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电站煤的流化床催化气化特性及工业可行性分析

作　者: 陈欣
导　师: 张济宇
学　校: 福州大学
专　业: 化学工程与工艺
关键词: 混合气催化气化电站煤粘胶废碱液流化床气化表观动力学
分类号: TQ541
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

煤炭是世界储量最多分布最广的化石能源,占世界化石能源剩余可采储量的64.1%,而石油与天然气分别仅占18.1%、17.8%。由于煤炭资源量和储采比大大超过石油和天然气的资源量及储采比,在未来50 年内,煤炭将仍然是世界主要能源之一,是世界经济发展的重要动力支柱;另一方面,世界电力的45⁵0%由燃煤电站提供,在未来20 年内煤炭将保持它在发电方面的核心地位,能源结构不会发生大的变化。我国的煤炭主要用于发电和许多不同工业部门,利用方式以直接燃烧为主,燃烧利用率低,发热量不高,同时产生的大量烟尘及有毒气体（SO₂、NO_x 等）对生态环境造成了严重的环境污染,已经影响到我国国民经济的可持续发展及居民的身体健康。若通过煤气化方式将煤转变成可燃气体,其热利用效率可最终达到55⁶0%,不仅增加了煤的使用价值,扩大了煤的利用方式,同时可燃气更具使用和运输方便、减轻环境污染等突出优点。一般说来,电站煤质的品位低、灰含量高（低的固定碳含量）,直接气化效果很差。若对电站煤能通过采用工业碱高效催化气化方式以获得良好的气化结果,必将为电站煤的高效转化和利用增加新的途径。为此,从廉价的工业碱催化剂入手,采用工业上先进的流化床气化技术,集中地考察了工业碱（工业固碱与粘胶废碱液）在830⁹20℃条件下对电站煤（山西阳泉无烟煤I、高灰煤II 及山东煤Ⅲ三种煤种）混合气催化气化反应的影响,研究了在一小型固定床及流化床（内径均为Φ28mm）中的催化气化特性与气化表观动力学,这些基础数据对拓展电站煤的应用途径及工程放大设计均具有重要的参考价值。最后,在“电站煤-粘胶废碱液催化气化”新工艺实验室研究成果的基础上,对“500kg/h 电站煤-粘胶废碱液流化床混合催化气化”项目进行了初步工艺概算与工业可行性研究,以证明本“电站煤流化床催化气化”新工艺过程在技术上是先进可行的,在经济上是合理有利的,为进一步中试与工业放大提供一份可供投资选择的技术报告。

全文目录

前言  8-9
第一章煤炭的高效气化  9-15
  1.1 世界能源状况及发展趋势  9
  1.2 我国能源结构与利用现状  9-10
  1.3 我国电站煤利用现状  10-14
    1.3.1 电站煤常规燃烧技术  10-11
    1.3.2 流化床煤燃烧技术  11-12
    1.3.3 煤气化技术  12-13
    1.3.4 第三代气化技术的应用  13-14
  1.4 小结  14-15
第二章催化气化的基础研究  15-23
  2.1 流态化基础知识  15-16
  2.2 流态化技术在煤气化的应用  16-17
    2.2.1 煤气化原理  16
    2.2.2 流化床气化特点  16-17
  2.3 煤催化气化机理  17-19
    2.3.1 电子转移机理  17
    2.3.2 氧传递机理  17-18
    2.3.3 碱金属催化C-CO_2 和C-H_2O 反应机理  18-19
    2.3.4 水蒸气气化原理  19
  2.4 催化气化动力学  19-22
    2.4.1 C-H_2O 反应动力学  19-20
    2.4.2 未反应缩芯模型  20-22
  2.5 小结  22-23
第三章实验煤种及过程概述  23-29
  3.1 实验原料准备  23-25
    3.1.1 煤样性质与制备  23
    3.1.2 催化剂来源与制备  23-25
      3.1.2.1 催化剂来源  23-24
      3.1.2.2 催化剂制备  24-25
  3.2 实验操作  25-26
    3.2.1 实验方法  25
    3.2.2 实验流程  25-26
  3.3 煤气成分分析与计算  26-29
    3.3.1 煤气成分分析  26-27
      3.3.1.1 分析溶液的配置  26-27
      3.3.1.2 煤气成分分析步骤  27
    3.3.2 评价指标  27-29
      3.3.2.1 碳转化率的计算  27-28
      3.3.2.2 催化剂含量  28
      3.3.2.3 煤气的平均组成  28
      3.3.2.4 煤气热值QLHV(MJ/m~3)  28
      3.3.2.5 产气率Y_g(m~3/kg 煤)  28
      3.3.2.6 煤转气热值QCG(MJ/kg 煤)  28-29
第四章电站煤流化床混合气催化气化  29-42
  4.1 不同电站煤流化床催化气化特性的研究  29-40
    4.1.1 粘胶废碱液催化气化转化率的校正  29-30
    4.1.2 反应时间的确定  30-31
    4.1.3 温度对催化气化的影响  31-33
    4.1.4 催化剂装载饱和度  33-35
    4.1.5 催化剂活性的比较  35-36
    4.1.6 反应条件对不同煤种催化气化特性的影响  36-40
      4.1.6.1 温度对不同煤种催化气化特性的影响  36-37
      4.1.6.2 不同催化剂对不同煤种催化气化特性的影响  37-40
  4.2 小结  40-42
第五章催化气化反应宏观动力学特性  42-49
  5.1 催化气化反应宏观动力学特性  42-47
    5.1.1 模型的选择  42-44
    5.1.2 无催化气化表观动力学  44-46
    5.1.3 催化气化宏观动力学  46-47
  5.2 小结  47-49
第六章催化剂与床层对动力学的影响  49-60
  6.1 催化剂对动力学的影响  49-56
  6.2 反应床层对动力学的影响  56-58
  6.3 小结  58-60
第七章电站煤催化气化技术及经济可行性分析  60-75
  7.1 技术可行性分析  60-71
    7.1.1 计算方法的确定  60-66
      7.1.1.1 煤气组成的计算  60-65
      7.1.1.2 气化炉热量平衡计算  65-66
    7.1.2 余热利用设计  66-67
    7.1.3 生产流程确定  67-68
    7.1.4 技术先进性分析  68
    7.1.5 小结与讨论  68-71
  7.2 经济可行性研究  71-74
    7.2.1 生产规模和产品方案  71
    7.2.2 成本估计  71-73
      7.2.2.1 固定成本估算  71-72
      7.2.2.2 车间成本估算与产品成本估算  72-73
    7.2.3 经济评价  73-74
  7.3 小结  74-75
第八章结论与建议  75-79
  8.1 固定床混合气气化  75
  8.2 流化床混合气气化  75-76
  8.3 气化宏观动力学  76-77
  8.4 电站煤催化气化技术及经济可行性分析  77-78
  8.5 建议  78-79
参考目录  79-82
附录  82-92
致谢  92-93
作者简历  93

电站煤的流化床催化气化特性及工业可行性分析

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