產(chǎn)物,高溫時具有較高的活化能和反應(yīng)速率,趨向于生成輕質(zhì)氣體產(chǎn)物,因此雙平行競爭模型更符合煤實際的熱解過程。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)（北京）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ530.2
【圖文】：

我國煤炭資源現(xiàn)狀中國是世界上最大的煤炭能源生產(chǎn)國，同時是世界上最大的煤炭消耗國，其產(chǎn)經(jīng)超過世界煤炭總產(chǎn)量的三分之一，是世界上少數(shù)的幾個以煤炭作為主要能國家[1]，如圖 1.1 所示。根據(jù) 《中國礦產(chǎn)資源報告（2016）》，“十二五”期間，已探明的煤炭資源儲量為 15663 億噸，相比于 2010 年的 13408 億噸增長了%，2015 年能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占 64%，石油占 18%，水電、風(fēng)電和核電占，天然氣占 5.9%[2]。由以上數(shù)據(jù)可以看出我國基礎(chǔ)能源資源的特點是“富煤、、少氣”，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，隨著石油能源儲量的漸漸枯竭，其能獻比例必然會同步減少，但是煤炭資源在我國的豐富賦存，加上近些年相關(guān)化藝的改進和突破，煤炭的一系列清潔利用技術(shù)漸漸成熟并且在工業(yè)上已取得的經(jīng)濟效益，因此我國的能源現(xiàn)狀決定了我國還將長期維持以煤炭為主要一源的能源消費結(jié)構(gòu)。

價值較高的富氫組分轉(zhuǎn)化成液體提取出來，剩下的固體產(chǎn)燒作為固體熱載體的熱源，以進行進一步的利用，從而達到級利用的效果[9]。該工藝的流程可以簡單描述為：將低階煤應(yīng)器，在下行床中與提升管中來的熱灰顆粒進行強烈的混之后在大氣壓、中溫(550～700℃)、無催化劑、無氫氣的反應(yīng)快速熱解。熱解氣產(chǎn)物在反應(yīng)器的底部出口處收集起來進氣體產(chǎn)物中的固體顆粒，在急冷器中快速冷卻獲得液體產(chǎn)藝特點是：反應(yīng)條件相對于其他煤炭轉(zhuǎn)化工藝溫和，流程簡下就可從原煤中提取煤焦油產(chǎn)物；將下行床裝置和國際循環(huán)效地結(jié)合；能夠較大程度地轉(zhuǎn)化、提取煤中高價值的組分值。關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在三個方面：快速熱解、快速分離與少了二次反應(yīng)的發(fā)生，適合于生產(chǎn)以中間產(chǎn)物為目標(biāo)的熱縮短產(chǎn)物停留時間，生成更輕質(zhì)化的液體產(chǎn)物，實現(xiàn)氣固快程圖如圖 1.2。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 韓永濱;劉桂菊;趙慧斌;;低階煤的結(jié)構(gòu)特點與熱解技術(shù)發(fā)展概述[J];中國科學(xué)院院刊;2013年06期

2 郝麗芳;宋文立;張香平;李洪鐘;;低碳經(jīng)濟下煤熱解綜合利用技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2012年03期

3 胡予紅,孫欣,張文波,張斌川,孫慶剛;煤炭對環(huán)境的影響研究[J];中國能源;2004年01期

4 岑可法,駱仲泱,方夢祥,李絢天,陳飛,王勤輝,胡國新,倪明江;新穎的熱、電、燃氣三聯(lián)產(chǎn)裝置[J];能源工程;1995年01期

5 李定凱，沈幼庭，徐秀清，曹柏林，馬潤田;循環(huán)流化床煤氣─熱─電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用前景[J];煤氣與熱力;1994年05期

本文編號：2739704