两段组合式煤气化炉优化及流程模拟

论文摘要

本文在固定床反应器实验装置上,研究了气化温度、催化剂种类、反应气氛和煤种对煤焦与C02气化性能的影响。实验结果表明,在煤焦中添加碳酸钾能降低煤焦与CO2气化反应的活化能,气化温度高于850℃时,碳酸钾对气化的促进作用才得以显现；催化剂对气化反应的促进作用的大小顺序为：K2CO3>KOH>Na2CO3>NaOH> Ca（NO3）2.4H2O;体系中CO的存在会对气化反应有一定的抑制作用；采用随机孔模型能较好地模拟煤焦在不同反应气氛下的反应过程；碳酸钾对褐煤和不粘煤的热解产物的生成速率影响较大,碳酸钾能提高H2的生成速率,降低CO和CH4的生成速率,使CH4最大的生成速率所对应的温度值向高温偏移；添加碳酸钾的煤焦气化活性大小为：褐煤焦>山西不粘煤焦>晋优煤焦>曲靖烟煤焦；通过EDX、BET和XRD技术对添加不同量的钾和钙的晋优煤焦进行分析,发现钾和钙添加至原煤制焦后,能改变煤焦的比表面积和晶相组成。对煤焦与CO2气化反应研究得到的适宜催化剂,应用到两段组合式气化热模装置上,得出碳酸钾能提高二段的气化反应速率；二段出口的煤气热值、碳转化率、C02转化率和有效气浓度,随着二段煤焦中碳酸钾用量的增加而增大,钾用量大于5%时,更能体现其对二段气化反应的促进作用。利用Aspen Plus模拟软件,对二段采用粉煤气化的新型两段组合式煤气化工艺进行了流程模拟,当二段碳转化率高于70%时,二段适宜的给煤比为8%-10%；二段碳转化率低于70%时,二段适宜的给煤比要低于8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究目的及内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 煤气化基础研究
• 2.1.1 煤气化定义
• 2.1.2 煤气化的基本化学反应
• 2.1.3 煤气化反应机理
• 2.1.4 煤气化反应动力学
• 2.2 工艺条件对煤焦气化反应过程的影响
• 2.2.1 气化温度
• 2.2.2 气化剂
• 2.2.3 反应气氛
• 2.2.4 催化剂种类及用量
• 2.3 两段气化工艺的进展
• 2.3.1 国外两段气化工艺
• 2.3.2 国内两段气化工艺
• 第3章 煤焦与二氧化碳固定床气化试验
• 3.1 合成气体的检测
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 色谱分析原理
• 3.1.3 检测方法
• 3.1.4 重复性测试结果
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 实验装置与流程
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 数据处理
• 3.2.4 气化原料和催化剂的添加
• 3.2.5 焦样的制备
• 3.3 温度对煤焦反应性的影响
• 3.4 催化剂种类对煤焦反应性的影响
• 3.5 反应气氛对煤焦气化性能的影响
• 3.6 碳酸钾对不同煤种热解产物的影响
• 3.7 碳酸钾对不同煤焦气化性能的影响
• 3.8 催化剂对晋优煤焦表面形态,比表面积和晶体组成的影响
• 3.8.1 晋优煤焦的EDX分析
• 3.8.2 晋优煤焦的BET分析
• 3.8.3 晋优煤焦的XRD分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 化学热回收两段组合式煤气化热态试验研究
• 4.1 热模试验装置改造及工艺流程
• 4.1.1 热模实验装置的改造
• 4.1.2 改造后的热模实验装置
• 4.2 实验条件和空白实验
• 4.2.1 实验条件
• 4.2.2 空白实验
• 4.3 煤焦粒径对高温煤气-煤焦反应的影响
• 4.3.1 粒径对二段出口气体组成的影响
• 4.3.2 粒径对二段出口有效气浓度和煤气热值的影响
• 2平均转化率及其反应速率的影响'>4.3.3 粒径对CO₂平均转化率及其反应速率的影响
• 4.3.4 粒径对碳转化率的影响
• 4.4 催化剂用量对高温煤气-煤焦反应的影响
• 4.4.1 催化剂用量对二段出口气体组成的影响
• 4.4.2 催化剂用量对二段出口有效气浓度和煤气热值的影响
• 2平均转化率及其反应速率的影响'>4.4.3 催化剂用量对CO₂平均转化率及其反应速率的影响
• 4.4.4 催化剂用量对碳转化率的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 新型两段组合式气化工艺Aspen模拟
• 5.1 气流床模型的建立
• 5.2 二段采用粉煤进料的新型两段组合式气化工艺模型的建立
• 5.3 二段采用粉煤进料工艺的模拟结果
• 5.3.1 二段给煤比对二段出口温度的影响
• 5.3.2 二段给煤比对二段出口气体组成和出口气体体积流量的影响
• 5.3.3 二段给煤比对出口有效气组成的影响
• 5.3.4 二段给煤比对有效气产率的影响
• 5.3.5 二段给煤比对比煤耗和比氧耗的影响
• 5.3.6 二段适宜的给煤比
• 5.4 本章小节
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢