加压流化床中影响生物质气化气组成因素的研究

以加压流化床为反应器,锯末为原料,通过测定生物质空气气化产物的组成及其随反应条件变化的规律,确定了生物质结构与生物质气化气组成的关系。在700~850℃的温度范围内,以50℃为增量,考察了温度对气化产品气的影响。结果表明:CO是生物质气化的主要产物,在700~850℃的范围内,CO含量迅速升高,同时H2、CH4和烃类气体(包括CH4、C2H4、C2H2、C2H6、C3H6、C3H8)的含量也有升高,CO2的含量先升高后降低。生物质加压空气气化的实验中,压力从0.5 MPa变化到1.7 MPa,随着压力升高,CO2的体积分数上升,而CO和H2的体积分数下降,CH4和烃类气体的体积分数随压力的升高有上升趋势。生物质空气-水蒸气气化的实验中,水蒸气与生物质质量比mS/mB从1.1变化到2.6,随着mS/mB的升高,CO2,H2的体积分数均有所上升。反应结果表明,升高温度有助于生物质转化为气体;而压力越高越有利于CH4等烃类气体的生成,且随着压力的升高,反应器的处理量增大,反应程度加深;水蒸气的加入,减少了空气的消耗量,并生成了更多的H2及碳氢化合物,改善了产品气的质量。     

林业废弃物氧气-水蒸气气化的Aspen Plus模拟

基于Aspen Plus软件对林业废弃物氧气-水蒸气气化进行模拟计算,并对比模拟结果与试验结果以验证模型的可靠性,研究了气化温度、气化压力、当量比及水蒸气与废弃物的质量配比(S/F)对气化特性的影响.结果表明:随着温度升高气体产物中H2和CO含量增加,同时气化效率也相应增加,800℃时气化效率达到最高值为87.38%;压力增大时气体产物中H2,CO含量减少,但干气体产物的CH4含量及气体热值迅速增大;气化的最佳当量比约为0.22,过高或过低均会导致可燃组分和气化效率的下降;S/F增大时,气体产物中CO2,H2含量增多,CO含量减少,当S/F≥0.5时气化效率达到最大值并保持不变.     

二甲醚掺氢低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外光电离结合分子束取样质谱技术,研究了当量比为1.5,燃料掺氢体积分数为0%、40%和80%的二甲醚/氢气/氧气/氩气低压层流预混火焰。测量了火焰温度曲线和火焰物种的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰温度、燃烧主要产物CO和CO2以及主要燃烧中间物CH2O、CH3、C2H2和C2H4的影响。研究结果表明:在低压预混二甲醚/氢气/氧气/氩气火焰中,随着掺氢比的增大,火焰温度逐渐降低,火焰中CO、CO2、CH2O、CH3、C2H2和C2H4的摩尔分数逐渐减小;在后火焰区,CO与CO2的摩尔分数比随着掺氢比的增大而减小,说明掺氢有利于CO氧化成CO2,促进二甲醚完全燃烧。     

源头提质的高热值垃圾制衍生燃料热解产气特性

基于江苏省甪直镇城市生活垃圾源头提质后的高热值组分经过分选、破碎等工艺压制成RDF燃料,利用高温管式炉进行RDF热解实验,研究热解终温、物料配比、催化剂、温升速率和添加辅料等影响因素对RDF的热解燃料气的影响。研究结果表明:热解终温增大,热解效率及气体转化率都增大,温度越高,热解气中H2体积分数增大CO体积分数先减小后增大,CH4体积分数先增大后减小,CO2体积分数减小;随着RDF中生物质含量减小,生活垃圾含量增大,半焦及热解气先增大后减小;添加污泥的RDF热解效率及气体转化率分别增加2.85%和2.62%,CO和CH4体积分数增大,CO2体积分数减小;添加催化剂DHC-32的RDF热解气中H2体积分数大幅增加,CO2体积分数减小。快加热方式热解气产率增大,CO和CH4体积分数增大,CO2体积分数减小。     

生物质在超临界水流化床系统中部分氧化气化制氢

从理论的角度对超临界水部分氧化过程进行分析,利用已建立的热力学模型计算了反应过程的化学平衡.热力学研究表明:随着氧化剂当量的增加,H2、CH4、CO的平衡产量减少,CO2的平衡产量增加,而且H2的体积分数也随之减少.在实验室新研制的超临界水流化床系统中,研究了生物质模型化合物(葡萄糖)以及原生生物质(玉米芯)的部分氧化气化制氢.实验结果表明:氧化剂的加入大大提高了生物质的气化率,但降低了气体产物中H2的体积分数;在质量分数为10%的葡萄糖部分氧化气化过程中.当氧化剂(H2O2)当量为0.2(质量分数为4.53%)时,H2的绝对产量达到了最大值.     

煤与生物质流化床水蒸气共气化

采用单一流化床二步气化方法,以煤作为热载体与发热体,水蒸气作为气化剂,在流化床试验装置上进行生物质(稻壳和木屑)气化的试验研究,考察反应温度(t)、水蒸气与生物质的质量比对燃气组分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验结果表明,随着反应温度的升高,H2浓度、氢产率和潜在氢产率都不断增加,而H2与CO体积比逐渐减小;随着水蒸气与生物质的质量比的增大,H2浓度、H2与CO体积比、氢产率和潜在氢产率均不断增加,而CO与CO2体积比呈减小趋势。生产氢的最佳条件:t=1 025℃、水蒸气与生物质质量比为2。在最佳条件下,进一步研究了生物质种类对氢产率的影响。木屑气化制氢优于稻壳气化制氢,木屑气化所获得的氢产率(61.7g H2/kg)约为稻壳气化所获得氢产率(53.4 g H2/kg)的1.2倍。     

甲烷在具有隔热通道的微燃烧器中的燃烧特性

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,用平板Swiss-roll燃烧器进行CH4/空气预混气的燃烧实验,获得了不同甲烷流量时燃烧器的熄火极限,分析了燃烧产物成分.结果表明:该燃烧器能够实现CH4/空气的稳定燃烧,并确保火焰位于燃烧器的中心;当存在回热时,未燃气体被加热,燃烧器的可燃极限范围增大,但上下极限并不对称,富燃极限比较小,而富氧极限比较大,预混气体能够在较大的空气流量下稳定燃烧;燃烧器最高的壁面温度在理论当量比附近,且随着空气流量的增大,火焰温度逐渐下降;空气过量时甲烷可实现较完全燃烧,空气不足时过剩的甲烷转化为H2和CO,减小了燃烧放热量,使燃烧器容易熄火.     

温度对二甲醚等离子体制氢影响仿真分析

使用Chemkin软件对二甲醚部分氧化制氢进行了热力学计算,在定压绝热条件下计算了产物中各组分的体积分数随温度（200℃～750℃）的变化关系。实验结果表明：在标准大气压,空醚比为3时,H2与CO的体积分数随温度的升高而增大;CH4的体积分数随温度的升高而减小;二甲醚转化率随温度的升高而增大。通过仿真与实验的比较分析,得到结论：高能电子的分布均匀性对于等离子体部分氧化重整制氢有较大影响。     

流化床反应器中生物质空气气化试验研究

流化床反应器中生物质空气气化结果受诸多因素影响，其中反应温度、空气当量比对产气质量影响较大．实验结果表明，在720℃时气化产气热值较高，气体质量较好，气化气热值在5～8．6MJ／Nm^3之间．随着空气当量比增加，气化气热值降低；随着温度升高，气化气质量下降；密相层与稀相层进料对气化结果也有较大影响．     

基于Gibbs自由能最小原理分析CO2重整CH4

运用G ibbs自由能最小方法,研究了重整反应器的操作参数(温度、压力、反应气配比等)对CO2重整反应中CH4转化率和产物分布的影响,以及甲烷氧化反应与CO2重整反应间的能量耦合.研究结果表明:反应压力P不变(P=101.325 kPa),随温度升高CH4和CO2转化率增大,在900 K左右产生的H2O(g)的量达到极大值,在1 200 K以上CH4转化率接近100%;反应温度T不变(T=973 K),随压力升高CH4和CO2转化率降低,H2O(g)的选择性略微增加;T=973 K,P=101.325 kPa,原料气中nCH4/nCO2(摩尔比)从0.65增加到2.0时,CH4转化率从85%降到45%,nH2/nCO(摩尔比)从0.77增加到0.95;反应器中加入适量O2,可以提供CO2重整反应所需的能量,同时可调节产物中CO与H2的摩尔比.     

微细通道内甲烷部分催化氧化的反应特性

基于详细基元反应机理,对微细通道内Rh催化剂表面低浓度CH4部分催化氧化的反应特性进行了数值研究,重点考察了进口温度、CH4/O2体积比以及H2O对CH4部分催化氧化的影响.结果表明:在Rh催化剂表面,CH4的反应为动力学控制,而O2的反应为扩散控制;由于O2的高反应性,CH4首先与O2发生氧化反应,完全氧化产物和部分氧化产物均有生成;当O2被消耗以后,CH4与H2O发生重整反应,而CO2的重整反应没有发生;C/O体积比的增加会导致重整区积碳量的增加,从而CH4的转化率以及部分氧化产物的生成量降低,甚至重整反应停止;添加H2O能够有效地抑制积碳,并促进H2和CO2的生成.     

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.     

块状长焰煤高温蒸气热解的试验研究

应用太原理工大学高温蒸气热解试验系统,以高温过热水蒸气为热源介质对块状长焰煤进行加热,针对热解的产气规律、产气性质等热解特性做了实验研究.得出了块状长焰煤在受热过程中的产气量具有温度阶段性,450℃到500℃是热解气体产气的最佳温度段;对于产气性质而言,CO2的体积分数相对比较高,且随着温度的升高体积分数变化不大;CH4,CO的体积分数随着温度升高而下降;H2的体积分数随着温度升高持续增加,它对热解气体的热值贡献最大;两个碳原子以上的烃类气体体积分数很少;从4个取样点所取样品计算出的热值看,525℃的气样热值可达到水煤气的热值水平,425℃时气样热值可达到焦炉煤气的热值水平.     

聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺平板复合膜CO2/CH4的研究

利用聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺（PDMS/PEI）非对称平板复合膜,以CO2/CH4混合体系作为研究对象,考察了原料气组成、原料气压力、渗余相流量、温度对分离过程的影响。结果表明：随着原料气中CH4组成的提高,CO2渗透速率下降,分离因子先升高,但在CH4体积分数大于0.5时,分离因子开始下降;随着原料气压力的提高,CO2的渗透速率和分离因子均为下降趋势;在不同压力和温度下,随着渗余相流量的增大,CO2渗透速率基本维持稳定,分离因子略有上升,其中在低压或者低温下,CO2分离因子变化不大,在高压或者高温下,CO2分离因子上升明显。     

含Cd油菜秆热解实验研究

以含Cd油菜秆(Cd-RS)为研究对象,通过热解实验研究重金属Cd对油菜秆(RS)热解产物的影响规律以及Cd在油菜秆热解过程中的迁移转化机制。研究结果表明:Cd-RS生物油产率随热解温度升高呈先升高后降低趋势,并在500℃达到最大值,为50.95%;适量Cd可有效提高生物油和生物炭产率,同时大幅降低生物气产率。Cd导致气体产物中的H2体积分数升高,CO2,CO和CH4体积分数降低,同时气体热值大幅降低。相比于RS,Cd-RS热解炭中的固定组分的质量分数降低,挥发分和灰分质量分数升高,C和H质量分数降低,O质量分数升高,热值大幅下降。随着热解温度从400升至600℃,Cd的保留率从84.97%快速降至4.29%,适当降低热解温度可有效防止油菜秆中Cd的挥发,油菜秆中的Cd经热解后以单质Cd,CdO和CdS形式存在于热解残炭中,其对环境的危害性大大降低。     

注空气采油油井产出气体燃爆特性

注空气采油工艺过程中存在产出气爆炸等安全问题,在分析产出气-空气混合物爆炸体积分数极限主要影响因素的基础上,利用Le Chatlier公式和图版计算混合物的爆炸体积分数极限,估算临界氧含量,采用圆柱状爆炸容器,在20～90 ℃、0.2～1.2 MPa下对产出气-空气混合物进行燃爆特性试验,确定爆炸体积分数极限范围、临界氧含量及爆炸区域,制定油井氧含量的安全标准.结果表明:可燃产出气的爆炸体积分数极限和临界氧含量受温度、压力、氧含量、点火能量、位置和惰性气体等因素的影响;爆炸范围随温度、压力和氧含量的升高而变宽,危险性增大;临界氧含量随温度、压力的升高而降低;高温高压模拟工况条件下,爆炸范围和氧含量随惰性气体体积分数的增加迅速减小,惰性气体体积分数和氧含量对爆炸体积分数下限影响较小,而对体积分数上限影响很大.     

煤的水蒸气等离子体气化初步研究

煤的水蒸气等离子体气化技术是一种生产合成气的洁净煤技术,具有潜在的应用前景,其技术核心部分是电弧等离子体反应器．以水蒸气为气化介质、空气为输送介质,对煤在电弧等离子体中的气化行为进行了研究;所用等离子体反应器由石墨管阳极和石墨棒阴极构成;反应器内的等离子体通过外置线圈产生的磁场进行约束和控制．结果表明：合成气中有效气体(H2 CO)的体积分数随着磁场线圈电流的增大或者等离子体反应器输入功率的增加而提高,产品气体中H2 CO的体积分数可达到75％．而CO2的体积分数始终低于3％,在产品气体中未检测到甲烷．     

综采工作面采空区封闭与惰化防灭火技术的数值模拟

为了验证综采工作面采空区封闭与惰化过程中相关技术参数的合理性,了解注惰过程中各组分气体体积分数分布及扩散规律,掌握其随时间变化特点,依据气流渗透及扩散理论,运用Fluent软件对采空区封闭后惰化过程进行数值模拟,并采用现场取样化验分析的方法对采空区封闭后注惰过程中气体体积分数进行监测.通过对比发现,模拟结果与监测数据基本吻合,验证了模拟结果的准确性.由模拟结果可知:双"U"型通风系统的存在使得采空区内部空间具有较为均匀的风流流场分布;在正常通风情况下,O2、CO2及N2体积分数随距工作面距离的增加而逐步降低,CH4体积分数以下隅角为中心径向逐步增大;随着注惰进程的推移,O2和N2体积分数随着注惰时间的累积逐步升高,CH4和CO2体积分数则反之.     

超临界水中甲醛气化的实验研究

以葡萄糖在超临界水气化制氢中的中间产物甲醛为对象,研究了其在超临界水中的气化过程.结果表明:甲醛气化生成的气体产物主要成分是H2、CO2和CO,液体产物主要成分是CH3OH、CH3OCH2OCH3和CH3OOCH;反应温度、压力、时间以及物料含量对反应产物存在影响,其中压力和物料含量对气化过程影响较大;低压下低温有利于H2生成,高压下高温更有利于H2生成;反应时间长、甲醛初始含量低亦有利于H2的生成.根据气化后的气、液态产物及其含量,确定了甲醛在超临界水中气化转换的路径.     

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%.