外热式内构件固定床/移动床煤热解反应器的数值模拟
发布时间：2021-01-26 15:18
热解是利用长焰煤、褐煤等低阶煤的重要技术之一,对我国尤其重要,因为其占我国煤炭资源总量的55%以上,但是国内外仍没有同时技术和经济可行的成功产业化低阶煤热解技术,是当前煤转化科学与技术研究的热点之一。中国科学院过程工程研究所通过在外热式煤热解固定床/移动床中加装内构件,以提高对煤颗粒的传热效率、调控热解反应,有效提高了焦油和热解气的产率和品质,形成了一种新型的外热式内构件固定床/移动床煤热解技术。在该工艺的设计放大过程中,需要对热解反应器中的流动、传热和热解反应等关键问题进行深入探索。本课题通过开展外热式固定床煤热解反应器的数值模拟研究,旨在探索煤热解反应机理、深入了解反应器内的传热、流动、反应特征,认识内构件对煤热解反应的调控机制,以期为该工艺的放大、优化和工程设计提供理论指导。本论文主要研究内容和结论如下:（1）煤热解机理研究。基于Shinn次烟煤分子结构模型,采用反应分子动力学（ReaxFFMD）方法进行了煤分子的热解模拟。首先考察了温度、升温速率对热解产物分布的影响,发现随热解温度升高,热解程度加深,高温下焦油二次反应显著,呈现出焦油产率先增大后减小的趋势;升至相同的终温,升温...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２低阶煤热解利用的产业链（张纯，２０１５）??
条件下使煤中富氢低碳组分以优质液态（焦油）和气态（煤气）的能源或化工原料产??出（郭树才，２００６），这对于油气资源紧缺的中国来说具有重要的战略意义。??图１．２所示为低阶煤通过热解技术利用的产业链（张纯，２０１５），通过煤热解，??可以从煤中提取出煤气、焦油、半焦等产品。焦油一般为煤热解的主要目标产物，可??以通过焦油加氢制取燃料油或提取高价值的芳香环化学品。热解煤气富含氢气和甲烷，??可用于城市煤气，也可用于燃烧发电或用来合成氨、甲醇等。而残留的固态半焦可以??作为燃烧和气化原料，通过热解后半焦所含的污染物减少，相比煤炭的直接燃烧或气??化更有利于环境保护。此外热解后半焦可用于制备活性炭或冶金行业。因此，热解??是实现低阶煤清洁转化最有效的技术之一。??—＞?Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?＞?Ｐｏｗｅｒ，?Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??Ｇａｓ????????＞?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?＞?Ａｍｍｏｎｉａ，?Ｍｅｔｈａｎｏｌ，?ｅｔｃ．??Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?＞?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ
?低阶煤是指处于低变质阶段的煤种，主要包含有褐煤和低变质烟煤，其中，低变??质烟煤又可以分为长焰煤、不粘煤和弱粘煤。图１．３中给出了不同煤种的典型分子结??构模型（（ａ）次烟煤，（ｂ）烟煤，（ｃ）无烟煤）。和烟煤、无烟煤相比，低阶煤（次??烟煤）中芳香环的缩合程度较小，且其桥键、侧链和含氧官能团的数目较多。低阶煤??表现出挥发分高、氧含量高、灰分少、硫分少、反应活性好等特征。??２．
【参考文献】：
期刊论文
[1]分子动力学模拟技术在生物分子研究中的进展（英文）[J]. 曹了然,张春煜,张鼎林,楚慧郢,张跃斌,李国辉. 物理化学学报. 2017(07)
[2]煤热解过程分析与工艺调控方法[J]. 陈兆辉,高士秋,许光文. 化工学报. 2017(10)
[3]煤快速热解制油技术问题的化学反应工程根源:逆向传热与传质[J]. 刘振宇. 化工学报. 2016(01)
[4]Modeling coal pyrolysis in a cocurrent downer reactor[J]. Yan Zhang,Yuehong Zhao,Xianfeng He. Particuology. 2015(04)
[5]中国褐煤提质技术现状及发展趋势[J]. 白中华,赵玉冰,黄海东,杨文辉,张向洲,穆静静,张培林,史亚微. 洁净煤技术. 2013(06)
[6]褐煤提质技术的应用现状及前景[J]. 徐晓光,赵毅. 热力发电. 2012(05)
[7]低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范[J]. 王建国,赵晓红. 中国科学院院刊. 2012(03)
[8]新型褐煤低温干馏工艺的设计与应用研究[J]. 马忠云,刘振强,苗文华. 煤质技术. 2011(03)
[9]美国LFC低阶煤提质联产油技术新进展[J]. 李青松,李如英,马志远,陈金庆. 中国矿业. 2010(12)
[10]小型提升管反应器流动-反应耦合模拟[J]. 陈倩倩,赵辉,钮根林,杨朝合,夏树海. 化学反应工程与工艺. 2010(02)
博士论文
[1]外热式固定床中油页岩热解的内构件调控机制研究[D]. 林兰忻.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[2]煤热解焦化和加氢脱硫的ReaxFF反应分子动力学分析[D]. 林蔚.北京科技大学 2016
[3]外热式内构件移动床低阶碎煤热解技术研究[D]. 张纯.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
[4]基于GPU的煤热解化学反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟[D]. 郑默.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
硕士论文
[1]低变质煤热解—气化耦合工艺模拟优化研究[D]. 秦丽娜.西安科技大学 2010
本文编号：3001338
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２低阶煤热解利用的产业链（张纯，２０１５）??
条件下使煤中富氢低碳组分以优质液态（焦油）和气态（煤气）的能源或化工原料产??出（郭树才，２００６），这对于油气资源紧缺的中国来说具有重要的战略意义。??图１．２所示为低阶煤通过热解技术利用的产业链（张纯，２０１５），通过煤热解，??可以从煤中提取出煤气、焦油、半焦等产品。焦油一般为煤热解的主要目标产物，可??以通过焦油加氢制取燃料油或提取高价值的芳香环化学品。热解煤气富含氢气和甲烷，??可用于城市煤气，也可用于燃烧发电或用来合成氨、甲醇等。而残留的固态半焦可以??作为燃烧和气化原料，通过热解后半焦所含的污染物减少，相比煤炭的直接燃烧或气??化更有利于环境保护。此外热解后半焦可用于制备活性炭或冶金行业。因此，热解??是实现低阶煤清洁转化最有效的技术之一。??—＞?Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?＞?Ｐｏｗｅｒ，?Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??Ｇａｓ????????＞?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?＞?Ａｍｍｏｎｉａ，?Ｍｅｔｈａｎｏｌ，?ｅｔｃ．??Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?＞?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ
?低阶煤是指处于低变质阶段的煤种，主要包含有褐煤和低变质烟煤，其中，低变??质烟煤又可以分为长焰煤、不粘煤和弱粘煤。图１．３中给出了不同煤种的典型分子结??构模型（（ａ）次烟煤，（ｂ）烟煤，（ｃ）无烟煤）。和烟煤、无烟煤相比，低阶煤（次??烟煤）中芳香环的缩合程度较小，且其桥键、侧链和含氧官能团的数目较多。低阶煤??表现出挥发分高、氧含量高、灰分少、硫分少、反应活性好等特征。??２．
【参考文献】：
期刊论文
[1]分子动力学模拟技术在生物分子研究中的进展（英文）[J]. 曹了然,张春煜,张鼎林,楚慧郢,张跃斌,李国辉. 物理化学学报. 2017(07)
[2]煤热解过程分析与工艺调控方法[J]. 陈兆辉,高士秋,许光文. 化工学报. 2017(10)
[3]煤快速热解制油技术问题的化学反应工程根源:逆向传热与传质[J]. 刘振宇. 化工学报. 2016(01)
[4]Modeling coal pyrolysis in a cocurrent downer reactor[J]. Yan Zhang,Yuehong Zhao,Xianfeng He. Particuology. 2015(04)
[5]中国褐煤提质技术现状及发展趋势[J]. 白中华,赵玉冰,黄海东,杨文辉,张向洲,穆静静,张培林,史亚微. 洁净煤技术. 2013(06)
[6]褐煤提质技术的应用现状及前景[J]. 徐晓光,赵毅. 热力发电. 2012(05)
[7]低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范[J]. 王建国,赵晓红. 中国科学院院刊. 2012(03)
[8]新型褐煤低温干馏工艺的设计与应用研究[J]. 马忠云,刘振强,苗文华. 煤质技术. 2011(03)
[9]美国LFC低阶煤提质联产油技术新进展[J]. 李青松,李如英,马志远,陈金庆. 中国矿业. 2010(12)
[10]小型提升管反应器流动-反应耦合模拟[J]. 陈倩倩,赵辉,钮根林,杨朝合,夏树海. 化学反应工程与工艺. 2010(02)
博士论文
[1]外热式固定床中油页岩热解的内构件调控机制研究[D]. 林兰忻.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[2]煤热解焦化和加氢脱硫的ReaxFF反应分子动力学分析[D]. 林蔚.北京科技大学 2016
[3]外热式内构件移动床低阶碎煤热解技术研究[D]. 张纯.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
[4]基于GPU的煤热解化学反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟[D]. 郑默.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
硕士论文
[1]低变质煤热解—气化耦合工艺模拟优化研究[D]. 秦丽娜.西安科技大学 2010
本文编号：3001338
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3001338.html
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