煤催化气化过程的实验研究及数值模拟

发布时间：2020-10-08 19:59

　　 合成气作为一种重要的化学反应中间原料气备受关注。以合成气为原料制备的下游产品众多,且经济效益好。因此,探索新型合成气制备方法对合成气的制备有着深远的意义。煤催化气化技术是一项具有前景的新型气化技术,其催化剂可作为气化反应的热载体及载氧体。目前,以煤为主的固体燃料催化气化制备合成气的技术尚处于探索研究阶段,反应器的设计与运行、催化剂的性能、反应器内气固流动特征等方面均有待进一步探究。本文采用实验和数值模拟相结合的方法,对煤催化气化技术进行研究。本文以Fe2O3作为催化剂,以水蒸气作为气化剂,采用流化床反应器对宁东煤的催化气化过程进行小试研究。主要针对氧碳比、水蒸气量、气化温度等操作条件对气化性能的影响进行实验研究。结果表明:当温度为900℃、O/C摩尔比为0.5:1、水蒸气流量为1.8ml/min时,出口合成气含量达到最大值71%,碳转化率为84%;当水蒸气流量为2.2ml/min时,气化效率达到最大值62%。在实验室流化床反应器煤催化气化小试研究的基础上,对该煤催化气化过程进行了数值模拟。按照小试研究的反应器建立了数值化模型,并且建立了化学反应模型:煤炭脱挥发分采用两步竞争反应;煤焦炭气化反应采用有限速率模型;水气转化反应和甲烷化反应采用有限速率/涡耗散模型;Fe2O3催化剂的还原反应采用球缩核(SCM)模型。结果表明:在O/C摩尔比为0.5:1、水蒸气流量为2.2ml/min、气化温度为900℃时,出口合成气含量达到最大值70%,与实验结果对比分析,其误差范围在2%以内。由实验结果与模拟值对比可知:模拟所构建的气固流动与化学反应模型能比较准确的预测流化床燃料反应器中煤催化气化的特性,对实验的研究进行了有效的补充和拓展,为反应器的放大设计和运行参数的优化可以提供有力的技术支持和指导。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE665.3;TQ546
【部分图文】：

有重要意义［９］。逡逑甲烷的水蒸气重整是最早研究也是最简单的天然气转化制备合成气的方法。其过程包括：逡逑原料的预处理、一段转化、二段转化、水汽变化、脱碳。如图１－２所示。逡逑－不－－Ｉ邋—叩逡逑逦ｊ逦丁逦逦ＪＲ逦邋逦逦逡逑气一逡逑氧气或逦逡逑空气邋＿逡逑图１－２甲烷水蒸气重整制备合成气逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｙｎｇａｓ邋ｆｒｏｍ邋ｍｅｔｈａｎｅ邋ｓｔｅａｍ邋ｒｅｆｏｎｎｉｎｇ逡逑３逡逑

：煤气；碳转化率高，且煤气中又不含焦油和油类；减少环境污染［３５］。ＧＳ制合成气方面的优势：烧嘴和水冷壁的使用寿命比较长，维护费用低；工艺化，设备规格尺寸小，投资少，建设周期短；ＧＳＰ煤气化工艺可靠性好，运行费用低；操作弹性大；开、停车操作方便，且时间短，从冷态达到自动化水平高，整个系统操作简单，安全可靠；环保性能好［３Ｗ８］。逡逑化床煤气化制合成气逡逑床煤气化是指在固体煤炭燃料气化过程中，一定粒径的煤粉与气化剂均喷嘴进入反应器的炉体内，瞬间着火，火焰温度高达２０００°Ｃ，其中主要反应，生成可燃气体的过程。其中典型的流化床气化技术主要有：高温温克熔聚气化工艺和循环流化床气化工艺。逡逑高温温克勒（ＨＴＷ）工艺逡逑温克勒气化是采用了比最初低温温克勒气化工艺法更低的气化温度和气化后出炉的初煤气直接进入两级旋风分离器，未充分气化反应含碳量较高回炉内继续反应，可以提升碳转化率，二级旋风分离器流出的气体进入废示意图１－３。该技术的优点：气化剂消耗低；煤炭适应度宽；操作负荷弹开停车方便逡逑Ｗ邋——９00＇Ｃ逦．￣逡逑

（３）循环流化床气化工艺逡逑循环流化床（ＣＦＢ）中的操作气速介于气流床和鼓泡流化床之间，从而具有较大的滑移逡逑气速，使其增加了气一固之间的传热和传质速率，如图１－５所示。ＣＦＢ煤气化技术的特点主逡逑要有：煤炭适用范围广；常压操作；有利于小厂操作；除尘效率优；煤气有效成分氋；原煤逡逑已加工［４Ｍ３］。逡逑

本文编号：2832689