固体燃料造气直接还原工艺技术试验研究

采用小型模拟生产性试验的办法，对富氧煤气化直接还原竖炉新工艺流程中的煤气成份Ｈ２含量及Ｈ２／（Ｈ２＋ＣＯ）最佳比值、还的气体流量、燃料层控制、富氧率、熔融状态炉渣的顺利排除、蒸汽（水）量及粉法挥发控制等问题，从理论与实践的结合方面进行了研究，为该工艺流程戒严性试验的设计和实现，及技术操作规程的制定提供依据。     

直接还原竖炉氢气利用率的数值分析及优化

在氢气直接还原铁竖炉内氢气的利用率较低,故在竖炉上部增加吹氧装置来实现炉内物理能和化学能的最佳利用,提高氢气利用率。通过计算流体力学软件模拟氢气竖炉和吹氧竖炉还原段的温度场、气体分布,计算出炉内能量的消耗。结果表明,在还原段上部7 m处吹氧,每还原出1 t铁的吹氧量为26.78 Nm3,吹氧竖炉与氢气竖炉相比:氢气利用率提高33.43%,氢气用量减少22.08%,炉顶气还原势降低61.84%,能耗减少14.72%,吹氧周围及上部炉料温度有所升高。     

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%.     

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.     

竖炉—铁浴二步法熔融还原的数学模型

本文对竖炉-铁浴二步法熔融还原过程进行物料平衡和热平衡分析。在Fe-O-C-H_2体系中,由氧平衡和热平衡分别确定了上部竖炉和下部铁浴的操作数学模型。由热力学计算,将上、下两部有机联系起来,得到全过程Rist操作线图。从而,建立了竖炉-铁浴二步法熔融还原过程数学模型,可用来计算全过程氧耗和燃料比等操作参数。     

甲烷改质生产海绵铁技术分析

直接还原竖炉方法是目前海绵铁生产的主流工艺,通过对甲烷改质获得适合竖炉的还原气,可以解决天然气对海绵铁工艺的束缚,满足不同地区海绵铁市场的需求.本文比较分析了国内外各工艺的技术特点,HYL技术工艺成熟,但是竖炉压力高,工艺和设备投资较高;MIDREX 竖炉采用竖炉外重整方法,需要建立单独的催化设备,占地面积大且投资高;中冶赛迪研发的低压竖炉工艺可以适应多种还原气体,具有较广的适用范围,适合我国的资源特点.     

全氧熔融气化炉直接还原新工艺

介绍了全氧熔融气化炉直接还原新工艺的工艺流程及其特点，并对解决该工艺流程中几个关键技术问题所采取的措施及工艺方案的可行性，作了分析和说明。     

钒钛磁铁矿提钒新工艺研究

中国对钒钛磁铁矿中钒的利用仍然存在着诸多难题,特别是对于低品位的矿石,传统的高炉-转炉工艺更加难以实现对钒的高效提取利用。针对其钒钛磁铁矿的利用问题,开展了新工艺的探索,通过竖炉煤基还原-电炉熔分工艺进行铁钒分离,从而实现钒资源的综合高效利用。实验结果表明,最佳工艺参数为1 050℃条件下竖炉煤基还原11.5h,海绵铁的金属化率为93%,钒的还原率能够控制在3.5%以下;还原过程中加入3%的硼砂添加剂可以明显改善海绵铁的金属化率,使其提高到98.16%;样品中心部位铁的还原程度要优于边缘部位。     

气基竖炉炉顶煤气循环工艺的理论分析

针对竖炉生产中存在的煤气还原势化学能未能充分利用的问题,提出3种竖炉炉顶煤气循环新工艺(top gas recycling,TGR)。基于物料平衡和热平衡建立了竖炉的静态工艺模型,对其进行了数值求解模拟和分析。结果表明,对于提出的工艺TGR1、TGR2、TGR3,煤气需求量分别减少63.77%、57.13%、55.85%,显热需求也呈现出相同趋势;但对于循环竖炉工艺而言,循环煤气重整和升温需要额外耗能,从而系统总能耗分别上升了5.68%、7.27%、17.12%,其中,TGR1流程CO2排放量最低,较传统竖炉降低15.35%,TGR2、TGR3流程CO2排放量分别上升0.16%和3.15%。     

COREX流程优化试验研究

通过热模拟试验研究了ＣＯＲＥＸ竖炉气体利用率与还原条件的关系及工业竖炉可达到的气体利用率极限．研究了熔炼煤耗与还原参数的内在联系及达到最低能耗的优化条件．结果表明，竖炉气体利用率受热力学和动力学混合控制，最高值约为５０％左右．全流程最低能耗与熔炼煤性质有关．使用发热值为２９ｋＪｇ－１的２号熔炼煤时，最低煤耗为６２４ｋｇ，净能耗为２．０５４×１０７Ｊ．     

煤炭地下气化“三带”特征及影响变量的研究

阐述了煤炭地下气化的原理,根据气化煤层的温度、主要化学反应及煤气成份的不同,将气化过程沿气通道划分为3个带,即氧化带、还原带和干馏干燥带。分析了“三带”的物理化学特征,并讨论了主要变量－－温度、水涌入速率、鼓风的量与质、煤层厚度、操作压力以及气化通道的长度和断面对煤气质量的影响及各变量之间的相互关系。为进一步探讨煤炭地下气化过程和影响因素、预测产品煤气的组成、选择最佳控制参数以及确定适宜的气化工艺,提供了必要的依据。     

露天边坡煤炭地下气化工业性试验研究

针对“三下”煤层,难采煤层,复杂煤层以及露天边坡剩余的煤炭资源,井工开采不经济或难以开采,可利用煤炭地下气化将这些残余资源得以回收利用,试验利用矿井式煤炭地下气化方式,对阜新矿露天边坡进行了空气煤气、水煤气,富氧煤气的工业性试验研究,通过煤炭地下气化工业性试验,得出在露天边坡矿井式气化建炉方式,不同气化工艺的煤气组分,热值．露天边坡的高挥发性、复合薄煤层适合于用地下气化技术生产中、低热值煤气,气化剂不同,其热值不同,用途不同。     

生物质与煤气化特性的比较及对化工合成的影响

本文通过对生物质和煤炭的燃料特性、气化方法和合成工艺的比较,表明采用生物质气化合成气进行化工合成是可行的。与煤炭相比,生物质的气化方式尚需进一步完善,发展增压固定床富氧气化和改进流化床气化方式是较为可行的路线。采用生物质气化气进行化工合成时,低压甲醇合成及一步法二甲醚合成是适宜的合成路线。     

煤焦-CO_2高温气化反应特性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温法研究煤焦-CO2高温气化反应,考察了煤种、气化温度及气流速度对煤焦气化反应的影响,并对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:当气化温度低于煤焦灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率峰值随气化温度的升高而增大,当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率变化十分缓慢,甚至有下降的趋势;不同煤种的气化反应动力学参数有很大的差异,鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均为140kJ/mol,阜新煤焦的活化能为70kJ/mol.当煤焦的气化反应温度高于煤焦的灰熔点温度时,扩散成为煤焦气化反应的主要限制环节,提高气流速度有利于煤焦气化反应的进行.     

华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化模型试验研究

通过地下气化模型试验，获得了华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化过程的一般规律．研究了汽氧比对煤气组成的影响、气化过程的稳定性以及试验条件下的煤层气化速率变化，进行了相同条件下的物料衡算．试验结果表明，纯氧煤炭地下气化，可以利用煤层合水或顶板淋水生产水煤气．华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化可以获得合格的合成氨原料气，但需根据气化工作面的移动及煤气组成交化，采用移动点供风气化维持气化过程连续稳定进行．气化过程的物料衔算可以用来预测气化煤气的基本组成．汽氧比影响煤气组成变化，试验条件下适宜的汽氧比范围为1．5-2．煤层气化速率在供风点附近出现最大值，试验条件下的平均水平气化速率为4cm／h，平均横向气化速率为1．5cm／h．     

风力干式选煤技术在北宿煤矿的应用

兖州矿区北宿煤矿的煤质属高硫气煤类，燃烧后SO2排放量大，利用受到限制。跨入新世纪后，兖矿集团加快了高硫煤气化合成甲醇及气化发电项目的建议，给矿区高硫煤由燃料煤转向气化用原料煤提供了发展机遇。本文介绍了风力干式选煤技术的原理，针对北宿煤矿煤质特性，从多种选煤工艺方案中比选出投资少、生产成本低、经济效益显著，加工处理后能满足煤化电联产气化用原料煤要求的选煤工艺方案－风力干式选煤。     

煤炭地下气化多阶段数学模型

在煤炭地下气化过程中,干燥、热解及气－煤反应是非常重要的产气过程,它决定着地下煤气的组成和气化工作面的效率。鉴于此,分析了煤的干燥和热解特征,研究了煤的干燥模型、热解动国学模型、气－煤焦反应动力学及多孔煤块中气体的扩散和流动规律,在此基础上,建立了煤炭地下气化干燥、热解及气－煤焦反应的多阶段数学模型,并对计算结果进行了分析与讨论,模拟结果表明,数值计算值与实测值较为吻合,证明了煤炭地下气化过程多阶段数学模型的建立、参数的选定及对定解条件分析与处理的正确性和合理性。     

加压喷动流化床煤部分气化试验

在热输入0.1MW的喷动流化床煤部分气化炉上以空气和水蒸气的混合物为气化剂,进行了徐州烟煤的加压部分气化试验.考察了气化温度、压力等工艺参数对煤气热值、煤气成分、脱硫效率等指标的影响.试验结果表明:气化温度对煤气化过程影响显著;而增大压力,床内气体速度降低,延长了气化剂在床内的停留时间;另外压力增加改善了床内的流化质量,从而提高了气化效率,改善了煤气质量.提高温度和增大压力均能提高脱硫效率,但温度对脱硫效率的影响更为明显.     

煤炭地下气化过程的变化规律和提高煤气热值问题

为改进有井式煤炭地下气化技术，提高产气量和煤气热值，根据煤炭地下气化原理，通过现场试验研究了地下气化过程的各种变化规律。系统地分析了气化过程中物理化学特征和影响因素，揭示了在急倾斜中厚煤层条件下，气化炉温度场和浓度场的分布状态和发展趋势，以及煤气热值与气化通道长度的相关性。试验证明：延长气化通道长度，受干馏干燥带的影响，煤气热值不能提高，将会逐渐降低。     

高灰熔点煤气化特性的实验研究

研究高灰熔点煤气化特性,以水煤浆为气化原料,在沉降炉内进行了我国典型高灰熔点煤老矿中煤气化反应的实验研究.考察了气化温度和O/C摩尔比对合成气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响.结果表明,在相同O/C摩尔比条件下,有效合成气体积分数、碳转化率及冷煤气效率随气化温度的升高而升高.在气化温度相同的条件下,随着O/C摩尔比的增加,CO2的体积分数和碳转化率随之增大,而冷煤气效率呈现出先增大后减小的趋势.在实验条件下,老矿中煤的最佳O/C摩尔比为0.90~1.05.