一、煤部分气化技术的研究(论文文献综述)
葛琎[1](2021)在《气流床气化炉水冷壁表面液态渣膜的形成、流动、换热数值模拟与试验研究》文中认为我国“富煤贫油少气”的资源禀赋决定了煤炭作为化石能源在我国能源消费中的主要地位。随着“碳达峰”和“碳中和”要求的提出,煤炭清洁、高效、低碳利用将是未来相当长一段时间能源领域的艰巨任务。干煤粉气流床气化技术是一种清洁高效的煤炭转化技术,在我国极具市场前景。干煤粉气流床气化由于操作温度高多采用液态排渣技术,壁面渣膜的控制是气化炉设计和安全运行的关键。基于此,本文采用数值模拟和试验研究相结合的手段对干煤粉气化炉内壁面飞灰沉积过程和水冷壁表面液态渣膜流动、传热特性进行了深入研究。首先,本文采用了自行搭建的液滴流动观测试验系统对对渣滴流动过程进行直接观测和定量描述。对比研究了常温下硅油液滴、高温熔融纯K2Si4O9液滴在氧化铝制倾斜平板上的流动特性,并考察了温度、粘度、平面倾斜角度等参数对液滴流动的影响。建立了用于描述液滴在倾斜平板上运动的简化模型,得到了基于液滴最大高度、平面倾斜角度、粘度、接触线阻力、重力等参数的渣滴流动速度预测公式。结果显示,液滴流速实测值与粘度实测值之间呈现明显反比关系,二者对数关系的拟合斜率接近-1,与理论值相符。当不考虑接触线阻力时,本文模型的预测值显着高于实测值。模型包含接触线移动阻力后,速度预测值下降,更接近实测值,证明了滴接触线阻力是除粘度以外影响熔渣液滴流动的重要因素。其次,针对以往研究中渣层模拟和炉内空间模拟解耦的问题,本文将渣层模型通过交换壁面换热量和渣层表面温度耦合至CFD模型中,实现了对壁面渣层流动和传热过程的准确模拟。以简化的SHELL气化炉作为研究对象,对比了耦合计算方法与其他两种非耦合方法之间的区别,结果显示,固态渣层厚度比液态渣层厚度对壁面热流量更敏感。耦合方法所得固态渣层厚度为39.5 mm,非耦合方法结果为29.8 mm,相差了26.5%,证明了采用耦合方法的必要性和准确性。通过改变气化炉温度可知,随着炉温升高,渣层的总厚度减薄,壁面传热量上升。随着灰渣沉积量的增大,渣层变厚,气相向渣层表面传热量下降,但流动的液态渣吸收的热量上升。当气化炉水冷壁传热量在2~3 MW,炉温1700K~1800 K,高出煤灰的临界粘度温度200~300 K时,炉内壁面渣层的厚度和流动性比较合理。本文采用CFD方法模拟了稳态条件下GSP干煤粉单喷嘴下行气流床气化炉内两相流场、温度场、燃烧和气化反应分布,并结合灰渣沉积模型研究了炉内灰渣颗粒在壁面上的沉积情况。结果显示,颗粒壁面沉积量分布与气化炉结构以及炉内流场、温度场分布有关,温度是决定颗粒沉积与否的关键参数。气化炉顶部区域沉积量很少,主体中段颗粒沉积稍多且分布较为均匀,在气化炉底部锥形收口,由于下行的气流携带高温灰渣颗粒冲刷斜面,灰渣沉积在此处较为密集。提高氧煤比,虽然燃烧反应加剧,温度升高,但拱顶低温区依然存在。因此,气化炉壁面飞灰总沉积量并没有显着增加。当喷嘴旋流角增大时,高温区上移,下部低温区域扩大,颗粒沉积量也随之降低。最后,在炉内CFD模拟和壁面灰渣颗粒沉积的研究基础上继续耦合渣层模型,实现了颗粒附壁沉积、渣层传热、液渣流动等过程的准确模拟。气化炉壁面上固态和液态渣层厚度在壁面圆周方向的分布较为均匀,轴向方向的分布则与炉内气相温度场、壁面颗粒沉积量相关。炉膛主体,液态渣层厚度先逐渐增长,而后增长逐渐放缓。底部收口,由于壁面倾斜度放缓,液态渣层厚度增长迅速。随着氧煤比增大,气化炉内部温度升高,渣层厚度减薄,渣层表面流速增加。当提高基准氧煤比4%时,气体温度为1748 K时,炉膛水冷壁传热量可达40 kW/m2,与GSP气化炉实际运行数据43.8 kW/m2接近,说明本文模拟是准确的。
陈嘉豪[2](2021)在《煤粉部分气化多联产模拟研究》文中指出我国煤炭资源十分丰富,然而煤炭直接燃烧等综合利用率低、高污染的利用方式仍较为普遍,为实现煤炭的清洁高效低碳利用,本文结合粉煤富氧部分气化、半焦燃烧实现煤炭的煤气、电力分级分质利用,对300 MW煤粉锅炉进行了多联产改造模拟研究,以期为其工业化应用提供一定的理论指导。首先采用Aspen Plus软件对煤气化以及半焦燃烧过程进行建模,并基于浙江大学热能所自主设计和搭建的75kg?h-1煤粉高温裂解气化试验平台进行对比试验,结果显示模型对煤气化产物分布预测较准,对实际生产能起到一定的指导意义。然后利用此模型分别研究了氧煤比、氧气浓度、炉膛运行参数和煤种对煤气化结果的影响,结果显示:在模拟范围内,提高氧煤比可以显着提高煤气产率、冷煤气效率和碳转化率;提高氧气浓度可以显着提高有效气比例和煤气热值;采用蒙混煤和锡盟褐煤作为原料的煤气化冷煤气效率和碳转化率较高,采用神华烟煤和巩义无烟煤作为原料的半焦发热量较高;炉膛预热温度和初始压力对煤气化结果的影响不大。随后选择氧煤比、氧气浓度和煤种这三个因素进行正交模拟分析,得出以下结论:为生产高品质煤气,应选择蒙混煤或者巩义无烟煤,0.2 kg?kg-1至0.5 kg?kg-1的氧煤比和100%的氧气浓度;为生产高品质半焦,应选择神华烟煤,0.3 kg?kg-1的氧煤比和100%的氧气浓度;为提高煤气化的冷煤气效率,应选择蒙混煤或者锡盟褐煤,0.5 kg?kg-1的氧煤比和50%至100%的氧气浓度。最后针对我国某300 MW电厂进行多联产工艺改造,设计了以煤粉富氧部分气化为核心的煤气、电力多联产系统,并从经济学角度对多联产系统进行了经济效益分析、最佳经济效益探究、不确定性分析以及拓展性研究,得出以下结论:在神府东胜煤为设计煤种的前提下,氧煤比取0.65 kg?kg-1时,系统经济效益最佳,此时内部收益率高达22.51%,SPP和DPP分别仅为5.08年和6.31年;煤种选择优先度顺序为:巩义无烟煤>神华烟煤>蒙混煤>神府东胜煤;煤气价格的波动对经济效益的影响程度最大,其次分别为原煤价格、上网电价和制氧成本;本文的多联产改造方案有较好的可拓展性。本文研究结果为我国构建以煤粉富氧部分气化为核心的多联产系统提供了可靠的参考。
邓朝阳[3](2020)在《循环流化床煤部分气化探索试验研究》文中研究表明循环流化床煤部分气化技术温度低、压力低的较为温和的技术特点下,相对较多的焦油的产生是必然的。焦油的存在会引发诸多问题,因此对于合成气,焦油含量有着较为严格的规定。气化发电系统要求焦油含量为20-50 mg/Nm3、内燃机系统要求焦油含量低于10 mg/Nm3。当温度降低到一定程度,比如250℃,煤焦油中的重质组分将很快冷凝,很容易与水、焦粉和灰渣等物质粘结在一起,堵塞管道和阀门,腐蚀金属设备,引起下游脱硫脱硝等催化剂中毒,并带来酚水等二次污染问题,严重影响气化系统的稳定运行。同时,由于焦油不稳定且成分复杂,来源不同的焦油性质差异十分巨大,焦油成为制约工业发展的一个重要因素。本研究即是对循环流化床中流态化半焦的催化转化特性的试验研究。本研究在循环流化床中进行,采用焦油与半焦分别给入的研究方案,确保给入焦油含量的准确。主要研究内容为半焦催化性能的探索以及流态化半焦对焦油的催化转化特性研究。采用多种现代分析手段对气液固三相产品进行了综合分析,明确了焦油的催化转化特性,建立了操作条件、半焦结构、气体析出特性和焦油脱除特性之间的联系。现有关于焦油的催化脱除的研究大多数基于使用外部加热的小型固定床,缺乏流态化半焦和实际气化过程的实验数据。由于两级反应器的局限性,缺乏对不同焦油含量的催化裂解的研究。在本工作中,将真实焦油加入到循环流化床半焦气化炉的还原区中,使焦油在还原性气氛下发生催化转化反应。在本试验中,对真实焦油的热裂解和在半焦中的催化转化进行了研究,以探索半焦对焦油的催化转化特征。与焦油的催化转化相比,热裂解的有效气转化率较低,并且在此过程中无CO2产生。当温度从850℃升高到950℃时,有效气转化率从60.84%提高到94.26%。焦油量的增加会加剧积碳的产生,积碳会覆盖半焦的活性位点并导致其催化活性下降。焦油的热裂解和催化转化反应路线差异很大,这种差异揭示了在催化转化中焦油裂解产生的积碳大幅度降低的原因。在950℃下,半焦的出现将有效气转化率从热裂解的42.00%提升至94.26%,表明流态化半焦可以抑制焦油的缩聚反应和碳沉积,从而改善有效气转化率,证明了利用半焦催化剂脱除焦油方案的可行性。对流态化半焦的催化转化特性进行了定量的试验研究,确定了在循环流化床煤气化过程中,不同反应条件(温度、半焦粒径、水蒸气)下流态化半焦对焦油的催化转化特性,并对气固液三相产物进行了详尽分析。(1)提高气化反应温度能够显着提高焦油转化率,从850℃提高至950℃时,焦油转化率从91.66%提高至97.92%。随着温度的上升,焦油转化率增量降低,这是由于半焦的催化性能在不同温度下发生了改变,使得焦油参与热裂解和异相重整的比例改变。同时导致温度从850℃到900℃时残余焦油中的重多环芳香烃含量下降;900℃到950℃时残余焦油中的重多环芳香烃含量上升。同时在试验条件下,半焦的催化转化性能对不同的焦油成分表现出一定的选择性。对温度敏感的成分包括茚和蒽,而对温度不敏感的成分包括萘和联苯烯。(2)流态化半焦的催化转化性能取决于粒径的改变对半焦结构的改变。对试验条件下的三种粒径流态化半焦而言,焦油转化率最高的是0.1-0.5 mm半焦,其焦油转化率达到98.89%。对焦油成分的分析可以看出,试验用的三种粒径的半焦均对重多环芳香烃有较为显着的转化效果。同时焦油中的各组分的转化率与半焦的粒径有关。0.1-0.5 mm工况下得到了最好的转化效果,能够显着降低焦油中的组分数量、多环芳香烃含量,使残余焦油向更轻的芳香转化;0-0.1 mm工况下转化效果最差。(3)给入水蒸气后,流态化半焦对焦油的催化转化效果显着提高。在试验条件下,900℃时,给入2 kg/h水蒸气后焦油转化率从96.70%提升至99.81%,同时煤气中的焦油含量从530 mg/Nm3降低至32 mg/Nm3。给入水蒸气后,半焦的孔结构明显发达,孔分布也得到改善。同时,半焦表面的活性金属含量也得到一定程度的提高,反映了半焦催化性能的提升。另一方面,给入水蒸气后,残余焦油中的轻芳香烃及其他含量升高,而多环芳香烃含量下降,且多种多环芳香烃得到了完全转化。
吴鹏斌[4](2019)在《煤/天然气互补联产油-电工艺研究》文中认为石油作为最主要的能源和化工原料关乎国家的经济发展和战略安全,我国的石油消耗量大,对外依存度高,发展以煤炭和天然气为原料的合成油转化技术是缓解石油短缺的途径之一,同时有利于我国能源结构的整体调整。我国煤炭资源丰富,传统的煤基费托合成油技术和火力发电存在能源利用率低和环境污染严重等不足。因此,寻求煤炭的高效清洁转化一直以来是科技工作者努力的目标。基于此,煤炭分级转化利用、多能互补和多联产等技术越来越受到研究者的青睐,其在解决煤炭单一热转化过程中的壁垒和提高能源利用率、经济性等方面具有重要意义。本文结合煤炭和天然气在转化过程中各自的特性,采用ASPEN PLUS软件对煤/天然气互补联产油-电工艺(CN-T-OP)进行流程模拟,从热力学和经济技术性层面分析其可行性。采用低温深冷法空分、煤炭部分气化、双燃料甲烷蒸汽重整、低温甲醇洗、低温浆态床费托合成、燃气-蒸汽轮机联合循环发电等流程单元基于ASPEN PLUS软件构建煤/天然气互补联产油-电工艺,实现煤炭和天然气在同一系统内的互补利用,化工和动力两大类不同特性系统的集成。针对榆林烟煤部分气化特性和油-电联产能流优化分配,分别研究气化单元氧碳比(O/C、水碳比(S/C)、煤进料量和费托(F-T)合成单元F-T气相循环比(R)对系统性能的影响。结果表明:O/C=0.2、S/C=0.1、煤进料量为5kg/s时,气化温度和气化碳转化率分别为959℃和53.8%,通过残煤燃烧的供热,重整温度和甲烷转化率分别为950 ℃和92.6%,气化单元和重整单元所得合成气的总氢碳比为2.2,即通过煤炭部分气化耦合天然气重整,所生产的合成气可直接用于F-T合成,而无需对其氢碳比进一步地调整;F-T气相物的循环加大了合成油产量,但R高于0.9后,F-T合成单元(?)损急剧增大,导致系统总能量效率降低,因此将10%的F-T气相物匹配燃气轮机发电;在最优的工艺操作条件下,系统的合成油生产效率和总能量效率分别为34.4%和52.4%,合成油产量为1.87 kg/s,净电产量为38.35 MW。以煤炭制合成油系统(CTL)作为参比系统,该系统的总能量效率为33.3%,表明了煤/天然气互补联产油-电工艺提出的煤炭分级转化与天然气互补联产技术的能量利用更为高效。在现有市场情况下,经济性能分析表明:CN-T-OP项目的总投资为232.13 M$,较CTL项目高出14.11 M$,CN-T-OP项目的总运营成本为16.74 M$/a,较CTL项目降低了 59.64%,从经济技术的角度看,CN-T-OP项目具有市场应用前景。
章康[5](2019)在《粉煤提质及部分热解气化反应特性实验研究》文中认为能源是人类社会生存发展的重要基础。伴随着世界经济的高速发展,能源消耗量不断增加,也造成了各种环境问题。能源的清洁高效利用和低碳可持续发展,是未来能源的发展趋势。煤炭资源是我国的主要能源,但直接燃烧的利用方式不仅效率低下,还会造成各种污染问题。因此,推进煤炭的清洁开发和利用,鼓励洁净煤的研发和推广,以煤为原料制取醇醚燃料、煤制取天然气、煤制油、煤制乙二醇等替代石油产品,对于我国国民经济的健康可持续发展有着至关重要的意义。基于此,本文进行了一系列的研究工作。首先研究褐煤的水分赋存形态,干燥和重吸收机理特性,微波提质及回收水成分测试和低温热解提质特性。研究表明,根据结合能大小,褐煤中水分可分为自由水、化学束缚水、过渡束缚水和物理束缚水。当温度增加,粒径减小,总干燥时间缩短。微波加热可以有效去除褐煤中水分,提高煤的品位。回收水中检测到的阳离子浓度都在1 ppm以下,阴离子浓度都在10 ppm以下,重金属阳离子浓度均低于0.03 ppm。经过活性炭、超滤膜和加碱中和处理,回收水达到水分回收利用标准。褐煤低温热解提质改变了煤中官能团结构,增大芳碳率和环缩合度,有效提高煤阶。热解温度升高,半焦产率逐渐降低,煤气和焦油产率则不断增加至20.5%和7.6%。接着,采用固定床管式炉和自制式沉降炉分别对褐煤和烟煤中高温热解特性进行多层次的探索,并通过气相色谱、傅立叶红外、氮气吸附和色谱质谱联用仪等方法分析三相产物。固定床热解中,热解气产量随温度增加,神华煤热解气产量在618749 ml/g,白音华煤热解气产量在418510 ml/g;热解气成分中,H2含量增加,CO含量轻微增加而CH4和CO2相对含量减少,C2-C4含量总体呈下降趋势。随着热解温度增加,热解气的单位热值减少,但总热值增加。沉降炉热解时,随着热解温度的升高,H2和CO含量增加,CH4含量减少。热解可以有效除去煤中水分,提高固定碳含量,从而提升煤阶。随着热解温度升高,粉煤的热解半焦产率和焦油产率逐渐减少,热解气产率逐渐增加。然后,本文利用上述沉降炉热解得到的粉焦,研究半焦气化、燃烧及污染物释放特性,并建立相应模型进行动力学分析。气化过程中,半焦反应活性受化学反应速率和气化剂扩散的共同影响,化学反应速率和气化温度、半焦本身化学结构等有关,气化剂扩散则与孔隙结构有关。气化温度的提高大大加快气化反应,缩短气化时间,增强气化活性。气化气氛对于气化反应影响明显,随着CO2分压增加,气化反应速率加快。混合模型很好地弥补了均相反应模型和收缩核模型,烟煤和粉焦的煤阶高,结构稳定,气化活化能高。热解有效脱除水分,提高煤阶,造成整体的燃烧曲线往高温区移动。燃烧过程的NOx和SO2排放量均低于30 mg/MJ-半焦。最后,本文研究了煤粉和生物质的共热解气化特性,借助碱性物质和高效Ni/ZrO2催化剂对煤粉进行定向气化调控,并进行全生命周期分析。煤和生物质共热解时,热解气的品质和产量会比煤单独热解时有了很大提高。煤的碱性气化比褐藻的碱性气化产生更多的H2产量以及更少的CH4产量。煤的定向气化调控过程中,氢氧化物与Ni催化剂的结合促进了煤分子脱氢和气体转化,从而生成99.01%纯度的51.12mmol H2/g煤。通过全生命周期分析,燃烧和碱性催化气化反应所产生的能量分别为781 kJ/mol-纤维素和1060 kJ/mol-纤维素,生物质燃烧产生的CO2比碱性气化多60倍。碱性气化反应在抑制CO2生成的同时产生更高能量,在清洁生物能源耦合碳捕集存储方面有很大应用前景。
游嵘臻[6](2019)在《气流床煤粉部分气化炉定向调控的模拟研究》文中指出煤既是一种能源又是一种资源,煤气化多联产是实现煤炭分级转化清洁利用。以煤热解和气化为基础的气流床煤粉部分气化是实现煤炭分级转化的新工艺,其核心问题是如何高效低成本的实现煤粉部分气化并产物调控。围绕气流床煤粉部分气化这一核心问题,本文以数值模拟为主要方法,开展了气流床煤粉部分气化定向调控的基础研究。论文首先以75kg/h气流床煤粉部分气化炉为研究对象,对比研究了FLUENT软件的有限概率涡耗散模型和组分输运模型。75kg/h气流床煤粉部分气化炉的实验数据验证了组分输运模型的准确性,而概率密度模型(PDF模型)对CO、H2浓度和碳转化率预测则存在明显的偏差,因此PDF模型难以胜任本气化炉的模拟。然后,本文采用组分输运模型通过数值模拟方法研究该气化炉不同工况下的运行特性,揭示煤粉/氧气比例即当量比、外加水蒸气作为气化剂和分段给氧三种调控方法对气化炉运行特性和产物气特性的影响规律。结果表明当量比提高有利于提高该气化炉内的混合程度,随着当量比的下降干煤气中CO浓度单调升高,H2和CO2浓度单调下降,因而冷煤气效率单调增加。通过研究炉壁上的颗粒冲积率、CO浓度以及温度等参数,发现当量比在3.964.46范围内炉壁上容易发生结焦。外加水蒸气会降低产物气中CO含量,但对干煤气中H2浓度的提高作用有限,同时气化炉的冷煤气效率和碳转化率降低。分段给氧时,随着中段给氧比例的升高,虽然气化炉的效率会受到影响,但有利于实现壁温均匀化和降低炉壁结焦的可能性。
叶超[7](2018)在《煤炭部分气化分级转化关键技术的研究》文中研究表明我国的一次能源在目前以及未来的很长一段时间里主要以煤炭为主,面对持续增长的能源需求以及日益严峻的大气污染形势,如何实现煤炭清洁高效利用已经成为一个亟需解决的课题。煤炭分级转化多联产技术作为一种高效的能源转化技术已经受到越来越多的关注,根据煤中不同组分的不同性质将热解、气化与燃烧有机结合,实现煤炭资源的梯级利用,提高了煤炭的利用效率,是解决我国如何实现清洁高效的利用化石燃料问题的技术之一。浙江大学针对目前煤炭资源利用方式单一、利用效率低下等问题提出了双流化床煤炭部分气化分级转化技术,将循环流化床煤炭部分气化技术和循环流化床半焦燃烧技术有机结合,将煤炭中易于转化的部分转化为煤气,煤气可用于燃气轮机发电或者化工原料,半焦经燃烧后用于发电。通过对煤炭的分级转化利用,可实现煤炭高效清洁的利用。本文在煤颗粒在不同气氛中的反应机理以及在循环流化床反应器中的气化特性研究基础上,在lMWt双流化床中试试验台上进行验证性试验研究,并模拟了煤炭部分气化能量转化系统,对其技术经济性进行了分析。首先,在改造后的热天平试验装置上开展了煤炭半焦的部分气化特性的实验研究,获得了半焦在H20,CO2以及H20和CO2混合气氛下的气化反应动力学试验结果。实验过程中,采用均相反应模型和Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型联立预测了半焦气化的反应速率,分析了温度和反应气氛对气化速率的影响,验证了不共用活性位和共用活性位反应机理的正确性。结果表明,在H2O和C02的混合气氛下,当温度不高于900℃时,不共用活性位假说更符合实验结果;当温度高于9000℃共用活性位假说更符合实验结果。结合对不同碳转化率下半焦比表面积的测试得出,随着反应的进行,气化反应速率先增加后减少,在反应过程中存在一个最大反应速率,半焦比表面积对气化速率有重要影响。然后,在自行搭建的小型循环流化床试验台上开展了典型煤种的部分气化实验,分别采用水蒸气-氧气和二氧化碳-氧气两种气氛,获得了气化温度、氧煤比和蒸汽煤比等运行参数对于部分气化特性的影响。实验结果表明,随着气化温度或者氧煤比的提高,有效气体成分、合成气低位热值、半焦产量、焦油含量均下降,而碳转化率上升;随着蒸汽煤比的增加,有效气体成分、合成气低位热值、半焦产量、焦油含量以及碳转化率均增大。在水蒸气-氧气的实验工况下,气化气有效成分最高含量可达70%,此时氧煤比为0.46,蒸汽煤比为0.31,气化温度为900℃,碳转化率为84.23%,采用激光拉曼光谱仪和傅里叶红外分析仪对不同条件下的半焦进行测试,拉曼光谱的结果表明,随着反应温度的增加,半焦中无序碳结构显着减少,石墨化程度总体上提高;而在二氧化碳-氧气气氛中,有效气体成分随着氧煤比的增加先增加后减小,当氧煤比为0.57时达到最大,约为40%,合成气低位热值为5.58 MJ/Nm3。通过扫描电镜和拉曼光谱的测试结果可以发现,随着反应气体进入煤颗粒内部,颗粒表面的孔隙逐渐打开,CO2进入半焦内部并与半焦发生反应,产生更多的含氧官能团和芳香族化合物,含氧官能团及芳香族化合物的产生使得半焦无序性增加。在lMWt双流化床气化燃烧实验台上开展煤炭空气部分气化实验,该实验主要分为三个工况,气化温度分别为790℃、850℃和920℃,每个工况持续3个小时左右。试验期间,各工况下系统运行稳定,调节方便,燃烧炉和气化炉能够正常协调运行。气化炉以空气作为气化介质进行部分气化,产生煤气和焦油,并将半焦送到燃烧炉中稳定燃烧,燃烧炉在燃用全部半焦的条件下可以稳定运行。试验结果表明,以空气作为气化介质时可以获得较高的煤气产量,随着工况温度的提高,依据煤气放散流量计算的每千克煤气产量也相应的提高,920℃工况下的煤气产量最高;在三个运行工况下,获得的焦油产量都很低,尤其是在920℃下,基本不产生焦油;燃烧炉燃用来自气化炉气化所剩半焦时运行稳定可靠,从密相区至炉膛出口沿炉高方向温度分布均匀,并获得较好的燃烧效率。在Aspen Plus软件平台上开展了煤炭部分气化分级转化系统的流程模拟,构建了给煤量为4320t/h的常压部分气化联合循环发电系统、加压部分气化发电系统以及煤炭部分气化甲醇电力多联产系统,其技术路线为:煤炭首先在循环流化床气化炉中与O2/H2O发生反应产生煤气;煤气经过净化处理后送至燃气轮机发电或者用于甲醇合成;剩余的半焦用于燃烧发电,蒸汽参数为超临界参数。通过系统模拟,获得了气化压力、碳转化率、蒸汽煤比、氧煤比、甲醇合成温度等对系统效率的影响及设备投资性能等参数,并与整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)进行了对比。结果表明,随着碳转化率的增加,系统效率先增加后减少,在碳转化率为80%左右时,系统效率达到最高,此时加压部分气化发电系统的效率达到了 55.96%,常压部分气化系统的发电效率为54.43%,均高于IGCC的系统效率(53.11%);随着甲醇合成温度提高,甲醇产量和系统效率均下降,随着循环尾气比例的提高,甲醇产量随之提高,系统效率随之下降,当甲醇合成温度为220℃,循环尾气比例为0.5时,此时的甲醇产量为76220kg/h,系统效率为56.8%。在经济性方面,常压部分气化联合循环发电系统的投资回报率为15.2%,远高于IGCC的3.4%;投资回报期为7.21年,远短于IGCC的18.06年,而煤炭部分气化甲醇电力多联产系统的内部收益率为24.1%,投资回报期仅为4.14年。由于在进行经济性分析的过程中,未将公司分工、员工福利等因素考虑在内,因此煤炭部分气化能量转化系统的内部收益率和投资回报期都好处于较高水平。结果表明,基于煤炭部分气化技术的三类系统具有较高的系统效率,在经济性方面具有较大优势,是一项值得推广利用的煤炭利用技术。最后,利用Aspen Plus软件构建了煤炭处理量为4320t/h煤炭空气部分气化联合循环发电系统和煤炭空气部分气化热电燃气联产系统,其中联合循环发电系统的技术方案为:煤炭在循环流化床气化炉中与空气发生反应,产生煤气;煤气经过净化后送入低热值燃气轮机进行发电;剩余半焦送入循环流化床燃烧炉中燃烧,产生的热量用于生产高参数蒸汽,进而用于发电。热电燃气联产系统的技术方案为:煤炭在循环流化床气化炉中与空气反应产生煤气;煤气经过净化后直接供应给工业用户;剩余的半焦用于燃烧发电。通过模拟计算,获得了空气煤比、碳转化率等对于气化温度、燃气组分、燃气热值及系统效率等参数的影响,并获得最佳运行参数,并对两个系统的经济学性能进行分析,获得其设备投资、内部收益率及投资回报年限等参数。通过热力学分析可得,联合循环发电系统的发电效率达到了 53.56%,热电燃气联产系统的系统效率为69.19%,两个系统的效率远高于IGCC系统效率及现有的常规煤粉电厂效率。通过经济性分析可得,联合循环发电系统的内部收益率为17.1%,投资回报年限为5.79年,热电燃气联产系统的内部收益率为30.2%,投资回报年限为3.29年。根据计算结果可知两个系统的抗风险能力强,具有广阔的市场应用前景。
吴汉栋[8](2018)在《碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法与系统集成》文中指出长久以来,煤炭利用高能耗、高污染的问题一直没有得到根本性解决,而为应对全球气候变化,煤炭更面临碳减排的挑战。发展低碳洁净煤技术是构建未来高效、清洁、低碳的多元供能体系面临的关键难题之一。煤气化技术是煤炭清洁低碳利用的关键过程,又是继燃烧之后燃料可用能损失最大的过程。本学位论文以碳氢组分解耦的煤炭分级气化过程为对象,通过烟平衡分析、图像(?)分析等方法研究煤气化过程中燃料化学能的转化与释放特性,开展煤分级气化方法研究与机理实验、研究煤分级气化关键反应过程的热力学与动力学特性,并开展煤基高效低碳能源系统的集成创新。在煤炭气化的机理分析层面,分别从煤气化反应(?)损失机理以及气化过程中燃料化学能转化与释放特性两方面进行深入研究。改进常规(?)平衡分析方法,分别计算化学能作功能力与物理能作功能力,提出了化学(?)平衡分析方法,将此方法应用于煤气化,揭示了煤气化反应中煤炭化学能的转化与释放规律。进一步将煤气化(?)损失模型与化学反应动力学相结合,提出求解煤气化过程单个化学反应(?)损失的方法,利用该方法分析了煤炭气化反应过程,揭示了煤气化反应的内部(?)损失生成机理,并提出了减小气化(?)损失的方案。结果表明,控制碳氧化反应(?)损失是提升气化(?)效率的最大潜力所在;改变气化剂可使气化(?)损失有效降低,利用CO2作为气化剂相比纯氧、水、蒸汽气化所造成(?)损失最小。针对碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法,建立热力学平衡模型、分析分级气化相对于传统气化的节能机理、研究分级气化各单元化学能转化效率对气化冷煤气效率的影响规律、凝练影响分级气化冷煤气效率的决定性因素。分析结果表明,分级气化的冷煤气效率可达86%,而影响分级气化冷煤气效率的决定性因素为焦炭-C02气化单元的碳转化率。在煤炭分级气化实验研究层面,搭建碳氢组分解耦的煤炭分级气化机理实验平台,从煤种、焦化反应条件、焦炭性能、焦炭-CO2气化反应条件等方面研究分级气化的热力学与动力学特征,凝练分级气化技术各单元过程的设计原则,验证分级气化方法并为技术研发提供理论参考。实验结果表明,长焰煤是分级气化技术最适宜煤种,分级气化最优炼焦条件为900℃-3h建议焦炭-CO2气化温度高于1150℃;在此实验条件下焦炭-CO2气化单元碳转化率可达98.6%,冷煤气效率达到82.7%。在系统集成层面,围绕分级气化方法开展煤基能源系统集成创新,提出了煤制二甲醚分产、电力分产以及二甲醚-电联产系统。分析对比结果表明,采用分级气化的化工和动力分产流程与化工-动力多联产系统相比采用传统气化的分产流程与多联产系统能量利用效率均有提升,气化单元的(?)损失减小是性能提升的主要原因。化工-动力多联产系统普遍具有较高的CO2减排潜力,在相对分产流程减排45%CO2的情况下仍可表现出一定的节能效果;其中化工-动力串并联型联产系统发挥了分级气化碳氢组分解耦优势,其相对节能率达到7.1%,相比单纯串联型联产系统高出1个百分点。采用碳氢组分解耦的煤炭分级气化的化工-动力多联产系统具有燃料源头低能耗捕集CO2的显着优势,是未来低碳洁净煤技术发展的重要方向。
陈兆辉[9](2016)在《复合流化床低阶煤气化耦合热解制备富甲烷合成气和焦油》文中研究表明我国目前天然气供需矛盾严重,利用国内丰富的低阶煤资源,发展坑口煤制合成天然气(SNG)成为一种必然选择。构建高效、低成本煤气化制备SNG工艺要求煤气化过程生产的合成气中富含甲烷。因此,煤制天然气工厂一般采用Lurgi移动床块煤加压气化技术生产高甲烷含量的合成气作为制备SNG的原料气,同时副产高附加值的焦油,但这也造成了SNG工厂块煤资源紧缺而碎煤严重过剩的问题。为了解决这一难题,本研究提出了复合流化床碎煤热解气化工艺,通过耦合煤的底部流化床气化和上部输送床快速热解,提高合成气中的甲烷含量,同时联产煤焦油。针对工艺的技术特点,通过研究流化床气化和中温催化气化特性以及输送床快速热解特性获得了提高合成气甲烷含量和优化油品品质的操作参数,在复合流化床中通过耦合碎煤的热解和气化制备出了与移动床块煤加压气化甲烷含量相当的合成气和高品质焦油。本论文的主要研究内容和研究结果如下:1.流化床煤气化特性。(1)以次烟煤和褐煤(0.5~1.0 mm)为气化原料,增加过量氧气系数(ER)和水碳摩尔比(S/C),提高气化温度和停留时间,有利于煤的转化,增加气体产率。常压气化中甲烷主要来自煤的热解,因此提高碳转化率会导致合成气中甲烷含量的下降。过量氧气系数、气化温度和停留时间的增加与添加催化剂都会导致H2/CO摩尔比下降,而增加水蒸气的量会提高H2/CO摩尔比。褐煤中含有的钙能够催化碳的气化,因此在次烟煤中添加Ca(OH)2催化剂之后能显着提高次烟煤的碳转化率。(2)以添加10 wt.%Ca(OH)2催化剂的褐煤(1.0~1.6 mm)为催化气化原料,常压气化条件下,添加催化剂能够明显提高碳转化率和气体产率,但对甲烷的产率影响不大。增加过量空气系数和水碳摩尔比,提高催化气化温度能够提高催化气化反应性,但是不利于热解甲烷的形成。常压下较低的气化温度和较高的水碳摩尔比能生产H2/CO摩尔比高达3的合成气,甲烷含量约为3-5 vol.%。增加流化床催化气化压力,能够提高碳转化率和甲烷产率,合成气中的甲烷含量和H2/CO摩尔比增大。在800℃,ER=0.05,S/C=1,气化压力为1.5 MPa下,碳转化率为70%左右,甲烷产率增至0.142 Nm3/kg-coal,合成气中甲烷含量高达10.1 vol.%,H2/CO摩尔比接近3。2.输送床煤快速热解特性。通过模拟流化床气化产生的含水蒸气的合成气气氛,在输送床中考察了热解温度和热解气氛对煤(0.3~0.4 mm)快速热解特性的影响。相比于N2,600℃以下水蒸气和合成气对焦油的产率几乎没有影响,随着温度增加,水蒸气降低了焦油产率而合成气提高了焦油产率。合成气中H2是提高焦油产率的关键组分,这是因为它能够作为大分子自由基的稳定剂和加氢剂。在模拟真实工况的含水蒸气的合成气气氛下,600℃下焦油产率达到最大值10.5wt.%,高于格金分析焦油产率1.1 wt.%。随热解温度的增加,挥发分二次反应增强,焦油产率下降。焦油组成分析表明,600℃以上含水蒸气的合成气气氛结合了水蒸气和合成气的各自优势,即:合成气气氛能够同时提高轻质焦油和重质焦油的产率,而水蒸气能够明显降低重质焦油的产率。流化床气化产生的含水蒸气的合成气在热解过程中有利于甲烷的生成。3.复合流化床耦合煤热解和气化。(1)以次烟煤(0.2~0.5 mm与1.0~2.0 mm的混合物)为原料,复合流化床中较低的过量氧气系数和流化床气化温度,较高的输送床热解温度有利于甲烷的形成。合成气中甲烷含量随压力的增大而增加,但随水碳质量比(S/C)增加而减少。常压下,ER=0.1,S/C=0.1,流化床气化温度900℃和输送床热解温度700℃下,耦合煤的输送床热解后合成气中甲烷含量从5.1 vol.%增加至7.1 vol.%。1.4 MPa下,合成气中甲烷含量高达11.2 vol.%,是普通流化床气化甲烷含量的六倍,接近Lurgi移动床气化的甲烷含量。(2)以褐煤和负载10 wt%Ca(OH)2的褐煤(0.2~0.3mm与1.0~1.6mm的混合物)为原料,850℃,ER=0.05,S℃=0.1下煤中添加催化剂明显增加了碳转化率。1 MPa下,相比于普通气化57.4%的碳转化率,催化气化的碳转化率达到78.9%。常压下,甲烷产率为0.045 Nm3/kg-coal,使用催化剂后甲烷产率几乎不变。提高压力至1 MPa,对于普通气化和催化气化,甲烷产率分别增至0.105 Nm3/kg-coal和0.167 Nm3/kg-coal,很明显催化气化产生了更多的甲烷。耦合输送床热解之后,合成气中甲烷的含量不同程度地增加。1 MPa下,普通气化合成气中甲烷含量从9.1 vol.%增至11.3 vol.%;催化气化合成气中甲烷含量从9.3vol.%增至10.8 vol.%。耦合煤热解会导致H2/CO摩尔比略有下降,基本保持在2左右。输送床热解产生了一定量的焦油,添加催化剂和增加热解压力降低了焦油产率,但提高了油品品质。复合流化床耦合催化热解和气化能够实现高碳转化率下生产富甲烷、高H2/CO摩尔比合成气和品质较好的焦油,是适合煤制天然气的气化技术。
王辅臣[10](2013)在《煤的先进气化技术》文中认为1煤气化技术发展现状1.1煤气化技术的地位煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术,是发展煤基大宗化学品和液体燃料合成、先进的IGCC发电系统、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础,是这些行业发展的关键技术、核心技术和龙头技术。发展以煤气化为核心的多联产技术成为各国高效清洁利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭气化技术的发展已有150余年的历史,形成了固定(移动)床、流化床和气流床三种技术流派。
二、煤部分气化技术的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、煤部分气化技术的研究(论文提纲范文)
(1)气流床气化炉水冷壁表面液态渣膜的形成、流动、换热数值模拟与试验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 世界能源格局和发展趋势 |
1.1.2 我国煤炭高效清洁利用的必要性 |
1.1.3 洁净煤技术和发展趋势 |
1.2 煤气化技术 |
1.2.1 煤气化原理 |
1.2.2 煤气化技术和设备 |
1.2.3 气流床气化炉的数值模拟研究 |
1.3 煤灰粘温特性 |
1.3.1 煤灰粘温特性和测量方法 |
1.3.2 临界粘度温度 |
1.4 煤气化炉水冷壁表面液体渣膜形成、流动和换热 |
1.4.1 煤气化炉内飞灰颗粒碰壁沉积特性研究 |
1.4.2 气化炉壁渣层流动、换热试验研究 |
1.4.3 气化炉壁渣层流动、传热模型研究 |
1.5 本文研究路线和主要研究内容 |
2 熔融灰渣液滴在倾斜平面上流动特性的试验研究 |
2.1 前言 |
2.2 试验样品和试验方法 |
2.2.1 试验样品和物性参数 |
2.2.2 试验系统 |
2.2.3 液滴流动过程图像处理方法 |
2.2.4 试验条件 |
2.3 液滴速度预测模型 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 硅油液滴在倾斜平板上的流动 |
2.4.2 硅油液滴流动速度预测 |
2.4.3 熔融渣滴在倾斜平板上的流动 |
2.4.4 熔融K_2Si_4O_9液滴流动速度与粘度之间关系 |
2.4.5 基底湿润条件对液滴流动速度的影响 |
2.4.6 熔融灰渣液滴流动速度预测 |
2.5 本章小结 |
3 气化炉水冷壁上液态渣膜流动、换热过程的数值模拟 |
3.1 引言 |
3.2 壁面渣层流动、传热计算模型及其与炉内CFD计算的耦合方法 |
3.2.1 渣层流动和传热过程的简化 |
3.2.2 壁面渣层计算模型 |
3.2.3 计算流程和软件结构 |
3.3 模拟对象和计算条件设置 |
3.4 计算结果分析 |
3.4.1 计算结果验证 |
3.4.2 案例1 双向耦合方法计算结果分析 |
3.4.3 案例1~3 计算结果对比 |
3.4.4 壁面渣层传热分析 |
3.5 本章小结 |
4 GSP型气流床气化炉CFD数值模拟与飞灰壁面沉积特性 |
4.1 引言 |
4.2 气化炉内CFD模拟控制方程 |
4.3 飞灰颗粒壁面沉积模型 |
4.4 灰渣颗粒沉积子模型与气化炉CFD模拟的耦合 |
4.5 数值模拟工况与灰渣物性参数 |
4.5.1 气化炉几何结构与网格划分 |
4.5.2 计算工况设置 |
4.6 结果与分析 |
4.6.1 炉内流场分布 |
4.6.2 炉内温度和组分场分布(添加分区分析) |
4.6.3 颗粒壁面沉积行为分析 |
4.6.4 氧煤比对颗粒壁面沉积的影响 |
4.6.5 喷嘴旋流角对颗粒壁面沉积的影响 |
4.7 本章小结 |
5 GSP型气流床气化炉水冷壁表面渣层流动与传热数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 计算工况设置 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 基准工况下炉壁壁面液态渣层和固态渣层厚度分布 |
5.3.2 基准工况下炉壁液态渣层内流速、粘度和温度分布 |
5.3.3 基准工况下炉壁渣层和水冷壁传热特性分析 |
5.3.4 进口氧煤比对壁面渣层流动和传热的影响 |
5.4 本章小结 |
6 全文总结与展望 |
6.1 主要内容与结论 |
6.2 本文创新点 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
附录:攻读博士期间主要成果 |
(2)煤粉部分气化多联产模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 中国能源背景 |
1.1.2 煤炭清洁高效利用的必要性 |
1.2 煤炭清洁利用技术 |
1.2.1 煤气化技术 |
1.2.2 煤基多联产技术 |
1.3 煤气化模拟流程模拟现状 |
1.3.1 Aspen Plus流程模拟方法简介 |
1.3.2 煤气化流程模拟研究综述 |
1.4 本文研究工作内容及必要性 |
1.4.1 本文研究工作的必要性 |
1.4.2 本文研究内容 |
第二章 基于Aspen Plus的煤气化流程模拟 |
2.1 引言 |
2.2 煤气化模型的建立 |
2.2.1 基础模型的选择及条件假设 |
2.2.2 全局物性方法的选择 |
2.2.3 组分设定 |
2.2.4 煤气化流程模型 |
2.2.5 半焦燃烧模型 |
2.3 模型的验证 |
2.3.1 煤气化对比试验 |
2.3.2 Aspen Plus煤气化模拟结果 |
2.3.3 模拟与试验的结果对比 |
2.4 本章小结 |
第三章 工况条件对煤粉部分气化结果影响的模拟研究 |
3.1 引言 |
3.2 气化指标 |
3.3 单因素煤气化模拟计算与分析 |
3.3.1 氧煤比对煤气化结果的影响 |
3.3.2 氧气浓度对煤气化结果的影响 |
3.3.3 炉膛运行参数对煤气化结果的影响 |
3.3.4 煤种对煤气化结果的影响 |
3.4 多因素煤气化正交模拟计算与分析 |
3.4.1 正交模拟方案设计 |
3.4.2 正交模拟结果与分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 300 MW电站锅炉煤粉富氧部分气化多联产系统经济性分析 |
4.1 引言 |
4.2 300 MW电站锅炉多联产改造研究 |
4.2.1 方案设计 |
4.2.2 系统主要模块 |
4.3 系统经济性分析方法 |
4.3.1 经济评价指标 |
4.3.2 经济性计算案例 |
4.4 系统经济效益最佳化探究 |
4.4.1 氧煤比对系统经济效益的影响 |
4.4.2 煤种对系统经济效益的影响 |
4.5 不确定性分析 |
4.6 拓展性研究 |
4.7 本章小结 |
第五章 全文总结与展望 |
5.1 主要研究成果 |
5.2 主要创新点 |
5.3 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
(3)循环流化床煤部分气化探索试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题的背景及意义 |
1.1.1 煤炭利用现状 |
1.1.2 煤部分气化技术特点 |
1.1.3 探索实验研究的必要性 |
1.2 国内外本学科领域的研究现状与趋势 |
1.2.1 部分气化工艺 |
1.2.2 煤气化过程中的焦油脱除技术 |
1.3 研究方法 |
1.4 研究目的及主要内容 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 课题主要内容 |
1.5 小结 |
第2章 实验方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料 |
2.2.1 半焦性质分析 |
2.2.2 焦油性质分析 |
2.3 实验装置及仪器 |
2.3.1 循环流化床气化炉试验系统 |
2.3.2 焦油采集及分离装置 |
2.3.3 表征仪器 |
2.4 实验方法 |
2.4.1 管式炉试验及其改进 |
2.4.2 循环流化床气化炉试验及其改进 |
2.4.3 焦油收集与分离定量 |
2.4.4 表征方法 |
2.5 本章小结 |
第3章 半焦催化性能探索 |
3.1 引言 |
3.2 分析方法 |
3.3 实验工况 |
3.4 焦油热裂解特性 |
3.5 焦油催化转化特性 |
3.5.1 给入焦油对半焦气化特性的影响 |
3.5.2 温度对焦油催化转化特性的影响 |
3.5.3 气体中的焦油含量对催化转化特性的影响 |
3.6 焦油的热裂解与催化转化对比 |
3.7 本章小结 |
第4章 流态化半焦对焦油的催化转化试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 分析方法 |
4.3 反应温度对流态化半焦催化转化特性的影响 |
4.3.1 试验工况 |
4.3.2 温度对产气特性的影响 |
4.3.3 温度对焦油转化率的影响 |
4.3.4 温度对半焦化学结构及性质的影响规律 |
4.3.5 温度对焦油成分转化特性的影响 |
4.3.6 小结 |
4.4 不同粒径流态化半焦的催化转化特性研究 |
4.4.1 试验工况 |
4.4.2 粒径对产气特性的影响 |
4.4.3 粒径对焦油转化率的影响 |
4.4.4 粒径对半焦结构特性的影响 |
4.4.5 粒径对焦油成分转化特性的影响 |
4.4.6 小结 |
4.5 水蒸气条件下流态化半焦的催化转化特性研究 |
4.5.1 试验工况 |
4.5.2 水蒸气对焦油转化率的影响 |
4.5.3 水蒸气对半焦结构特征的影响 |
4.5.4 水蒸气对焦油成分转化特性的影响 |
4.5.5 小结 |
4.6 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 未来展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学生论文及研究成果 |
(4)煤/天然气互补联产油-电工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 多能互补系统现状 |
1.3 合成油制备关键技术现状 |
1.3.1 合成气制备 |
1.3.2 费托合成 |
1.4 主要研究内容及思路 |
第2章 工艺方案确定与流程模拟 |
2.1 工艺方案确定 |
2.1.1 空分单元 |
2.1.2 煤炭气化单元 |
2.1.3 天然气重整单元 |
2.1.4 合成气净化单元 |
2.1.5 费托合成单元 |
2.1.6 电力生产单元 |
2.2 工艺流程模拟 |
2.3 本章小结 |
第3章 工艺参数分析与优化 |
3.1 系统评价指标 |
3.2 参数分析与优化 |
3.2.1 气化剂进料量对系统性能的影响 |
3.2.2 煤进料量对系统性能的影响 |
3.2.3 费托气相循环比对系统性能的影响 |
3.3 本章小结 |
第4章 经济技术分析 |
4.1 经济技术指标 |
4.1.1 总投资估算 |
4.1.2 总运营成本估算 |
4.2 煤炭制合成油系统 |
4.3 估算结果 |
4.4 灵敏度分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 结论与建议 |
5.1 结论 |
5.2 建议 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(5)粉煤提质及部分热解气化反应特性实验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 世界能源格局 |
1.1.2 我国以煤为主的能源现状 |
1.1.3 煤炭高效清洁开发利用的必要性 |
1.2 低品质煤提质技术 |
1.2.1 蒸发脱水提质技术 |
1.2.2 非蒸发脱水提质 |
1.2.3 低温热解提质技术 |
1.3 煤基多联产技术 |
1.3.1 以热解为基础的煤多联产系统 |
1.3.2 以部分气化为基础的煤多联产系统 |
1.3.3 以完全气化为基础的煤多联产系统 |
1.4 煤的定向热解气化技术 |
1.4.1 温度的影响 |
1.4.2 气氛的影响 |
1.4.3 催化剂的影响 |
1.5 本文研究内容及思路 |
2 实验方法和仪器 |
2.1 实验设备 |
2.1.1 微波脱水提质实验平台 |
2.1.2 固定床热解实验平台 |
2.1.3 三段式反应炉实验平台 |
2.1.4 自制式沉降炉实验平台 |
2.2 测试分析方法 |
2.2.1 回收水分析 |
2.2.2 煤气分析 |
2.2.3 半焦分析 |
2.2.4 焦油分析 |
3 褐煤提质及回收水特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 褐煤中水分赋存形态研究 |
3.2.1 干燥特性 |
3.2.2 自由水与束缚水 |
3.2.3 等温干燥机理方程 |
3.2.4 褐煤水分存在形态 |
3.3 褐煤水分干燥机理和重吸收特性研究 |
3.3.1 褐煤干燥前后微观形貌 |
3.3.2 褐煤干燥前后煤样孔隙结构 |
3.3.3 褐煤干燥和重吸收影响因素 |
3.4 褐煤微波提质及回收水特性研究 |
3.4.1 煤质组成分析 |
3.4.2 回收水中水分指标特性 |
3.4.3 回收水中无机阴离子特性 |
3.4.4 回收水中阳离子特性 |
3.4.5 回收水中有机物特性 |
3.4.6 回收水净化及再利用 |
3.5 低温热解提质特性研究 |
3.5.1 热解产物产率变化特性 |
3.5.2 热解气体产物变化特性 |
3.5.3 热解焦油变化特性 |
3.5.4 提质半焦变化特性 |
3.6 汇流河电厂现场测试 |
3.6.1 现场烟气成分测试 |
3.6.2 乏气中有机气体成分分析 |
3.6.3 水成分测试 |
3.6.4 采样分析 |
3.7 本章小结 |
4 细颗粒粉煤中高温热解特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 中高温粉煤热解气体特性研究 |
4.2.1 固定床热解气体释放特性 |
4.2.2 沉降炉热解气体释放特性 |
4.2.3 不同热解平台比较 |
4.3 中高温粉煤热解半焦特性研究 |
4.3.1 煤质组成变化规律 |
4.3.2 半焦孔隙结构变化规律 |
4.3.3 半焦官能团结构变化规律 |
4.4 中高温粉煤热解液态焦油特性研究 |
4.5 中高温热解三相产物产率变化规律 |
4.6 本章小结 |
5 粉焦的气化燃烧及污染物释放特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 高温热解粉焦的制备 |
5.3 粉焦部分气化特性 |
5.3.1 热解温度对粉焦气化特性的影响 |
5.3.2 气化温度对粉焦气化特性的影响 |
5.3.3 气化气氛对粉焦气化特性的影响 |
5.3.4 粉焦气化模型和反应动力学分析 |
5.4 粉焦燃烧动力学特性 |
5.4.1 热解前后燃烧特征曲线 |
5.4.2 热解前后燃烧特征参数 |
5.4.3 热解前后燃烧反应动力学 |
5.5 粉焦燃烧过程中氮硫污染物释放特性 |
5.6 本章小结 |
6 煤粉与生物质共热解气化特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 煤粉与生物质共热解反应特性研究 |
6.2.1 掺混比例对热解产物产率的影响 |
6.2.2 掺混比例对热解气的影响 |
6.2.3 掺混比例对热解半焦的影响 |
6.3 煤粉与生物质共气化反应特性研究 |
6.3.1 掺混比例对气化产物产率的影响 |
6.3.2 掺混比例对气化产物释放机理的影响 |
6.3.3 煤与生物质中的碳元素的迁移规律 |
6.4 煤粉气化定向调控机理研究 |
6.4.1 不同调控手段对气化产物产率的影响 |
6.4.2 不同调控手段对气化产物释放机理的影响 |
6.4.3 不同调控手段下煤中碳元素的迁移规律 |
6.5 能量平衡 |
6.5.1 系统边界 |
6.5.2 直接燃烧反应计算 |
6.5.3 碱性气化反应计算 |
6.5.4 能量比较 |
6.6 本章小结 |
7 全文总结与展望 |
7.1 主要研究内容与结论 |
7.2 本文主要创新点 |
7.3 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简介 |
(6)气流床煤粉部分气化炉定向调控的模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 煤粉气化的基本原理 |
1.3 煤裂解国内外研究现状 |
1.3.1 煤裂解国外研究现状 |
1.3.2 煤裂解国内研究现状 |
1.4 煤部分气化国内外研究现状 |
1.4.1 煤部分气化国内研究现状 |
1.4.2 煤部分气化国内研究现状 |
1.5 煤气化数值模拟的研究现状 |
1.5.1 国外对煤气化过程数值模拟研究现状 |
1.5.2 国内对煤气化过程数值模拟研究现状 |
1.6 本文主要研究内容 |
2 煤粉部分气化实验及数值模型 |
2.1 煤粉部分气化炉系统介绍及实验研究 |
2.1.1 系统概况及基本参数 |
2.1.2 煤粉部分气化实验 |
2.2 煤粉部分气化数值模型 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 离散相模型 |
2.2.3 湍流模型 |
2.2.4 脱挥发模型 |
2.2.5 辐射模型 |
2.2.6 化学反应模型 |
2.3 本章小结 |
3 煤部分气化模型验证及与可行性分析 |
3.1 模拟对象及其网格 |
3.1.1 研究对象 |
3.1.2 网格建立 |
3.2 PDF模型和组分输运模型对比 |
3.2.1 模型建立 |
3.2.2 计算结果对比 |
3.3 模拟与实验结果的比对与分析 |
3.3.1 模拟与实验结果比对 |
3.3.2 炉内反应过程分析 |
3.4 网格无关性分析 |
3.5 本章小结 |
4 气流床部分气化炉调控参数分析与优化 |
4.1 当量比对气化炉运行的影响 |
4.1.1 当量比对炉内流场的影响 |
4.1.2 当量比对炉内温度分布的影响 |
4.1.3 当量比对气化效果的影响 |
4.1.4 当量比对气化炉运行安全的影响 |
4.2 外加水蒸气对气化炉运行的影响 |
4.2.1 给汽方案对比 |
4.2.2 汽煤比对炉内流场的影响 |
4.2.3 汽煤比对温度场的影响 |
4.2.4 汽煤比对气化效果的影响 |
4.3 本章小结 |
5 分段给氧对调控参数影响与优化 |
5.1 分段给氧对炉内流场的影响 |
5.2 分段给氧对温度场的影响 |
5.3 分段给氧对气化效果的影响 |
5.4 分段给氧对气化炉运行安全的影响 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望与不足 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间获得的科研成果 |
参与的科研项目 |
获奖经历 |
(7)煤炭部分气化分级转化关键技术的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 中国能源背景 |
1.2 中国的煤炭资源及其利用现状 |
1.2.1 中国的煤炭资源概况 |
1.2.2 煤炭利用现状 |
1.3 煤炭分级转化多联产利用技术 |
2 煤炭部分气化多联产技术及其研究现状 |
2.1 浙江大学提出的煤炭部分气化技术 |
2.2 东南大学提出的煤炭部分气化利用技术 |
2.3 山西煤化所提出的煤炭部分气化技术 |
2.4 中科院工程热物理研究所提出的煤炭空气部分气化技术 |
2.5 “展望21”计划中的部分气化模块 |
2.6 英国三井煤炭部分气化技术 |
2.7 本文工作的必要性及主要内容 |
2.7.1 本文研究工作的必要性 |
2.7.2 本文研究内容 |
3 典型煤种部分气化反应特性研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 实验装置 |
3.2.3 实验过程 |
3.3 反应动力学模型选择 |
3.4 实验数据分析 |
3.5 实验结果 |
3.5.1 在单一气氛中反应气氛浓度和温度对半焦气化的影响 |
3.5.2 半焦在CO_2和H_2O混合气氛下的反应特性 |
3.5.3 半焦结构对于最大反应速率的影响 |
3.6 本章小结 |
4 煤炭循环流化床部分气化特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 实验材料 |
4.2.2 实验设备 |
4.2.3 实验程序 |
4.2.4 分析测试方法 |
4.2.5 气化反应 |
4.2.6 碳转化率、煤气低位热值的计算方法 |
4.3 在O_2/H_2O气氛下的实验结果 |
4.3.1 氧煤比对部分气化特性的影响 |
4.3.2 蒸汽煤比对部分气化特性的影响 |
4.3.3 碳平衡计算 |
4.3.4 半焦特性分析 |
4.4 在O_2/CO_2气氛下的实验结果 |
4.4.1 氧煤比对煤炭气化特性的影响 |
4.4.2 碳平衡计算 |
4.4.3 气化过程中半焦特性变化 |
4.5 本章小结 |
5 1MWt双流化床煤炭空气部分气化试验研究 |
5.1 试验装置和试验方法 |
5.1.1 试验装置 |
5.1.2 试验系统操作流程 |
5.1.3 试验煤种 |
5.1.4 测试分析方法 |
5.1.5 试验工况 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 典型煤种在循环流化床气化炉中的气化特性分析 |
5.2.2 气化炉焦渣特性 |
5.2.3 半焦及灰渣特性 |
5.2.4 燃烧炉烟气特性 |
5.3 本章小结 |
6 基于O_2/H_2O气氛的煤炭部分气化系统的技术经济分析 |
6.1 前言 |
6.2 基于煤炭部分气化技术的联合循环发电系统和甲醇电力多联产系统介绍 |
6.2.1 双流化床煤炭部分气化半焦燃烧单元 |
6.2.2 空气分离单元 |
6.2.3 煤气净化单元 |
6.2.4 燃气蒸汽联合循环单元 |
6.2.5 甲醇合成单元 |
6.3 系统模拟 |
6.3.1 双流化床煤炭部分气化半焦燃烧反应单元 |
6.3.2 空气分离单元模拟 |
6.3.3 燃气蒸汽联合循环单元 |
6.3.4 甲醇合成单元 |
6.3.5 IGCC系统模拟 |
6.4 计算方法 |
6.4.1 热力学性能指标 |
6.4.2 经济学性能指标 |
6.5 结果与讨论 |
6.5.1 系统参数对于煤炭部分气化联合循环发电系统的影响 |
6.5.2 系统参数对于煤炭部分气化甲醇电力多联产系统的影响 |
6.5.3 优化参数 |
6.5.4 煤炭部分气化半焦燃烧联合循环发电系统及甲醇电力多联产系统与IGCC系统的性能对比 |
6.5.5 经济性分析 |
6.6 本章小结 |
7 煤炭空气部分气化系统的技术经济分析 |
7.1 前言 |
7.2 分析方法 |
7.2.1 热力学参数 |
7.2.2 经济性参数 |
7.3 基于煤炭空气部分气化技术的联合循环发电和热电燃气联产系统介绍 |
7.3.1 双流化床煤炭空气部分气化半焦燃烧单元 |
7.3.2 燃气蒸汽联合循环系统 |
7.3.3 模拟结果及分析 |
7.3.4 系统经济性分析 |
7.4 本章小结 |
8 全文总结和工作展望 |
8.1 主要研究成果 |
煤炭半焦在不同气氛下的反应机理研究 |
煤炭循环流化床部分气化特性研究 |
煤炭部分气化分级转化多联产系统的技术经济性分析 |
8.2 主要创新点 |
8.3 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简历 |
1.教育经历 |
2.攻读博士学位期间发表和待发表的论文 |
3.攻读博士学位期间参与的科研项目 |
4.攻读博士学位期间获得的荣誉 |
(8)碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法与系统集成(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 煤气化技术文献综述 |
1.2.1 传统煤气化技术研究进展 |
1.2.2 新型煤气化技术研究进展 |
1.2.3 煤气化为核心的低碳能源系统研究 |
1.3 本研究主要内容 |
第2章 煤气化过程(?)损失机理 |
2.1 燃料转化过程化学(?)平衡分析方法 |
2.2 煤气化过程化学能转化与释放特性 |
2.3 煤气化过程化学反应烟损失机理 |
2.3.1 煤气化(?)损失“白箱模型” |
2.3.2 煤气化化学反应(?)损失分解方法 |
2.3.3 煤气化化学反应(?)损失EUD分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法 |
3.1 煤炭转化过程源头节能减排新思路 |
3.2 碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法介绍及热力性能参数定义 |
3.2.1 碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法流程与特点 |
3.2.2 碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法热力性能参数定义 |
3.3 碳氢组分解耦的煤炭分级气化过程模拟研究 |
3.3.1 碳氢组分解耦的煤炭分级气化模型的建立 |
3.3.2 分级气化技术模拟结果与能量利用情况分析 |
3.3.3 分级气化技术CO_2富集过程研究 |
3.4 重要调变参数对分级气化冷煤气效率的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 碳氢组分解耦的煤炭分级气化实验 |
4.1 碳氢组分解耦的煤炭分级气化实验验证思路 |
4.2 碳氢组分解耦的煤炭分级气化验证性实验方案 |
4.2.1 基于立式管式炉炼焦过程实验 |
4.2.2 基于热重反应器焦炭反应性测试实验 |
4.2.3 基于固定床反应器焦炭-CO_2气化实验 |
4.3 炼焦实验结果分析与讨论 |
4.4 焦炭反应性测试实验结果与讨论 |
4.4.1 焦炭-CO_2反应速率动力学模型 |
4.4.2 不同焦炭样品反应性测试结果 |
4.4.3 分级气化炼焦过程设计原则 |
4.5 焦炭-CO_2气化固定床实验结果与分级气化性能验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于煤炭分级气化的化工动力系统集成研究 |
5.1 基于传统气化的多联产系统低能耗碳捕集分析 |
5.1.1 基于传统气化的低碳多联产系统介绍 |
5.1.2 基于传统气化的带CO_2捕集的多联产系统化学能利用分析 |
5.1.3 碳捕集单元对基于传统气化的多联产系统性能的影响 |
5.2 基于分级气化的化工动力分产系统集成分析 |
5.2.1 基于分级气化的二甲醚分产系统研究 |
5.2.2 基于碳氢组分解耦煤炭分级气化的电力分产系统 |
5.3 基于分级气化的化工-动力联产系统集成分析 |
5.3.1 基于分级气化的二甲醚-电联产系统 |
5.3.2 基于分级气化带CO_2捕集的二甲醚-电联产系统 |
5.4 基于分级气化的“海绵铁”-H_2联产系统集成的讨论 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论 |
6.1 论文主要研究成果 |
6.2 论文主要创新点 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
博士学位论文科研项目背景 |
(9)复合流化床低阶煤气化耦合热解制备富甲烷合成气和焦油(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 文献综述 |
1.1 煤制天然气背景 |
1.1.1 我国能源生产和消费结构 |
1.1.2 我国发展煤制天然气的必要性 |
1.1.3 我国煤制天然气项目 |
1.2 煤制天然气技术 |
1.2.1 间接煤制天然气技术 |
1.2.2 直接煤制天然气技术 |
1.3 水蒸气-氧气气化技术 |
1.3.1 Lurgi工艺 |
1.3.2 BLG工艺 |
1.3.3 CO_2 acceptor工艺 |
1.3.4 Synthane工艺 |
1.3.5 Bi-Gas工艺 |
1.3.6 Peatgas工艺 |
1.3.7 ECOPRO~(TM)工艺 |
1.4 催化气化技术 |
1.4.1 Exxon工艺 |
1.4.2 Bluegas~(TM)工艺 |
1.4.3 ENN工艺 |
1.4.4 Hoffman工艺 |
1.5 加氢气化技术 |
1.5.1 British Gas工艺 |
1.5.2 Hygas工艺 |
1.5.3 Hydrane工艺 |
1.5.4 Rocketdyn工艺 |
1.5.5 Rockwell工艺 |
1.5.6 BG-OG工艺 |
1.5.7 ARCH工艺 |
1.5.8 ENN工艺 |
1.6 煤的热解过程 |
1.6.1 煤热解机理 |
1.6.2 温度和加热速率的影响 |
1.6.3 压力和粒径的影响 |
1.6.4 气氛的影响 |
1.7 煤快速热解工艺 |
1.7.1 ORC工艺 |
1.7.2 CSIRO工艺 |
1.7.3 Coalcon工艺 |
1.7.4 CFPP工艺 |
1.8 煤气化过程中甲烷的生成途径 |
1.8.1 热解过程 |
1.8.2 气化过程 |
1.9 课题研究目的和工艺原理 |
1.9.1 研究目的 |
1.9.2 工艺原理 |
1.10 课题研究路线与内容 |
2 实验装置与方法 |
2.1 实验原料 |
2.2 实验装置 |
2.3 实验方法 |
2.4 计算方法 |
2.5 分析方法 |
2.5.1 气体分析方法 |
2.5.2 焦油分析方法 |
2.5.3 固体分析方法 |
3 流化床煤气化 |
3.1 低阶煤部分气化实验 |
3.1.1 过量氧气系数的影响 |
3.1.2 水碳摩尔比的影响 |
3.1.3 温度的影响 |
3.1.4 停留时间的影响 |
3.1.5 煤种的影响 |
3.1.6 催化剂的影响 |
3.1.7 负载Ca(OH)_2机理过程探讨 |
3.2 中温催化气化实验 |
3.2.1 催化剂的影响 |
3.2.2 过量空气系数的影响 |
3.2.3 水碳摩尔比的影响 |
3.2.4 气化温度的影响 |
3.2.5 操作压力的影响 |
3.3 小结 |
4 输送床煤快速热解 |
4.1 输送床热解实验 |
4.1.1 实验重复性和稳定性 |
4.1.2 煤热解热重分析 |
4.1.3 输送床热解特性 |
4.1.4 惰性气氛下热解温度的影响 |
4.1.5 水蒸气气氛的影响 |
4.1.6 合成气气氛的影响 |
4.1.7 含水蒸汽的合成气气氛的影响 |
4.1.8 独立组分对快速热解的影响 |
4.1.9 热解气氛对甲烷产率的影响 |
4.2 半焦特性 |
4.2.1 半焦工业分析与元素分析 |
4.2.2 半焦比表面积 |
4.2.3 半焦的气化性能 |
4.3 小结 |
5 复合流化床煤气化耦合热解 |
5.1 不连沟次烟煤气化耦合热解实验 |
5.1.1 验证耦合作用 |
5.1.2 流化床气化条件的影响 |
5.1.3 输送床热解条件的影响 |
5.1.4 操作压力的影响 |
5.1.5 气化工艺比较 |
5.1.6 半焦特性 |
5.2 先锋褐煤催化气化耦合热解实验研究 |
5.2.1 产物分布 |
5.2.2 气体组成 |
5.2.3 焦油分析 |
5.2.4 半焦分析 |
5.3 小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新性 |
6.3 工作展望 |
符号表 |
参考文献 |
个人简历及发表论文目录 |
简历 |
发表论文目录 |
致谢 |
四、煤部分气化技术的研究(论文参考文献)
- [1]气流床气化炉水冷壁表面液态渣膜的形成、流动、换热数值模拟与试验研究[D]. 葛琎. 浙江大学, 2021(01)
- [2]煤粉部分气化多联产模拟研究[D]. 陈嘉豪. 浙江大学, 2021(09)
- [3]循环流化床煤部分气化探索试验研究[D]. 邓朝阳. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)
- [4]煤/天然气互补联产油-电工艺研究[D]. 吴鹏斌. 西南石油大学, 2019(06)
- [5]粉煤提质及部分热解气化反应特性实验研究[D]. 章康. 浙江大学, 2019(04)
- [6]气流床煤粉部分气化炉定向调控的模拟研究[D]. 游嵘臻. 浙江大学, 2019(06)
- [7]煤炭部分气化分级转化关键技术的研究[D]. 叶超. 浙江大学, 2018(01)
- [8]碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法与系统集成[D]. 吴汉栋. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2018(01)
- [9]复合流化床低阶煤气化耦合热解制备富甲烷合成气和焦油[D]. 陈兆辉. 中国科学院研究生院(过程工程研究所), 2016(01)
- [10]煤的先进气化技术[A]. 王辅臣. 上海市化学化工学会2013年度学术年会论文集, 2013