气流床气化炉内颗粒停留时间分布
运用马尔科夫链模拟气化炉停留时间分布
摘 要 ： 将 连 续 时 间 马 尔 科 夫 链 与 多 级全 混 流 串联 模 型 结 合 建 立 停 留时 间分 布 数 学 模 型 。通 过 对 气 化 炉 流
场 的 认 识 ， 将 气化 炉 划分 为 几 个 区域 状 态 ，组 成 马 尔科 夫 链 状 态 转 移 图 ，用 多 级 全 混 流 模 型 表 示 该 各 个 区 域 的混 合 程 度 。通 过 对 两种 气 化 炉 停 留时 间 分 布 的模 拟 和实 验 值 进 行 对 比 ，结 果 比 较 吻合 ，表 明 该 模 型 模 拟 气化 炉停 留 时 间分 布是 可 行 的 。
气化 炉反应 器 的停 留时 间分布 是气 化炉反 应器 的重 要性能 之 一。通 过对 气化 炉 流场 的认识 ，用 马
尔科夫 链模 拟停 留时 间分 布往 往能够 得 到很好 的效果 。戎顺 熙［ 和 Ａｂ ａ ａ Ｔ ｍｉ等 ［ ］ １ ３ ｒｈ ｍ ａ ｒ ２ 分别 提 出 了 。
一
Ｔ ｘｃ） ｅ ａ ｏ ，Ｇｌｂ ｌ — ａ ｏ ａ Ｅ Ｇ ｓ气 化 炉 ，以 干 粉 煤 为 原 料 的 Ｓ ｅｌ ｒｎｌ ，Ｎｏ ｌ 及 Ｅ ｇｅ气 化 炉。美 国 ｈｌ ，Ｐ ｅ ｆ ｏ ｅｌ ａｌ
Ｔ ｘ ｃ 公 司开发 的水 煤 浆气 化工 艺是 将煤 加 水磨 成 水煤 浆 ，用 纯 氧作 气 化 剂 ，在 高 温高 压 下进 行 气 ｅａｏ
收稿 日期 ：２ ０—９０ ；修 订 日期 ：２ ０—１１ ０ ５０ —５ ０ ６０ —６ 作 者 简 介 ：许 寿 泽 （９ ２ ） １ ８ － ，男 ，硕 士 研 究 生 ；于 广 锁 （ ９０ ） １ ７ － ，男 ．教 授 ，通 讯 联 系 人 。 Ｅｍａ ：ｓｕ ｅｕｔｅ ｕ ｃ — ｉ ｇｙ ＠ ｃｓ．ｄ ．ｎ ｌ 基 金项 目 ：国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 基 金 项 目 （０ ３ ２ ０ ＡＡ５ ０ ０ ；上 海 市 启 明 星 计 划 基 金 项 目 （３ １ Ｏ ） ２２） Ｏ ＱＦ ４ ｌ ３
典型气流床煤气化炉气化过程的建模
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2426·化 工 进 展典型气流床煤气化炉气化过程的建模东赫1，刘金昌1,2，解强1，党钾涛1 ，王新1（1中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083；2九州大学电子和材料应用科学系，日本 福冈春日 816-8580 ）摘要：利用Aspen Plus 、基于热力学平衡模型对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。
根据煤颗粒热转化的历程，将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段，利用David Merrick 模型计算热解过程，采用Beath 模型校正压力对热解过程的影响，选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应，编制Fortran 程序计算半焦裂解产物收率，最后基于Gibbs 自由能最小化方法计算气化反应。
结果表明，采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合，对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H 2）体积分数模拟结果的误差均不超过2%，建立模型的可靠性得到验证。
关键词：气流床气化炉；热力学平衡模型；Aspen Plus中图分类号：TQ 546 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2426–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.19Modeling of coal gasification reaction in typical entrained-flow coalgasifiersDONG He 1，LIU Jinchang 1，2，XIE Qiang 1，DANG Jiatao 1，WANG Xin 1（1School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2Department of Applied Science for Electronics and Materials ，Kyushu University ，6-1 Kasuga-Koen ，Kasuga ，Fukuoka 816-8580，Japan ）Abstract ：This paper presents a modeling method for the coal gasification process proceeding in GSP pulverized coal gasification ，GE coal-water slurry gasification and Opposed Multiple-Burner gasification based on the thermodynamic equilibrium with the aid of Aspen Plus. In the light of thermal conversion procedure of fine coal particles ，the coal gasification was interpreted as consisting of four stages including pyrolysis ，volatile combustion ，char decomposition and gasification reaction. Then ，the pyrolysis stage was calculated by the David Merrick model and the effect of pressure on the coal pyrolysis was corrected by means of Beath model. The volatile combustion stage was simulated by using Rstoic reactor and the yield of char decomposition products was calculated via compiling Fortran program. And finally ，the gasification reaction stage was simulated based on the Gibbs free energy minimization. The results revealed that the simulated values from the developed simulation model of gasification processes were in good consistent with the industrial field data. The deviation of simulated results of volume fraction of the effective gas (CO+H 2) of these three typical entrained-flow gasifiers were all less than 2%，which can validate the reliability of the coal gasification model.第一作者：东赫（1991—），女，硕士研究生。
气化填空题
煤浆制备填空题（题目）1、影响煤浆粘度的因素：（添加剂用量）（煤浆粒度分布）（煤浆浓度）。
（题目完毕）（题目）2、PID图中FG表示（流量计）。
（题目完毕）（题目）3、煤浆制备厂房共有（六层）层。
（题目完毕）（题目）4、磨煤机的位号为（M6101A/B/C）。
（题目完毕）（题目）5、影响煤浆浓度的因素：（添加剂用量）（煤内水含量）（粒度分布）。
（题目完毕）（题目）6、棒磨机直径（3.8m )，筒体长度（5.8m），钢棒材质（65Mn）。
（题目完毕）（题目）7、磨机是一种（湿式溢流）型、外结构由（筒体）、（进料口）、（出料口）、主轴、大齿轮、小齿轮、联轴器、盘车器、电机、稀油站、气动离合器。
（题目完毕）（题目）8、德士古推荐的水煤浆浓度为（60%-65%）。
（题目完毕）（题目）9、煤浆循环管线设置冲洗水管线的作用是（在气化炉投料后冲洗留在煤浆循环管线内的煤浆）。
（题目完毕）（题目）10、煤称量给料机位号是（W6101），安装在（煤浆制备三层）。
（题目完毕）（题目）11、冲洗水泵的位号（P6105A/B）。
（题目完毕）（题目）12、甲醇的化学式是（CH3OH）。
（题目完毕）（题目）13、煤浆制备分（三）个区域。
（题目完毕）（题目）14、事故氮气压缩机的位号为（C6101A/B）。
（题目完毕）（题目）15、磨煤机的规格（Ф3.8×5.8 ）。
（题目完毕）（题目）16、事故氮气压缩机包括（四）级气缸。
（题目完毕）（题目）17、衡量流体粘性大小的物理量称为（黏度）。
（题目完毕）（题目）18、可磨指数是指原煤在研磨过程中对煤质（耐磨强度大小）的一种度量。
（题目完毕）（题目）19、添加剂的作用是改善水煤浆的（流动性）和（稳定性）。
（题目完毕）（题目）20、研磨水槽位号为（V6105），其安装在(压滤机厂房一层)。
（题目完毕）（题目）21、低压煤浆泵输送的煤浆经（煤浆给料分流器（V6111））分流进入煤浆槽。
气化炉
1）喷流床气化炉它是一种高温、高压煤粉气化炉，气化炉的压力为20-60bar，要求采用90%以上的颗粒小于100μm的煤粉，采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂，当以氧为气化剂时，气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000℃。
由于是高温气化，在产生的粗煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质，煤气的主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400℃，往往高于灰的软化温度。
为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备（余热锅炉）粘结堵塞，将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤气混合，将热煤气的温度降低到比灰的软化温度低50℃，然后，热煤气再经过气化炉的余热锅炉（辐射和对流蒸汽发生顺）产生饱和蒸汽，同时使热煤气的温度降低到200℃左右，约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池。
煤粉灰中的以飞灰的形式随热煤气，帮煤气须经除尘、洗涤脱硫处理，成为清洁的煤气，再送往燃烧室。
喷流床气化炉由于是煤粉高温高压气化，因此煤种适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。
2）流化床气化炉流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质，使整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。
同时，可以利用流化床低温燃烧，在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石或白云石），将产生的大部分SO2和H2S脱除。
由于流化床气化炉内的反应温度一般控制在850－1000℃，因此，它产生的焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双原子或三原子气体，煤气的主要成本是CO和H2，CH4的含量一般少于2%。
当前，用于IGCC系统的流化床气化炉有KRW炉，U－Gas炉和温克勒炉等。
3）固定床气化炉固定床气化炉是最早开发出的气化炉，它和燃煤的层燃炉类似，炉子下部为炉排，用以支承上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
Shell煤气化技术综述_宋超
Shell 煤气化技术综述宋超（江苏中能硅业科技发展有限公司江苏徐州２２１０００）一、概述Ｓｈｅｌｌ煤气化技术是在原Ｋ－Ｔ气流床煤气化技术的基础上改进而来。
将粒度为１００目、水分＜１０％的煤粉，纯度为＞９９％的氧气和水蒸气在喷嘴处混合进入煤气化炉进行气化反应，炉内的气化压力为２．０～４．０ＭＰａ，温度为１４００～１６００℃，气化生成的有效煤气成分含量为９０％～９４％，碳的转化率约为９９％（飞灰再循环的条件下）。
二、Shell 煤气化反应原理Ｓｈｅｌｌ煤气化反应原理与Ｋ－Ｔ常压粉煤气化相同，是以干煤粉作为原料，氧气和水蒸气作为气化剂在气流床内进行的气－固两相流态化反应。
干煤粉由氮气或二氧化碳吹入气化炉，气化炉内的气化反应温度很高，在有氧存在的条件下，以燃烧反应为主，在氧气反应完成后进入气化反应阶段，物料在炉内的停留时间一般为３～１０ｓ，气化反应很快就达到平衡。
气化产生的粗煤气经粗煤气冷却器冷却后，最终形成以ＣＯ、Ｈ２为主的煤气。
反应中产生的煤灰熔化后以液态的形式排出气化反应炉。
带粗煤气冷却器（废热锅炉）流程的特点如下：１．结构复杂，昂贵。
１台废锅，如２０００ｔ／ｄ要多１个亿的投资。
２．若用于化工，则后续的调比过程需要大量蒸汽，废锅产生的蒸汽约６０－７０％用于调比，真正能量回收的好处不大，用高投资的废锅而取得的效益不大。
三、原料要求Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺对煤种有广泛的适应性，由于采用粉煤进料和高温、加压气化，故对煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等要求不是十分严格，但从技术角度考虑仍有一定要求。
水分（收到基水分）：褐煤６％～１０％，其它１％～６％，灰分干基＜２４％，灰熔点ＦＴ＜１３５０℃，粒度＜０．１５ｍｍ的＞９０％。
１．煤的灰熔点是加压干粉气化选择原料的主要条件，一般选择灰熔融流动温度ＦＴ在１４００℃以下的烟煤，ＦＴ超过１５００℃的煤不宜采用。
２．煤的活性要好，一般以烟煤和褐煤为主。
３．灰渣的粘温特性碱性组分含量高，一般碱／酸应大于０．３。
煤制合成气技术比较
煤制合成气技术比较煤制合成气技术比较Texaco水煤浆气化、Shell粉煤加压气化和GSP气化技术都是典型的洁净煤气化技术，各有特点，各企业在改造或新建时应根据煤种、灰熔点、装置规模、产品链设定和投资情况进行合理选择。
下面就上述气化技术及其选择和使用情况进行分析和评价，供大家参考。
1、Shell气流床加压粉煤气化该工艺在国外还没有用于化肥生产的成功范例。
中石化巴陵分公司是第一家引进该技术用于化肥原料生产的厂家。
到目前为止，国内已先后有18家企业引进了此项技术(装置)。
但该工艺选择的是废锅流程，由于合成原料气含有的蒸汽较少，3.0MPa下仅为14％；因此用于生产合成氨后续变换工序要补充大量的水蒸气，用于甲醇生产也要补充一部分水蒸气于变换工序，工艺复杂，也使系统能量利用不合理。
湖北双环科技股份有限公司是第一家正式投运的厂家，于2006年5月开始试车。
据反映，试车期间曾发生烧嘴处水冷壁烧漏，输煤系统不畅引发氧煤比失调、炉温超温，渣口处水冷壁管严重腐蚀，水冷液管内异物堵塞和烧嘴保护罩烧坏等问题。
引进该技术的项目投资大。
2006年5月贵州天福与Shell签约，气化岛规模为每小时17.05万m3CO+H2，投资9.7亿元人民币，为同规模水煤浆气化岛投资的1.8倍。
气化装置设备结构复杂，制造周期长。
气化炉、导管、废锅内件定点西班牙、印度制造，加工周期14～18个月，海运3个月；压力壳可国内制造，但材料仍需进口，周期也较长；设备、仪表、材料的国产化率与水煤浆气化相比差距比较大。
建厂时间长(3～5a)，将使企业还贷周期长，财务负担加重。
2001年与Shell签约的中石化巴陵分公司、湖北双环、柳州化工股份有限公司只有双环于2006年5月试车；2003年与Shell签约的中石化湖北化肥分公司、中石化安庆分公司、云天化集团公司、云维集团沾化分公司只有安庆于2006年10月开始煮炉。
Shell气化装置没有化工生产成熟应用为依托，消化掌握需要经历较长时间。
多喷嘴对置式气化炉内颗粒停留时间分布数学模拟研究
中图分类号 ：Ｔ ４ ；Ｔ ４ ；０ ４ ． Ｑ５ ５ Ｑ５ ６ ２ ２１ 文献标识码：Ａ
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆＰａ ｔｃｅＲｅ ｉ ｎｃ ｍ ｅＤｉｔ ｉ ｔｏ ｎ Ｏ Ｍ Ｂ ｓｆｅ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉ ｌ ｓｄｅ ｅＴｉ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｉ Ｇａ ｉ ｒ ｉ
ＬＩＣｈ ｏ， ＤＡＩＺｈ ｎ － ｕ ， ＸＵ ｉｎ ｌａ ｇ ＹＵ ａ ｇ－Ｕ ， Ｗ ＡＮＧ ｕ－ｈ ｎ ａ ｅ ｇｈ ａ Ｊａ －ｉｎ ， Ｇｕ ｎ Ｓ Ｏ Ｆ ｃｅ
（ ｙ ａｏａ ｒ ｆ ｏ ａｉｃｔ ｎｏ ｎｓｙｏ ｄ ｃ ｉ ， ａｔ ｈ ａ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｋｅ ｂ ｒ ｏｙｏ ａＧ ｓ ａｏ ｆ ｉｒ ｆ ｕａ ｏ Ｅ ｉ ｖ ｓｙ ｆ Ｌ ｔ Ｃｌ ｉ ｆ ｉ Ｍｉ ｔ Ｅ ｔ ｎ ｓ Ｃ ｎ Ｕｎ ｅ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈ ｇａ ２ ０ ３ ， ｈ ａ ｃ ｎ ｅ ｎ ｃｎ ｌ ｙ Ｓ ａ ｈ ｉ ０ ２ ７ Ｃ ｉ ） ｅ ａ Ｔ ｏ ｎ ｎ
ｗｅ１ ｌ．Ｔｈ ｅ ｕｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｐａｔｃｅ ｍ ｅ ｎ ｒ ｓｄ ｎｃ ｉ ｉｃ ｅ ｓ ｓ ｆｒｔｙ ｎ ｈ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗ ｉ ｅ ｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｗ ｔｔ ｒｉｌ ｓ ｈ ｈ ａ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｍｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｓｌ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｒ ａｅ ｔ ｔ ｉ ｈ ｈ
煤化工工艺试卷 2
一、填空题1、由于成煤植物和生长条件不同，煤一般可以分为三大类：（）、（）、（）。
2、护炉设备主要包括（）、（）、（）、弹簧、炉门框、抵抗强及机焦侧操作台等。
3、煤气输送所用的鼓风机主要有两种，一种为（），一种为（）。
4、粗苯加氢精制法根据操作条件不同可以分为( )、（）和（）。
5、煤焦油初步脱水一般采用（）。
6、甲醇合成工艺流程有多种，其发展过程和（）的应用和（）技术的发展是密不可分的。
7、煤或焦在高温下，与气化剂反应转化为（）、（）等可燃性气体的过程，称为煤得气化。
8、煤化工废气治理目前采用的主要方法有（）和（）。
9、汽油的蒸发性有（）、（）、和气液比三个指标综合评定。
二、选择题1、成煤过程的正确顺序为（）A 植物→泥炭→烟煤→褐煤→无烟煤B植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤C 植物→泥炭→烟煤→无烟煤→褐煤D植物→烟煤→泥炭→褐煤→无烟煤2、根据煤化程度的不同，腐殖煤可以分为（）A 泥炭、褐煤、长焰煤和无烟煤B泥炭、肥煤、烟煤和无烟煤C泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤D贫煤、褐煤、烟煤和无烟煤3、下列不属于焦炉机械的是（）A 倒焦槽B 装煤车C 推焦车D 熄焦车4、从平煤杆进入炭化室到推焦杆开始推焦的一段时间间隔为（）A 结焦时间B 操作时间C 检修时间D周转时间5、下列哪一项不属于煤气低温甲醇洗脱硫工艺的缺点（）A 甲醇有毒，对设备、管道、阀门等的密封性要求较严B 由于操作温度低，需要耐低温的钢材C 甲醇易挥发，溶剂蒸发损失较大D 工艺路线较长，能耗大6、下列哪一项不属于焦炉煤气回收氨的方法（）A 硫酸洗氨法B盐酸洗氨法 C 水洗氨法D磷酸洗氨法7、苯加氢的原料是（）A 甲苯B 二甲苯C 氢苯D 重苯8、下列哪一项不属于焦化厂采用的洗苯塔主要类型（）A 填料塔B 板式塔C 浮阀塔D 空喷塔9、在焦油蒸馏的馏分中洗油馏分的馏分段为（）A 175~210℃B 210~230℃C240~350℃ D 220~300℃10、下列那一项不属于区域熔融制精萘的工艺特点（）A 易引起设备腐蚀，环境污染严重B 为连续生产，产品质量高而稳定C 精萘收率低D 操作条件要求严格11、下列不属于甲醇生产的发展趋势的是（）A 单系列、大型化B 节能降耗C 高新技术D 过程控制自动化12、不属于煤气化过程阶段的为（）A 干燥阶段B 软化C 气化D 燃烧13、不属于煤炭直接加氢液化阶段的是（）A 煤的热解B 活性基团与氢反应C 煤的干燥D 沥青烯及液化油分子继续加氢裂化生成更小分子三、判断题1、连接蓄热室和燃烧室的通道称为小烟道，它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间。
气流床反应器液体停留时间研究
注 入 气流床 反 应器 的进 料 （ 自来 水） ，用 电导 率仪 中 测 量 出 口处 的 ＫＣ 浓度 ， １ 转化 为 电压 信 号储存 在 电 脑 中 。为保证 实验准 确度 ，每个 条件 下都进 行 ３次
半 仃 买 验 ，ｊ 盥辽 枉 基 计 重 泵 弪 制
关。
１８
Ｉ５
１ ２
街
幅 Ｏ９
图 ２ 喷 嘴 个 数 对 液 体 停 留时 间 的影 响
国 ０６
２２ 液 体 流量对 液体 停 留时 间的影 响 ． 热模 条件 下液 体流 量 即是循 环量 ，液 体流 量跟 气流 床 的液体 滞 留量密 切相 关 ，因此 测量 不 同流量
在 液体 流量 为 １ ０ Ｌｈ ２ ／，气 体流 量为 ０的条件
流 床 反应器 的液
下 ，考 察 了喷嘴个 数 １ ）２１年第 ２ 上 海煤 气 ＇ 期
枢忙
１ ８ ● ６ ４ ２ ｌ ０ ０ ８
固限
０ ６ ０ ４ ０ ２ Ｏ Ｏ ０ ２
Ｐ ｏｄｕ ｒ
， ８
６
果见 图 ２ 。从 图 中明显看 出，与单 喷嘴 、两 喷嘴 相 比， 四喷 嘴对 置撞击 ， 体停 留 时间 曲线分 布变 窄 ， 液 出峰 延迟 ，液 体平 均停 留时间增 加 。这 可 能是 四喷 嘴撞 击对称 性 好 ，液 滴在 撞击 区域 中的振 荡运动 时 问要 比单 喷嘴 和两 喷嘴 撞击 时长 ，导致 四喷嘴 撞击
基本 相 同 ，也就 是说 气 体流量 变化 对液 体停 留时间 影 响微 弱 。由于实验 采 用 的是压 力式 喷嘴 ，液体 的 雾化 状况 只与 压 力有关 ，气流 量对 液滴 总体 运动 影 响 并不 大 ，这 与文献 报 道相 符合 。从 图中还 可 以看
德士古气化炉工艺
一、德士古(TEXACO)气化法德士古气化法是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺。
德士古气化炉由美国德士古石油公司所属的德士古开发公司在1946年研制成功的。
1953年第一台德士古重油气化工业装置投产。
在此基础上，1956年开始开发煤的气化。
本世纪70年代初期发生世界性能源危机，美国能源部制订了煤液化开发计划，于是，德士古公司据此在加利福尼亚州蒙特贝洛(Moutebello)研究所建设了日处理15t的德士古气化装置，用于试烧煤和煤液化残渣。
联邦德国鲁尔化学公司(Ruhrchemie)和鲁尔煤炭公司l(R1flhrkohie)取得德士古气化专利，于1977年在奥伯豪森一霍尔顿(Oberl!fausezi-Hoiten)建成目处理煤150t的示范工厂。
此后，德士古气化技术得到了迅速发展。
目前国外共有一套中试装置，三套示范装置和四套生产装置，见下表。
除这些已建成的装置外，还有一些装置在设计或计划之中。
德士古气化炉是所有第二代气化炉中发展最迅速、开发最成功的一个，并已实现工业化。
(一)德士吉气化的基本原理和德士古气化炉德士古水煤浆加压气化过程属于气流床疏相并流反应。
德士吉气化炉的结构如下图所示。
水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用下，破碎、雾化喷入气化炉。
氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐衬作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳，一起同流向下离开反应区，进入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落入渣罐，经排渣系统定时排放。
煤气和饱和蒸气进入煤气冷却净化系统。
气化炉是一直立圆筒形钢制受压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防止热渣和热粗煤气的侵蚀。
气化炉近于绝热容器，其热损失非常低。
蒙特贝洛中试用气化炉直径1.5m，高6m，操作压为在2.07~8.27MPa。
气化对煤质的要求
灰 渣 的 主 要 成 分 是 SiO2、 Al2O3、 CaO、 Fe2O3 及 MgO 等 ， 其中 SiO2 和 Al2O3 为 酸 性 组 分 ， CaO、 Fe2O3 和 MgO 为碱性组分， 通常煤灰中的酸性组分 与碱性组分比值越大， 煤的灰熔点就越高， 当这个 比 值 约 为 0.8 时 适 宜 使 用 。 由 于 SiO2 能 与 CaO 形 成低熔点的物质 CaSiO3， 因此， 在一定的范围内可 以 通 过 加 入 CaCO3 使 煤 的 灰 熔 点 降 低 ， 但 若 加 入 的 CaCO3 过量 ， 生成了 CaO 会 使 灰 熔 点 升 高 。 除 了 添 加 CaCO3 外 ， 还 可 以 采 用 配 煤 技 术 来 降 低 煤 的灰熔点， 业内很多厂家都进行过配煤试验。 4.3 灰熔点 （灰渣的流动温度）
研究表明煤的内水含量是决定煤浆性能的主要因素灰渣的黏温曲线比灰熔点对气化炉的操作更具指导意义选择在操作温度区间灰渣黏度变化平缓的煤种有利于气化炉的安全平稳运行
燃料与化工
Mar. 2011
4
Fuel & Chemical Processes
Vol.42 No.2
气化对煤质的要求
李 磊 路文学 傅进军 （水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心， 滕州 277527）
气流床气化特点及主要特征
1 气流床气化的特点气流床气化是将气化剂（氧气和水蒸气）夹带着煤粉或煤浆[3]，通过特殊喷嘴送入气化炉内。
在高温辐射下，煤氧混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。
在炉内高温条件下，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生产以CO 和H2为主要成分的煤气和液态熔渣。
气流床煤气化的主要特征如下（1）煤种适应性强在气化炉反应区内，煤粒悬浮在气流中，随着气流并流运动。
煤粒单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，从而气化过程基本不受原料煤的黏结性、机械强度、热稳定性的影响。
值得注意的是，褐煤不适合制成水煤浆燃料。
（2）气化温度高，气化强度大气流床气化属于高温气化技术，通常直接用氧气和过热水蒸气作为氧化剂，炉内反应区温度可高达2000 ℃，出炉煤气温度都在1400 ℃左右。
同时由于煤粉具有很大的比表面积，并且处于加压条件下，所以气化速度极快，气化强度和单路气化能力很高。
（3）煤气中不含焦油由于反应温度很高，炉床温度均一，粉煤的干馏产物全部分解，粗煤气中不含焦油、酚及烃类液体等，其主要杂质为H2S和COS，有利于简化后续净化系统对环境的污染少。
（4）液态排渣一般情况下，气流床气化采用高温液态排渣方式，熔融灰分被高速气流夹带，相互碰撞、结团、长大，从气流中分离或黏结在炉壁上，以熔融状态沿炉壁向下流动，排出气化炉。
所以要求煤的灰熔点应低于炉内气化温度，以利于熔渣的形成。
对于高熔点煤，可添加助熔剂，降低煤的灰熔点和黏度，提高气化的可操作性。
（5）需设置较庞大的磨粉、余热回收和除尘等。
以干煤粉进料，纯氧作气化剂，液态排渣。
气化炉由内筒和外筒两部分组成，内筒上部为燃烧室，下部为激冷室。
Shell 煤气化炉采用膜式水冷壁形式，向火侧敷有一层比较薄的耐火材料，减少热损失的同时可以挂渣，充分利用渣层的隔热作用，以渣层保护炉壁。
气化炉烧嘴是Shell 煤气化工艺的关键设备之一。
采用侧壁烧嘴进料，在气化高温配管、设备安装及试车要求也很高；高压氮气结合超高压氮气的用量过大，部分抵消了其节能的优势；对煤种有一定的要求，并非所有的煤种都适合Shell气化，选用低灰熔点、活性好、灰分含量较低的煤种能够确保工艺长周期安全稳定运行，灰分质量分数在8%～15%为佳。
气流床气化技术特点
气流床气化技术特点煤气化是发展洁净煤技术的重要途径。
目前已实现工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。
而1000 t/d 以上规模的煤气化装置基本都是采用的气流床气化技术，该技术已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术1、气流床气化技术特点气流床气化又称同向气化或并流气化，属高温气化范围。
以过热蒸汽和氧气为气化剂，携带煤浆或煤粉颗粒通过特殊喷嘴高速喷入气化炉内，瞬间发生火焰反应，气化反应区温度高达2000 ℃，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣，出炉煤气温度1400 ℃左右。
其主要特点如下：(1)气化温度高、强度大，混合充分，（气化强度高，生产能力大）气化炉中部温度为1500～1600 ℃，气体停留时间约为1.0～1.5 s(2)煤种适应性强，气化指标好，有效成分高（更宜选用活性高、地质年龄低、粒度较细、低灰熔点和低灰分的煤）。
灰的质量分数＞30％、灰熔点FT（流动温度）在1450 ℃以上时，则运转困难。
(3)耗氧量大；采用煤粉气力输送能耗大，设备磨损严重。
(4)出炉煤气温度很高，显热损失大；此法的缺点是飞灰带出物的质量分数约为10％之多(5)需配套余热回收及除尘等辅助装置。
（6）对于干粉煤气化技术，煤灰的粘温特性是非常重要的指标，它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性，一般希望粘温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较大。
否则，厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，厚度厚的渣层将容易造成堵渣，严重时要停炉处理。
（7）均匀的原料煤是保证一体化现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件，由于煤炭品质的不均匀性，现代煤气化技术要求，最好对原料煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限制。
因此，希望选定的煤气化技术能适应特定的原料煤，并对煤质波动有较强的适应性。
水煤浆和干粉煤技术为主的加压气流床技术由于技术先进，气化压力较高，符合大型化要求，近年来发展较快。
水煤浆加压气流床气化的代表性技术包括GEGP（原Texaco）、多元料浆、多喷嘴对置和E-GAS。
煤的焦化、液化、气化[整理版]
![煤的焦化、液化、气化[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/d91c866a26284b73f242336c1eb91a37f111321c.png)
一、煤的焦化一、煤的焦化（一）煤炭焦化的定义煤炭焦化又称煤炭高温干馏。
以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。
产品用途:煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气和化学产品3类。
（二）烟煤炼焦技术煤料在焦炉过程中主要受到来自两侧炉墙的高温作用，从炉墙到炭化室中心方向，煤料逐层经过干燥、脱水、脱除吸附气体、热分解、胶质体的产生和固化、半焦形成和收缩等阶段。
最终形成焦炭。
实际生产过程中，各阶段之间互相交错、难以截然分开。
1、开燥脱吸阶段：120℃以前放出外在水分和内在水分，200℃以前析出吸附于煤孔隙中的气体。
2、热解开始阶段：这一阶段的起始温度随煤变质程度而异，一般在200-300℃发生，主要产生化合水和CO2、CO和CH4等气态产物，并有微量焦油析出。
3、胶质体产生和固化阶段：大部分黏结性烟煤在350-450℃大量析出焦油和气体。
几乎全部焦油在这一温度下产生，释放的气体以CH4及其同系物为主，别有少量不饱和烃CnHm和H2、CO、CO2等。
这些液体、气体和残余的煤粒一起形成胶质体状态。
进一步加热，胶质体热解更加激烈，析出大量挥发物，黏结性烟煤煤熔融、相互黏结，固化为半焦。
4、半焦收缩和焦炭形成：500℃左右黏结性烟煤经胶质体状态，散状煤粒熔融、相互黏结而形成斗焦。
温度继续升高，700℃之前，半焦内释放出的挥发物以H2和CH4为主，并使半焦收缩产生裂纹，称为半焦收缩阶段。
700-950℃半焦进一步热分解，析出少量以H2为主要成分的气体，半焦进一步收缩，使其变紧变硬，裂纹增大，最终形成焦炭。
二、煤的气化（一）煤炭气化的定义煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。
煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。
植物纤维类固体废物生物质气化利用
植物纤维类固体废物生物质气化利用一、概述生物质气化是指在一定热力学条件下，借助空气、水蒸气的作用，使生物质高聚物发生热解、氧化还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化为小分子碳氢化合物，获得含一氧化碳、氢气和甲烷等气体的过程。
早在１７９８年，煤炭气化技术就已经在法国和英国出现。
１８４０年，法国的Ｂｉｓｃｈｏｆｆ开发出一种小型的商业化生物质气化炉，世界上第一台生物质气化炉正式问世，但生物质热解气化技术较大规模应用则始于２０世纪三四十年代。
第二次世界大战后，由于中东地区大规模廉价优质石油的开发，生物质气化技术长时间处于停滞状态。
直到１９７３年世界能源危机的爆发，生物质气化技术作为一种重要的新能源技术重新引起全世界的关注和重视。
经过几十年的发展，欧美等国的生物质气化技术取得了很大的成就，其中处于世界领先水平的国家有瑞典、丹麦、奥地利、德国、美国和加拿大等。
我国对生物质气化研究起步较晚，始于２０世纪８０年代。
２０世纪８０年代初期，我国研制了由固定床气化器和内燃机组成的稻壳发电机组。
２０世纪９０年代中期，中国科学院广州能源研究所进行了流化床气化器的研制，并与内燃机结合组成了流化床气化发电系统。
２００２年在海南建成了我国及亚洲最大的生物质气化发电系统，整体达到国际先进水平。
同时我国小型气化炉的研究开发也在逐步发展，形成了多个系列的炉型。
经过近３０年的努力，我国生物质气化技术取得了较大的进步，我国自行研制的集中供气、发电、户用气化炉等产品已进入实用化试验及示范阶段，形成了多个系列的气化炉，可满足多种物料的气化要求，并在生活用能、发电、供暖等多个领域得到应用。
二、生物质气化工艺及设备（一）植物纤维类固体废物原料的优点植物纤维类固体废物原料主要是指秸秆类生物质材料，它作为生物质气化利用，与煤炭相比，具有以下优点：（１）挥发组分高、固定碳低。
秸秆类生物质原料在较低的温度（３５０℃）下就能迅速地释放出大约８０％的挥发组分，剩余２０％左右的固体残留物。
二氧化锰基吸波剂的真空微波成粒规律及应用性能
二氧化锰基吸波剂的真空微波成粒规律及应用性能连明磊;缪应菊;白志玲;王克良【摘要】在真空条件下用微波辐照粉末状MnO2以制备颗粒状二氧化锰基吸波剂,研究其升温过程及成粒规律.结果表明:存在决定MnO2升温成粒的临界功率点,当MnO2质量为30.0g时,其升温成粒的临界功率点为576W.在800W微波功率下,平均粒径主要为0.75 mm和0.52 mm.相比空气氛围,真空条件下的成粒粒径图像向粒径增大的方向移动,且升温速率更高.认为过程分为微波诱导、MnO2分解、MnO分解、熔融成粒等4个步骤.二氧化锰基吸波剂与100.0 g气化用煤以1∶3.0的质量比混合后在800W微波场中气化的完全气化时间仅为14.9 s.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】6页(P55-60)【关键词】微波;真空;吸波剂;临界功率点【作者】连明磊;缪应菊;白志玲;王克良【作者单位】六盘水师范学院化学与化学工程系,贵州六盘水553004;六盘水师范学院化学与化学工程系,贵州六盘水553004;六盘水师范学院化学与化学工程系,贵州六盘水553004;六盘水师范学院化学与化学工程系,贵州六盘水553004【正文语种】中文【中图分类】TQ137.1+2;TQ536.1气流床煤气化不仅对煤种要求苛刻，而且要求汽氧比低，以提升气化温度[1-7]. 若以微波辅助煤本身的热值，以吸波剂为传热介质进行气流床煤气化，需预先制备一种机械强度好、能剧烈吸收微波的金属氧化物基吸波剂[8-10]. 吸波剂一方面稳定微波场中的气化温度，另一方面可通过改变吸波剂与气化用煤的配比来灵活控温. 为保证吸波剂不飞出，需要吸波剂具有一定粒径，以便在气化过程中用筛网从煤气中将吸波剂拦截下来.经过初步试验，发现MnO2在微波场中能在短短4～5 min内升温至2 000 ℃以上，并能发生化学反应聚集成大粒径球状颗粒. 而在真空条件下操作所具有的明显的优点是：及时抽走氧气，使MnO2的分解平衡向右移动[11-15]，防止MnO 及单质Mn的高温氧化，提高反应后混合物中的MnO及单质锰含量. 本文以微波为热源在真空条件下制MnO2基颗粒吸波剂，探索其成粒规律及升温过程，并将自制吸波剂应用于微波辅助气流床煤气化.1.1 主要试剂及仪器MnO2，分析纯，湘潭伟鑫锰制品有限公司；无烟煤(灰熔点1 257 ℃，w(C)ar=73.9%)，六枝矿区化乐煤矿；煤质颗粒活性炭，分析纯，重庆川江化学试剂厂.WP800型格兰仕家用微波炉，格兰仕微波炉电器有限公司；标准筛； WRP-100型铂铑-铂热电偶和XMT-101型温度控制仪； FA1004型电子天平，上海上平仪器有限公司；特制石英玻璃反应器，沈阳腾飞石英玻璃仪器厂； DZF-3KW 型蒸汽发生器，上海方鹿机械制造有限公司； SHZ-D(Ⅲ)循环水真空泵，郑州华特仪器设备有限公司.1.2 工艺流程及实验步骤本文设计了MnO2真空微波分解的工艺流程图，如图 1 所示，以下各次实验中反应体系的绝对压强均保持在14.8～15.2 kPa. 用电子天平称取一定量的粉末状MnO2，磨细，过300目筛，装入20 mm直径石英玻璃管中. 将石英玻璃管置于图 1 所示的流程中以微波辐照并以热电偶及温度控制仪测量升温曲线. 辐照一定时间后，将反应后物系冷却、筛分得到粒径不同的接近于球形的颗粒聚集物，本文将其简化为不同直径的球形颗粒，在电子天平上称重并记录不同粒径颗粒的质量分数.2.1 微波成粒的粒径分布规律将30.0 gMnO2粉末过300目筛，装入20 mm 直径石英玻璃管，将石英玻璃管置于图 1 所示的流程在740 W功率微波场中辐照4 min，冷却，筛分出不同粒径颗粒并称重. 反应后物系的成粒范围及质量百分率如表 1 所示.从表 1 可知，在740 W微波功率下，聚集颗粒的粒径主要分布在30～40目及40～50目两个范围，在10～20目大粒径范围及50目以下的小粒径范围均分布较少.停留在某号筛网上的平均颗粒直径按相邻两筛号的筛孔尺寸的平均值计算. 例如，将过20目(0.90 mm)停留在10目(2.00 mm)筛网上的粒子平均直径取作1.45 mm. 取过300目筛的30.0 g MnO2 装入20 mm直径石英玻璃管后分别在空气氛围中及真空条件下以微波辐照4 min的不同粒径的颗粒质量分布分别如图 2，图 3 所示.从图 2 和图 3 可知，随微波功率增大，图像向右偏移. 即在高功率下，更多质量比率的MnO2聚集成球状大颗粒，而在低微波功率下，更多质量的MnO2聚集成球状小颗粒. 对比图 2 和图 3 可知，相比空气氛围，真空条件下的成粒粒径图像向粒径增大的方向移动.2.2 MnO2在微波场中的升温曲线及反应机理2.2.1 MnO2微波升温的“临界功率点”效应实验发现， MnO2在微波场中存在“临界功率点”效应，即在临界功率点以上MnO2才能升温成粒，而在临界功率点以下， MnO2基本不升温，更不能形成颗粒，说明MnO2本身不能吸收微波. 称取过300目筛的30.0 gMnO2在不同微波功率下辐照4 min，用铂铑-铂热电偶及温度控制仪测温，实验结果如表 2 所示.各功率水平下，均在微波炉腔中发现由于打火形成的电火花. 表 2 表明， 576 W 为MnO2质量为30.0 g情形下的临界功率点，即在576 W以下， MnO2基本不升温，而在576 W以上， MnO2迅速升温. 究其原因是当功率在576 W以上时，微波炉腔的局部打火温度(电火花诱导温度)超过了MnO2的分解温度(535 ℃)，部分MnO2分解为MnO，且实验表明， MnO是强吸波剂.称取过300目筛的不同质量的MnO2在不同微波功率下辐照4 min，临界功率点如表 3 所示.从表 3 可知，在改变MnO2质量的情形下，临界功率点基本几乎不变. 认为临界功率点为常数，证明了临界功率点与MnO2质量无关，而这较好地证明了以上的“诱导温度假设”.2.2.2 MnO2的微波升温规律及反应机理将30.0 gMnO2粉末过300目筛并装入20 mm 直径石英玻璃管，将石英玻璃管置于微波场中分别在空气氛围中及真空条件下辐照4 min，升温曲线如图 4 和图5 所示.在实验过程中发现， MnO2在辐照过程中由黑色逐渐显灰绿，最后略呈银灰色. 由图 4 和图 5 可知，前期与后期升温较慢，而中期升温迅速. 结合实验现象及2.2.1，认为整个升温过程分为3个阶段：① 前期属于微波诱导阶段，电火花引起微波炉腔的局部温度超过MnO2的分解温度，少部分MnO2分解为MnO；② 中期属于MnO2分解阶段，即MnO2大量分解为MnO，体系升温迅速，导致生成更多MnO并迅速提高升温速率；③ 后期属于MnO分解阶段，随温度升高(超过1 870 ℃)，少部分MnO分解为活性锰，由于活性锰吸波能力相对MnO有所下降，所以升温速率有所下降.对比图 4 和图 5 可知，物系在真空条件下具有更高的升温速率，究其原因是在真空条件下，由于及时抽走氧气，化学平衡向右移动，导致分解反应更为剧烈，生成更多的MnO和活性Mn等微波的强吸收体，所以升温速率更高.将反应后的成粒混合物装入试管并加入稀盐酸收集到氢气，证明混合物中含少量Mn；将成粒混合物装入试管并加入热NH4Cl溶液收集到氨气，证明混合物中含MnO；将成粒混合物装入圆底烧瓶并用分液漏斗向混合物中滴加浓盐酸，加热后收集到少量氯气，证明混合物中含MnO2. 经以上化学方法检测，成粒混合物的成分确定为MnO、单质Mn及少量MnO2. 本实验条件下MnO的分解温度仅为1 870 ℃左右，相比常规条件大幅降低，原因是与少量活性Mn的混合降低了MnO的分解温度.由图 4 和图 5 可知，在680， 740， 800 W这3种功率下最终温度都接近或超过2 000 ℃，均大幅超过煤的气化温度. 煤的吸波能力有限，可通过控制该反应后的颗粒与气化用煤的配比来稳定气化温度，但应尽量在MnO2分解反应结束点(1 870 ℃) 以内操作，且石英玻璃管在2 000 ℃开始软化变形.重新解读图 1，即在高功率或真空条件下，诱导反应、 MnO2分解反应及MnO 分解反应均具有更高的速率， MnO分解生成熔融活性Mn的流动性使体系凝聚更多大颗粒. 而在低功率或空气氛围中，更多质量的混合物聚集成小颗粒. 对于整个真空微波成粒过程有以下4 个步骤，如图 6 所示.2.3 二氧化锰基吸波剂的应用性能将30.0 g MnO2粉末过300目筛并装入20 mm 直径石英玻璃管，将石英玻璃管置于800 W 功率微波场中分别在空气氛围中及真空条件下辐照4 min，冷却，筛分出30～60目自制MnO2基吸波剂，分别记为自制吸波剂1与自制吸波剂2.将筛分出的0～1 mm， 1～2 mm， 2～3 mm， 3～4 mm， 4～5 mm等5种粒径的无烟煤按质量分数各20%混合均匀作为气化用煤，以蒸汽发生器产生的流量为2.8 L/s的158.7 ℃的饱和水蒸气为单一气化剂，将100.0 g气化用煤分别与颗粒活性炭(GAC)或自制MnO2基吸波剂以不同配比混匀后在800 W微波场中以气流床气化，完全气化时间及H2和CO在完全气化后的水煤气中的体积分数如表 4 所示.从表 4 可知，真空条件下制备的MnO2基吸波剂比空气氛围中制备的MnO2基吸波剂及GAC表现出了更强的吸波性能，在与气化煤的各种配比中均具有最短的完全气化时间，且H2和CO的体积分数更高.1) MnO2的微波升温过程存在与其质量无关的“临界功率点”.2) 在680， 740， 800 W这3个微波功率下， MnO2真空微波成粒平均粒径分别主要分布在0.32～0.52 mm， 0.40～0.52 mm， 0.52～0.75 mm 这3个范围内.3) 相比空气氛围，真空条件下MnO2的成粒粒径图像向粒径增大的方向移动.4) MnO2的真空微波升温过程分为3个阶段，分别为微波诱导、 MnO2分解反应及MnO分解反应，其中MnO2分解反应为迅速升温阶段.5) 作为微波辅助气流床煤气化的吸波剂，真空条件下制备的MnO2基吸波剂比空气氛围中制备的MnO2基吸波剂及GAC具有更强的吸波性能，且完全气化后的水煤气中H2和CO的含量更高.【相关文献】[1]吴家桦, 沈来宏, 肖军, 等. 串行流化床煤气化试验[J]. 化工学报, 2008, 59(8)： 2103-2110.Wu Jiahua, Shen Laihong, Xiao Jun, et al. Experimental study on coal gasification in interconnected fluidized bed[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2008, 59(8)：2103-2110. (in Chinese)[2]邵迪, 代正华, 于广锁, 等. 固定床气化与气流床水煤浆气化集成的能量与经济分析[J].化工学报, 2013, 64(6)： 2186-2193.Shao Di, Dai Zhenghua, Yu Guangsuo, et al. Energy and economic assessment for integrated gasification system of fixed-bed and coal-water slurry entrained-bed[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2013, 64(6)： 2186-2193. (in Chinese)[3]陈晓辉, 贾亚龙, 冯杰, 等. 流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性[J]. 化工学报, 2011, 62(12)：3484-3491.Chen Xiaohui, Jia Yalong, Feng Jie, et al. Coal Gasification performance in fluidized bed-entrained flow integrated reactor[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2011, 62(12)： 3484-3491. (in Chinese)[4]倪建军, 梁钦锋, 周志杰, 等. 气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热[J].化工学报, 2009, 60(12)：2997-3005.Ni Jianjun, Liang Qinfeng, Zhou Zhijie, et al. Multiphase flow and heat transfer in entrained-flow coal gasification radiant syngas cooler[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2009, 60(12)： 2997-3005. (in Chinese)[5]刘升, 郝英立, 杜敏, 等. 气流床煤气化炉壁面反应模型[J]. 化工学报, 2010, 61(5)： 1219-1225. Liu Sheng, Hao Yingli, Du Min, et al. A model of wall reaction in entrained-flow coal gasifier[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2010, 61(5)： 1219-1225. (in Chinese)[6]许建良, 代正华, 李巧红, 等. 气流床气化炉内颗粒停留时间分布[J]. 化工学报, 2008, 59(1)： 53-57.Xu Jianliang, Dai Zhenghua, Li Qiaohong, et al. Particle residence time distributions in entrained-flow gasifier[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2008, 59(1)： 53-57. (in Chinese)[7]李超, 代正华, 孙钟华, 等.气流床气化炉综合模型机颗粒粒径对气化结果的影响研究[J]. 高校化学工程学报， 2013, 27(4)： 597-603.Li Chao, Dai Zhenghua, Sun Zhonghua, et al. Development of a comprehensive model of entrained flow coal gasifier an study of effects of particle diameter on gasificationresults[J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities， 2013, 27(4)： 597-603. (in Chinese)[8]刘欣，薛向欣，刘宇，等. 磁介质吸波剂/多孔金属材料吸波性能[J]. 东北大学学报(自然科学版)， 2008， 29(3)： 354-357.Liu Xin， Xue Xiangxin， Liu Yu， et al. Wave absorbability of porous metal coated with magnetic medium absorbent[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science) ，2008， 29(3)： 354-357. (in Chinese)[9]娄鸿飞，王建江，赵志宁，等. 基于自反应淬熄法制备空心复相陶瓷微珠吸波剂的凝固组织分析[J]. 人工晶体学报， 2007， 42(7)： 1419-1424.Lou Hongfei， Wang Jianjiang， Zhao Zhining， et al. Solidification structure of hollow multiphase ceramic micropheres absorbent prepared by self-reactive quenchingmethod[J]. Journal of Synthetic Crystals， 2007， 42(7)： 1419-1424. (in Chinese)[10]邱华，唐继海，杨骐，等. 纤维吸波剂研究进展[J]. 表面技术， 2010， 39(6)： 66-70.Qiu Hua， Tang Jihai， Yang Qi， et al. Research development of fiber absorbent[J]. Surface Technology， 2010， 39(6)： 66-70. (in Chinese)[11]陈卫航，李清亚，蒋元力，等. 1， 4-丁二醇-二乙二醇二元物系真空下气液平衡研究[J]. 郑州大学学报(工学版)， 2014， 35(5)： 120-123.Chen Weihang， Li Qingya， Jiang Yuanli， et al. Study on isobaric vapor-liquid equilibrium for the binary system 1，4-butylene glycol-diethylene glycol under vacuum[J]. Journal of Zhengzhou University (Engineering Science) ， 2014， 35(5)： 120-123. (in Chinese)[12]张旭，张杰，闫兆文，等. 苝四甲酸二酐的真空升华提纯及其光谱测试与分析[J]. 光谱学与光谱分析， 2015， 35(4)： 885-888.Zhang Xu， Zhang Jie， Yan Zhaowen， et al. Purification of PTCDA by vacuum sublimation and spectral test and analysis[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2015，35(4)： 885-888. (in Chinese)[13]尹海云，李小华，樊永胜，等. 生物质三组分真空热解特性及液化产物成分分析[J]. 林产化学与工业， 2015， 35(1)： 94-100.Yin Haiyun， Li Xiaohua， Fan Yongsheng， et al. Vacuum pyrolysis behavior of cellulose，xylan and lignin and the analysis of liquefied compositions[J]. Chemistry and Industry of Forest Products， 2015， 35(1)： 94-100. (in Chinese)[14]Gong Yan， Guo Qinghua， Zhang Jie， et al. Impinging flame characteristics in an opposed multiburner gasifier[J]. Industrial and Engineering Chemistry Research， 2013，52(8)： 3007-3018.[15]Li Chao， Dai Zhenghua， Sun Zhonghua， et al. Modeling of an opposed multiburner gasifier with a reduced-order model[J]. Industrial and Engineering Chemistry Research， 2013， 52(16)： 5825-5834.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
离开床层。典型的气流床气化技术有Ｔｅｘａｃｏ水煤 浆气化技术、Ｓｈｅｌｌ粉煤气化技术和华东理工大学 开发的多喷嘴对置式水煤浆气化技术。
目前对气固两相流停留时间的研究主要集中于 循环流化床和固定床内颗粒停留时间分布。如 Ｈａｒｒｉｓ等口１１采用磷光示踪法系统研究了循环流化 床内颗粒停留时间分布，Ｂａｒｙｓｈｅｖａ等¨ｏ采用光学
化学示踪法口¨、放射物质示踪法［１ ２１、颗粒提取 法［１ ３｜、荧光法［１４１和着色示踪法［１５１等。本实验采用 化学示踪法对气化炉内颗粒停留时间进行研究。
颗粒停留时间测量的准确性主要受示踪剂种 类、示踪剂加入方式和数据采集三方面的影响。本 实验使用的示踪剂是经饱和氯化钾溶液充分浸泡 （经过滤和干燥处理）的玻璃微珠颗粒，因此示踪 剂和实验颗粒具有相同的物理性质；采用精密的电
万方数据
‘５６·
化
工
５４ ·
·
化
工
学
报
第５９卷
法研究了固定床内颗粒运动轨迹和逗留时间。对气 流床内颗粒停留时间分布的研究开展得很少，目前 的研究主要集中于气相系统，如于遵宏等睁６３研究 了Ｔｅｘａｃｏ气化炉内气相停留时间分布，赵铁均‘７］ 采用氢气脉冲法研究了多喷嘴气化炉内气体停留时 间分布，许寿泽等口。９１采用马尔可夫链模拟了多喷 嘴对置式气化炉中气体停留时间分布。由于炉内流 体属气固多相流体系，气相的停留时问分布和混合 行为不能反映颗粒在气化炉内的停留时间分布及其 混合行为。而在工业运用中，煤粉颗粒的停留时间 对碳转化率和合成气组成具有十分重要的意义口…。 为此，本文采用一种合适的实验方法，对气流床气 化炉内颗粒停留时间分布进行研究。
２ 结果与讨论
２．１实验方法可行性研究 气固两相流中固体颗粒停留时间的测量是一个
比较困难的问题，特别是对于颗粒逗留时间短的气 流床气化炉系统。目前颗粒停留时间的测量方法有
图１气化炉结构图
Ｆｉｇ．１ Ｇａｓｉｆｉｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
图２实验流程图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
ｏ，Ｓｃｉｅ”ｃＰ ｎ”矗＿『Ｐｃ＾竹ｏ￡ｏｇ了，Ｓ＾口行ｇ＾豇ｉ ２００２３７，Ｃ＾西２Ⅱ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ 出ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｅｗ ｓｔｉｍｕｌｕｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｅｄ ｍｕｌｔｉ—ｂｕｒｎｅｒ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ （ＯＭＢＥＦ） ａｎｄ Ｔｅｘａｃｏ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｉｍｕｌｕｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ＯＭＢＥＦ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｅｘａｃｏ ｇａｓｉｆｉｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ， ｔｈｅ ｍｅａｎ ａｎｄ ｖａｒｉａｎｃｅ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ
本文对同一工况进行了８组以上平行实验，图 ４给出了某一工况下测量得到的８组电压信号，从 图中可以得出该实验具有良好的重复性。
图３颗粒在整个系统及加入与 检测系统中的停留时间分布
Ｆｉｇ．３ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ＲＴＤ ｉｎ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
１一ｓｔｅｅｌ ｂｏｔｔｌｅ； ２一ｖａｌｖｅ； ３一ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇａｕｇｅ； ４一Ｖｅｎｔｕ“ｔｕｂｅ； ５一ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｅｅｄ ｔａｎｋ； ６一ｃｏｍｐｕｔｅｒ； ７一ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ； ８一ｇａｓｉｆｉｅｒ； ９～ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ；
１０—ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ； １１ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔａｎｋ； １２一ｍｅａｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ； １３一ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ； １ ４——ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ ｔａｎｋ
ＸＵ ＪｉａｎＩｉａｎｇ，ＤＡＩ Ｚｈｅｎｇｈｕａ，ＬＩ Ｑｉａｏｈｏｎｇ，ＬＩ Ｗｅｉｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｈａｉｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｆｕｃｈｅｎ。ＹＵ Ｚｕｎｈｏｎｇ （ＫＰｙ Ｌｎ６０ｒ“￡ｏｒｙ ｏ厂ＣｏｎＺ Ｇｎｓｉ厂ｉｆｎｆｉｏ行，Ｍｉ九ｉｓｆｒｙ ｏ厂。ＥⅪ“ｃｎ￡ｉｏ咒，Ｅ＆ｓ￡Ｃ矗ｉ咒“Ｕ”ｉ刨Ｐｒｓｉｆｙ
第５９卷第１期 ２００８年１月
Ｊｏｕｒｎａｌ
化
工
ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
学
ａｎｄ
报
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
（Ｃｈｉｎａ）
Ｖ０１．５９ Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ ２００８
．后∈－∈，∈专■｝∈｛鲁｝∈＿∈泰
｛研究简报ｌ
唑｝；｛＿三｝｝；—：｝｝≥．＝》；》争
气流床气化炉内颗粒停留时间分布
图４实验数据的重复性
Ｆｉｇ．４ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＲＴＤ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
２．２最短停留时间的定义 最短停留时间是指颗粒从进入气化炉到开始有
颗粒出气化炉的时间，是影响碳转化率的重要参 数，其定义如图５所示。
Ｆｉｇ．５
图５最短停留时司的定义
Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ。ｆ ｌａｇ ｔｉｍｅ ｒ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ＲＴＤ
ｇａｓｉｆｉｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｓｔｒｅａｍｓ； ｍｕｌｔｉ＿ｂｕｒｎｅｒ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ
ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ；
Ｔｅｘａｃｏ
ｇａｓｉｆｉｅｒ；
ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ
ｇ
，＼１声
气流床气化技术因具有煤种和粒度适应性强、 操作压力和温度高、碳转化率高、生产强度大等特 点，而广泛应用于煤气化领域。气流床内物料运动 特点是煤粉颗粒与气化剂同时进入气化炉，颗粒在 气流的曳力作用下弥散于整个床层内并最终被夹带
２．３气化炉内颗粒停留时间分布 图６是颗粒直径为７５弘ｍ，气速分别为２５、
１００ ｍ·ｓ＿１下Ｔｅｘａｃｏ气化炉和多喷嘴气化炉内颗 粒停留时间分布函数图。从图中可以看出颗粒在两 种气化炉内的分布是不同的。相比而言，多喷嘴气 化炉内颗粒停留时间分布要窄，而且在２ ｓ前，流 出的Ｔｅｘａｃｏ气化炉的颗粒质量分数要远大于多喷 嘴气化炉（见表１）。图７～图９分别给出了不同气 速下颗粒在两种气化炉内的平均停留时间、方差和 最短停留时间。从图中可以看出，多喷嘴气化炉内 的颗粒平均停留时间与Ｔｅｘａｃｏ气化炉基本相等， 但方差要小，而颗粒最短停留时间却要大很多。造 成如此大差别的原因可能是Ｔｅｘａｃｏ气化炉内，属 受限射流的流场，部分流体和颗粒因短路而直接出 气化炉，造成颗粒的最短逗留时间较小；同时射流 流股因卷吸和壁面的束缚作用而形成一个大的回流 区，颗粒在气化炉内的返混增大，导致颗粒具有较 大方差。而在多喷嘴气化炉内，由于４个喷嘴的轴 线与气化炉轴线垂直，出喷嘴后的颗粒在惯性和相 向运动的气流作用下来回振荡运动，最后在径向加 速和重力作用下离开撞击流股和撞击区。撞击的作 用导致颗粒在撞击区内的停留时间延迟，避免了 Ｔｅｘａｃｏ气化炉中的短路现象。另外由于４股流体 的撞击阻滞作用使得离开撞击区的流体和颗粒速度 减小，气化炉内流场分布和两相混合更为均匀，因 此多喷嘴气化炉内颗粒的返混和死区比Ｔｅｘａｃｏ气 化炉要小。
许建良，代正华，李巧红，李伟锋，刘海峰，王辅臣，于遵宏 （华东理工大学煤气化教育部重点实验室，上海２００２３７）
关键词：撞击流；多喷嘴气化炉；Ｔｅｘａｃｏ气化炉；停留时间分布
中图分类号：ＴＫ ２２９．６；ＴＱ ０２１．４
文献标识码：Ａ
文章编号：０４３８一１１ ５７（２００８）０１一００５３一０５
Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ ｇａｓｉｆｉｅｒ
万方数据
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２００７一０６—２１． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ： Ｐｒｏｆ． ＬＩＵ Ｈａｉｆｅｎｇ． Ｅ—ｍａｉｌ： ｈｆｌｉｕ＠ ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ： ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（２００４ＣＢ２１７７０３）．
１ 实验部分
实验采用高度为１０００ ｍｍ、直径为２８０ ｍｍ的 有机玻璃气化炉模型，其结构如图１所示。该装置 的炉壁侧面和顶部分别设有安装多喷嘴气化炉喷嘴 和Ｔｅｘａｃｏ气化炉喷嘴的喷嘴室。喷嘴直径分别为 ８、１６ ｍｍ。实验用固相颗粒为经去离子水洗涤后 的玻璃微珠，其质量流量为１０５ ｋｇ·ｈ～，颗粒密 度为２４９０ ｋｇ·ｍ＿’，其粒径范围分为４６．９～９４．８ ｐｍ和１５０～２５０ ｐｍ，采用Ｂｅｃｋｍａｎ激光测粒仪测 量颗粒粒径，用Ｒｏｓｉｎ—Ｒａｍｍｌｅｒ分布计算平均粒 径为７５、１９９肛ｍ。颗粒示踪剂为ＫＣｌ溶液浸泡后 的玻璃微珠（经过滤，干燥处理）。实验流程如图 ２所示：高压钢瓶气体经减压阀后分别压迫４个加 料罐内的玻璃微珠和鼓风机产生的高速气流在三通 处混合，经气化炉的４个喷嘴喷出进入气化炉；示 踪剂在电磁阀和气动阀组合控制下瞬间进入喷嘴 （当用于测量Ｔｅｘａｃｏ气化炉内颗粒停留时间时， 颗粒和示踪剂的加料位置置于气化炉顶部）。在气 化炉出口有一股连续流动的去离子水用于溶解黏附 在示踪剂颗粒表面的氯化钾粉末。采用电导率仪连 续测量溶解在去离子水中的氯化钾离子浓度来测量 气化炉内的颗粒停留时间分布曲线，测量信号经计 算机处理后输出，其中采用频率为１００ Ｈｚ。