双流化床煤气化工艺研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 侯傲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 林伟刚 |
| 关键词 | 双流化床 煤气化 流程模拟 中试 放大 |
| 其他题名 | Study on Dual Fluidized Bed Coal Gasification Technology |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 煤炭气化和热煤气燃烧是我国建材等领域中小工业窑炉生产节能降耗的有效途径之一。但是，目前中小工业窑炉生产普遍采用以块煤为原料的常压固定床混合煤气发生炉，其所产煤气热值较低（~5MJ?Nm-3），造成煤气燃烧后排烟携带能量较多，工业窑炉热效率仅在30%左右，而煤气热值的提高将会极大提高窑炉的热效率。此外，近年来我国所开采原煤含块煤率仅为20%~30%，导致块煤销售价格升高，煤气生产成本增加。因此，发展利用碎煤生产较高热值煤气的煤气化技术势在必行。其中，双流化床煤气化工艺技术作为一种不同于传统固定床气化的技术，它实现了较高热值煤气和蒸汽联产，有效利用了低阶碎煤资源。 通过对不同煤阶气化特性的对比，论文选择海拉尔褐煤为研究对象在热重（TG）上考察了影响褐煤气化反应性的主要因素（如内在矿物质和热解温度等）。论文进一步利用热重、傅立叶红外光谱（FTIR）与X射线衍射（XRD）技术考察了不同煅烧温度下外在灰对海拉尔褐煤气化反应的催化作用，并分析了催化过程可能的步骤。研究结果表明：（I）内在矿物质对海拉尔褐煤气化反应存在催化作用；（II）外在灰中的氧化铁对海拉尔褐煤气化反应也存在催化作用。但随着成灰温度升高，外在灰中生成钙铝硅酸盐类物质，氧化铁和含钙矿物质转化为斜辉石、铝易解石和镁黄长石-钙铝黄长石等物质，进而减弱其对海拉尔褐煤气化反应的催化作用；（III）褐煤热解温度提高将使煤焦缩合程度增强，煤焦气化反应性降低。 论文在实验室规模的小型流化床上考察了操作变量（气化温度、水蒸气/煤质量比和空气/水蒸气比）对海拉尔褐煤气化过程的影响。试验研究表明：在水蒸气气化条件下，利用海拉尔褐煤所制备的煤气热值可达11.0MJ?Nm-3，碳转化率和煤气产率最高可达56.0%和1.48Nm3?kg-1；而空气-水蒸气混合气化过程的碳转化率和煤气产率最高可达78.1%和2.99Nm3?kg-1，但煤气中可燃组分摩尔分率和煤气热值明显降低。 论文应用商业化化工流程模拟软件Aspen plus对双床煤气化工艺进行流程模拟研究。研究表明：（I）在气化温度1073~1173K，燃烧温度在1193~1273K的条件下，双床煤气化工艺关键参数循环倍率R与气化-燃烧温差ΔT的关系可用式关联；（II）在气化温度为1073K，燃烧单元温度为1253K的条件下，工艺气化过程由空气气化向水蒸气气化操作转变的过程中，气化炉内总的反应趋势是由放热反应向吸热过程转变，循环灰为气化过程带入的能量比例占37.19%~63.41%，工艺燃烧过程所产生热量中有40.28%~52.22%用于加热循环灰；（III）在气化温度为1073K，燃烧单元温度为1253K的条件下，增加气化过程水蒸气/煤质量比，气化过程所生产煤气热值增加，煤气产率下降，工艺过程总能转化效率降低。 在理论分析和试验研究的基础上，根据发明专利“双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法与系统”，中国科学院过程工程研究所能源转化课题组与唐山雷浩能源技术设备有限公司合作，设计搭建了进煤量360kg?h-1的双流化床煤气化工艺中试试验平台，并完成了6mm以下神木烟煤的气化试验，获得的工业煤气热值高达11.0 MJ?Nm-3以上，证实了应用双流化床煤气化技术生产较高热值煤气的可行性。 最后，论文进行了产气规模在12000Nm3?h-1的双流化床煤气化系统方案设计，为下一步进行工艺放大提供参考依据。 关键词：双流化床，煤气化，流程模拟，中试，放大 |
| 英文摘要 | Coal gasification conbined with directly coal gas combustion is one of most effective ways for energy saving of small and medium-sized kilns for building materials etc. Fixed-bed gasifier is widely used by using lump coal to supply gaseous fuel for kilns in China. However, the coal gas produced this way is of low heating value (~5MJ?Nm-3). Due to the fact that the amount of flue gas produced from coal gas combustion is high, the thermal efficiency of kilns is only about 30% and the thermal efficiency can be raised by increasing coal gas heating value. Morever, lump coal only accounts for about 20~30% of coal in China, resulting in an increase price for lump coal and coal gas production costs. Thus，it is necessary to develop gasification technology suitable to samll sizeded coal for higher caloric coal gas production. Compared to traditional fixed bed coal gasifier, dual fluidized bed gasification can provide higher caloric coal gas with the cogeneration of steam. In addition, the technology can efficiently utilize low-rank small sized coal. Hailar lignite was selected in the study after comparating the gasification characteristics of different coal ranks. The main factors, such as inherent minerals and pyrolysis temperature, influencing the gasification reactivity are investigated by thermogravimetric analysis (TGA). The influence of external ash prepared at different combustion temperatures and the catalytic effect on gasification reaction is examined by thermogravimetry, Fourier infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) analyses. The mechanisms of catalytic gasification are analyzed. The results show: (I) Inherent minerals have catalytic effects on gasification; (II) Iron oxide in the external ash has catalytic effect on gasification. As temperature increases, calcium aluminum silicates formed, and iron oxide together with calcium-containing minerals are transformed to augite, aluminian and akermanite-gehlenite, resulting in a low catalytic effect; (III) The condensation enhanced by an increase of the pyrolysis temperature reduces the gasification reactivity of the char. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2014-05-23 |
| 页码 | 146 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/8249]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 侯傲. 双流化床煤气化工艺研究[D]. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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