氢还原竖炉的模拟分析

利用一组物料、热量守衡式及其他有关约束关系,建立了氢还原竖炉模拟模型,可定量考察消耗量、生成量和氮气、CO兑入成分、DRI金属化率、入炉煤气温度等的关系。模拟结果表明:兑入CO可使入炉煤气量从纯氢还原的1 650N·m3左右下降到1 200N·m3左右;当CO和H2的体积之比V(CO)/V(H2)约为0.6时,氮气兑入量约为0,竖炉能量利用最佳;当V(CO)/V(H2)体积比为0.3时,最佳氮气兑入成分约为11%;纯氢还原最佳氮气兑入成分约为25%;兑入氮气可以减少入炉氢气的量,但不能减少入炉气体的总量。对氢还原竖炉模拟结果可为其工艺设计、操作和节能等提供参考信息。     

铁矿煤球团内生还原气生产DRI工艺及估算

在高炉热风炉中用高炉煤气、垃圾制燃气、低热值煤气加热循环还原气,或用红焦、热DRI(直接还原铁)等热量加热循环还原气至1100℃,输入还原竖炉加热铁矿煤球团,生产DRI,从炉顶气中回收硫和CO2,炉顶气净化后作为还原气循环使用.球团内煤干馏形成的半焦、焦炭起到了与高炉内焦炭不同的骨架作用.利用还原反应后气体余热来预热和干馏球团,利用铁精矿粉和煤粉的高比表面积,利用煤的干馏气化促进低温下碳的一次气化反应和直接还原反应,使DRI煤耗进一步降低.设炉顶气温度降到150℃,配煤218kg,高炉煤气消耗约947m3时,工艺能耗约333kg/t煤.比高炉工艺节能约52%,减排CO2约83%.比MIDREX节能约84kg标准煤.该工艺简称为DRI-NHQ.     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

基于煤气化学能最大化利用的上部吹氧竖炉静态模型

针对竖炉生产中存在的煤气还原势未能充分利用、煤气消耗量高以及二氧化碳排放高等问题,设计出一种上部增设吹氧装置的竖炉.基于物料平衡和热平衡建立了上部吹氧竖炉的静态模型,并对其进行了数值求解模拟和分析.模拟结果表明,在典型条件下,上部吹氧竖炉每吨直接还原铁的还原煤气量为1404.67m3,吹氧量为20.32m3,煤气出口还原势降至0.56,排碳量减少26.25%,能耗减少19.56%.     

喷吹焦炉煤气对COREX竖炉还原的影响研究

为降低COREX的固体燃料消耗,焦炉煤气(COG)作为一种清洁、高热值能源被引入到COREX炉中,以替代原有的循环冷却煤气。计算了不喷吹焦炉煤气、喷吹焦炉煤气以取消冷却煤气和喷吹焦炉煤气以取消冷却煤气和过剩煤气(完全取消煤气冷却)三种情况下入竖炉煤气的成分,并通过实验室模拟试验,对焦炉煤气中的甲烷在竖炉中的行为和含铁炉料还原情况进行研究。结果甲烷在竖炉中存在少量的分解,竖炉喷吹焦炉煤气会降低含铁炉料还原。     

煤炭地下气化采出气的脱碳工艺优化及能效分析

煤炭地下气化（underground coal gasification，UCG）产生的混合气由地下输送至地面进行集输和处理，为了以较低能 耗脱除混合气中的CO2，使净化气中CO2的摩尔分数低于3%，本文采用Aspen HYSYS软件对半贫液脱碳流程进行了敏感性分析、参数优化和流程优化，提出了一种节能降耗脱碳新工艺，并对新工艺进行了能效分析。流程模拟选用哌嗪活化的甲基二乙醇胺（PZ+MDEA+H2O）作为吸收剂，在模拟半贫液脱碳流程的基础上，对吸收剂配比、再生塔进塔温度和吸收剂循环量等关键工艺参数进行了敏感性分析。进一步，以系统总等量功最小为目标，依次对半贫液脱碳工艺进行参数和流程优化，得到了脱碳新工艺，并对比分析了新工艺与相同条件下经典醇胺法脱碳工艺的能耗变化规律。研究结果表明：运用新工艺脱碳后，净化气中CO2的摩尔分数为2.98%，满足《天然气》（GB 17820—2018）中一类天然气质量要求；新工艺消耗的系统等量功为15.03 MW，相比于同等条件下的半贫液脱碳工艺和经典醇胺法脱碳工艺分别降低了1.3%和5.5%。     

COREX工艺系统模拟结果分析

利用已建立的COREX工艺系统模拟模型考察了熔化气化炉和竖炉匹配操作条件及在匹配操作范围内系统的能耗和能量利用。结果表明:煤中挥发分含量对煤耗影响很大,配煤控制应是COREX工艺操作关键一环;挥发分含量增加,与之相匹配操作的熔化气化炉出口荒煤气氧化度可相应增加;提高熔化气化炉出口荒煤气氧化度和降低其温度均可提高能量利用率;COREX工艺系统的最大能量利用率为50%左右,合理有效地利用COREX富产煤气是解决该工艺能量利用问题的关键;荒煤气温度与竖炉入口还原煤气温度相比,应该维持在更高温度。     

蒸汽煤比对湍动循环流化床煤气化的影响

以空气和水蒸气为气化剂,在压力为0.3 MPa的湍动循环流化床热态实验台上对淮北烟煤进行了煤气化试验,研究了蒸汽煤比(质量比)对气化过程的影响.气化炉提升段具有下宽上窄的特点,床料采用宽筛分石英砂.气化试验过程中,实现了提升段下部湍动流化、上部环核流动.试验结果表明:随着蒸汽煤比的增加,煤气中CH4体积分数基本保持不变,CO体积分数从13.12%下降到11.98%,H2体积分数从初始12.3%增加到14.63%而后下降至14.19%,CO2体积分数从13.84%下降至12.94%后,略微上升至13.06%.蒸汽煤比的变化对干煤气产率、冷煤气效率及碳转化率都有影响,其最大值分别为2.89 m3/kg, 59%, 81%.     

基于气基直接还原-熔分的硼铁矿高效利用新工艺

实验室条件下,以含硼铁精矿为原料制备氧化球团,对含硼铁精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分新工艺进行了研究.结果表明,含硼铁精矿是良好的造球原料,1 200℃下焙烧20 min后,成品球团抗压强度可达2 500 N以上,满足气基竖炉直接还原工艺要求.在H2与CO体积比大于2/5且温度在850~1 000℃条件下,含硼铁精矿氧化球团还原率达到95%的时间为15~60 min,还原膨胀率不高于15%.在高温下电热熔化DRI后硼和铁可以高效分离,硼、铁收得率均可达到98%以上,富硼渣中B2O3的质量分数在21%以上,活性可达89%左右,是"一步法"生产硼酸的优良原料.含硼铁精矿气基竖炉直接还原电炉熔分新工艺可以实现硼铁高效分离和清洁利用.     

使用CO2对拜尔法赤泥脱钠的无害化工艺

通过使用CO2脱钠实验对拜尔法赤泥脱钠无害化工艺进行探讨,以脱钠率为研究指标,分析反应温度、反应时间、固液比、CO2气流量和赤泥粒度5个因素对脱钠率的影响。研究结果表明,合理的脱钠工艺参数为：反应温度25℃、反应时间100min、固液比1/5、CO2气体流量0.8L/min和细磨的赤泥粒度;该工艺下的脱钠率为76.12%,残余Na2O含量为2.5%,NaHCO3溶液浓度约为4%。相比传统工艺,该处理工艺简单,经该工艺处理赤泥浆pH值由10.2降至7.1,实现了赤泥无害化,又降低了温室气体CO2排放,并可进行回收NaHCO3,有利于资源的循环利用。     

Reduction of 1-3 mm iron ore by H2 in a fluidized bed

The reduction of 1-3 mm fine powder of iron ore by H₂ was conducted in a lab-fabricated kg class high temperature fluidized bed. The results show that the differential pressure in the fluidized bed, which has small fluctuation with time, increases with the increase of gas flowing velocity. The utilization ratio of gas decreases when the reaction lasts longer time indicating that the reaction is faster at the beginning of reduction and becomes slower in the latter process. The higher the reaction temperature is, the higher the utilization ratio of gas is, but the difference of utilization ratio among the different temperatures becomes smaller with time. The utilization ratio of gas and the metallization ratio can reach 9% and 84% respectively at 750℃ for 20 min, which shows the reduction reaction by H₂ is very fast. The increase of metallization ratio with gas velocity performs quite good linearity, which shows that a higher velocity of reducing gas can be used to improve the productivity of the reactor when H₂ is used as reducing gas. With the increase of charge height, the metallization ratio decreases, but the utilization ratio of gas increases. The reaction temperature can be reduced to 700-750℃ from 800-850℃ when H₂ is used as reducing gas.     

低品位软锰矿流态化还原焙烧

采用流化床和马弗炉,进行了流态化还原焙烧与静态堆积焙烧对比实验,前者还原焙烧时间和还原效率明显优于后者．以CO和N2分别作为还原气体和流体介质进行了流态化还原焙烧实验,考察焙烧温度、焙烧时间和还原气氛等对还原效率的影响．在焙烧温度800℃、焙烧时间3min以及CO体积分数10％时,软锰矿中二氧化锰的还原效率大于97％．在此基础上导出了还原动力学方程,并证实还原过程由界面化学反应控制,求得表观活化能为38．817kJ·mol^-1.     

基于热化学再吸附变温原理的低品位热能升温储能特性

基于热化学再吸附变温原理,提出并实施了一种以低品位热能升温储能为目的的热力循环，并对其循环特性及储能供能升温性能进行了理论分析.在此基础上,采用吸附储能工质对MnCl2 NaBr NH3研究了热化学再吸附升温储能特性.结果表明：利用固 气可逆化学反应过程中热能与化学吸附势能的相互转化可实现热能的高效储存，采用热化学再吸附变温技术在实现热能储存的同时还可有效实现低品位热能的能量品位提升，从而可为低品位热能的高效储存及利用提供新的思路.当储能阶段输入温度为128 °C时，根据外界不同温级热能的需求，释能阶段输出温度提升至140 °C和144 °C时，对应的储热效率分别为0.21和0.11，对应的效率分别为0.25和0.13，且热化学升温幅度越大，储能效率越低.     

带膨胀机的煤层气液化流程计算及热力学分析

为了比较不同煤层气液化流程中的损失、能耗的差别,首先对制冷剂中甲烷（CH4）的摩尔分数对能耗的影响进行了优化计算,在此基础上应用流程优化软件和编程手段对2种典型的液化流程方案进行了理论计算,进而对其损失、能耗进行了比较和分析.结果表明：CH4摩尔分数为50%左右时耗功最小,有利于流程的优化;理论上＂丙烷预冷的N2-CH4单级膨胀液化循环＂的损失和能耗均小于＂N2-CH4串联双级膨胀液化循环＂.     

纤维板纤维制备单元能耗分析

 利用统计实验的方法对国内典型纤维板生产厂家的纤维制备单元进行能耗分析, 得出了生产单位质量纤维的能耗组成、各部分能耗所占比重以及影响纤维制备单元能耗的主要影响因素.通过实际生产的测试数据, 定量分析计算了纤维制备单元各工序以标准煤表征的电能、热能的消耗.在此基础上的分析和计算结果表明, 1t纤维的总能耗为162.434kg(ce), 电能和热能消耗比例大约在1.00:4.49;各工序中, 干燥和热磨为主要的耗能工序, 分别占总能耗的65.199%和33.681%, 电能和热能的消耗比例分别为1.00:17.40和1.00:1.75, 研究为进一步采取有效措施节能降耗提供了理论依据.     

球团矿还原的动力学模型分析

基于还原炉控温还原实验,通过分析CO和H2还原球团矿过程中的反应速率模型,提出两种气体混合后还原球团矿的反应动力学模型,得到还原过程中阻力和反应速率随温度及还原度的变化规律,得出结论:CO还原球团矿时,内扩散阻力所占比例随着温度及还原度增加而变大;H2还原球团矿时,内扩散属于速率控制环节;混合气还原球团矿时,反应速率随温度升高而增大,温度低于500℃时,CO浓度增加,反应速率降低,而温度超过500℃后,反应速率则随着CO浓度的增加而增大;混合气反应速率模型的计算值与实验结果一致。     

不同温度热解酸化蔗糖制备低聚焦糖

为拓展热解酸化蔗糖制备低聚焦糖的应用领域,分别考察了不同温度下干法与湿法制备的低聚焦糖的pH值、特征吸收、褐变程度、糖含量、抗氧化性,并分析了低聚焦糖的主要成分和热稳定性.结果表明:随着温度升高,干法工艺制备的低聚焦糖的pH值先升高后缓慢降低,湿法工艺制备的则逐渐降低;干法工艺制备的低聚焦糖的特征吸收及褐变程度均上升,湿法工艺制备时则在160℃达到最强,分别为3.151和2.128;两种工艺制备的低聚焦糖的总糖含量逐渐减少,还原糖含量先上升后下降,抗氧化性增强;低聚焦糖主要成分为蔗糖、蔗果三糖等低聚糖,以及少量的葡萄糖、果糖等;低聚焦糖的热裂解产物主要有呋喃、呋喃酮、吡唑、吡咯烷、醛、烯和酸酐类.     

煤-焦-电分级替代新工艺制备电石过程的热力学分析

为分析煤焦电分级替代新工艺制备电石各环节能量和的利用与损失情况,对不同电石生产工艺进行科学评价,文中依据国内某电石生产企业的实际运行数据,对煤焦电分级替代电石生产新工艺进行了物料平衡、能量平衡和平衡分析;依据多产品综合能耗指标和综合耗指标,以不同目标产物为基准对煤焦电分级替代新工艺、电热法及氧热法进行了对比.结果表明,在输入新系统的总能量和总中,冷球团带入热解炉的能量和占比最高,分别为69.36％ 和71.85％;在输出新系统的总能量和总中,电石带出的能量和占比最高,分别为71.97％ 和69.09％;在各项热损失中,电石炉气带走的热量最多,占总输出热量的15.12％;新工艺单位产品电耗仅为2.48 k W h/kg-CaC2,比电热法的3.26 kWh/kg-CaC2降低了23.93％.当以CaC2为唯一目标产物时,分级替代新工艺具有最低的单位产品综合能耗10.22 kWh/kg-CaC2和单位产品综合耗9.15 kWh/kg-CaC2,与传统电热法和氧热法相比,具有显著的节能和节优势.