加压固定床反应器中煤加氢气化的特性研究

作　者: 赵立强
导　师: 何伯述
学　校: 北京交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 煤加氢气化化学平衡热力学固定床反应器正交试验氢气
分类号: TQ541
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统的煤炭燃烧利用方式有诸多弊端,近几年新发展起来的洁净煤技术因其能够实现近零排放而受到越来越多的青睐,然而煤在气化炉中的高温高压下生成以甲烷为主要生成物的全部过程包含许多复杂的化学变化和尚未确定的规律,研究氢气化的学位论文">煤加氢气化的反应特性对煤气化技术有很大的帮助。本文立足于煤加氢气化系统,利用实验和数值模拟手段,针对固定床反应器中的煤加氢气化的影响因素对气化产物的影响进行了研究。搭建了用于煤加氢气化实验的固定床反应器,建立了固定床反应器上的煤加氢气化和热解的实验操作流程。之后进行了一系列的气体密封性实验,以考察实验台的密封性能。进行了一个标准煤样的全工况系列的煤加氢气化实验,以考察反应温度和压力对气化产物组分的影响。进行了四个标准煤样的正交系列煤加氢气化实验,以考察压力、温度和煤样对气化产物组分的影响,并利用正交实验原理找出最优气化反应条件。最后又针对以上四个煤样进行了相应的热解实验,以考察热解过程对加氢气化产物CH4产量的影响。实验表明,在某一特定的温度下,存在一个拐点,当压力大于该拐点的压力值之后随着压力的增大,煤粉中的碳更多地转化生成甲烷,生成其他产物的量则随之减少,即碳得到了更加有效的利用。在所考察的正交试验参数范围内,压力、温度、煤样三个因素对气化产物CH4产量的影响的主次顺序为：温度、煤样、压力。其中,温度和煤样对产物CH4的产量有高度显著的影响,压力对其无显著性影响。热解过程生成的甲烷量非常小,其对加氢气化过程产生的甲烷贡献很小使用ChemKin软件,利用化学平衡热力学模型对煤加氢气化反应进行了模拟研究,预测了平衡状态下气体产物的成分,并与实验结果进行了对比。在整个模拟计算参数的范围内,甲烷浓度值的差别不大。考虑到设备成本、安全性和化学反应速率等因素,建议采用高温低压操作条件对煤进行加氢气化处理,这与正交实验得出的结论一致。虽然热力学平衡模型在整体趋势上与实验结果一致,但它对碳转化率的预测结果偏高,且无法全面地反应出煤粉加氢气化的详细反应过程,需要对模型作进一步地改进和完善。

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