煤炭气化技术:理论与工程

1煤气化过程分析0011.1煤气化工艺过程分析0011.1.1推论分析与合成0011.1.2功能分析0021.1.3形态分析0051.1.4煤气化过程的共性0061.1.5气化与燃烧的比较0091.2固定（移动）床气化工艺0091.2.1固定（移动）床气化工艺发展历史0101.2.2主要的固定床气化工艺0101.2.3固定（移动）床气化工艺特点0111.3流化床气化工艺0131.3.1流化床气化工艺发展历史0131.3.2主要的流化床气化工艺0141煤气化过程分析0011.1煤气化工艺过程分析0011.1.1推论分析与合成0011.1.2功能分析0021.1.3形态分析0051.1.4煤气化过程的共性0061.1.5气化与燃烧的比较0091.2固定（移动）床气化工艺0091.2.1固定（移动）床气化工艺发展历史0101.2.2主要的固定床气化工艺0101.2.3固定（移动）床气化工艺特点0111.3流化床气化工艺0131.3.1流化床气化工艺发展历史0131.3.2主要的流化床气化工艺0141.3.3流化床气化工艺特点0171.4气流床气化工艺0181.4.1气流床气化工艺发展历史0181.4.2国内外主流的气流床气化技术0201.4.3气流床气化过程层次机理模型0251.4.4气流床气化工艺特点0261.5其他煤气化技术进展0261.5.1地下气化0271.5.2催化气化0271.5.3加氢气化技术0281.5.4超临界气化0291.5.5等离子体气化0291.5.6化学链气化0301.6气化工艺的评价指标0311.6.1碳转化率0311.6.2冷煤气效率0311.6.3合成气产出率0311.7典型煤气化工艺的比较与选择0331.7.1煤种适应性0341.7.2合成气的处理0341.7.3原料消耗0351.7.4生产强度0351.7.5煤气化技术选择的基本原则0361.8煤气化技术展望036参考文献038 2煤气化过程的物理化学基础0452.1煤的结构特性及其对气化过程的影响0452.1.1煤的结构特性0452.1.2煤的结构特性对气化过程的影响0512.2煤气化过程动力学0522.2.1煤的热解0522.2.2煤气化过程中的燃烧反应0572.2.3煤焦的气化反应0602.2.4气流床条件下煤气化反应特性0682.3煤和生物质共气化0712.3.1共热解特性及协同作用0722.3.2共热解过程对共气化反应的影响0722.3.3混合焦共气化反应特性及协同作用0742.3.4煤和生物质共气化协同机理0742.4煤气化过程的热力学平衡模型0762.4.1煤气化过程的独立反应的确定0772.4.2气化过程的热力学平衡0802.4.3热力学平衡模型的基本方程0832.5气化过程的平衡计算与讨论0862.5.1平衡计算结果与实际值的比较0872.5.2平衡条件下工艺条件对水煤浆气化过程的影响0872.5.3平衡条件下工艺条件对干煤粉气化过程的影响0932.5.4气化过程中工艺条件的选择097参考文献097 3炉内射流与湍流多相流动1033.1自由射流1033.1.1卷吸机理1043.1.2自由射流的发展1053.1.3湍流自由射流计算1053.2复杂射流1093.2.1同轴射流1093.2.2受限射流1103.2.3撞击流1123.3多相湍流1163.3.1多相流的基本概念1163.3.2多相湍流动力学特征1173.3.3多相湍流的实验研究进展1203.4气化炉内多相湍流射流研究1213.4.1炉内湍流流动数值模拟方法1213.4.2单喷嘴受限多相射流的实验研究与数值模拟1263.4.3多喷嘴对置式气化炉流场实验研究和数值模拟1293.4.4Shell气化炉流场1323.5流化床气化炉内的流体流动1373.5.1流化床的基本概念1373.5.2流化床简化模型1383.5.3流化床反应器设计的重要参数1393.5.4流化床中的传质传热1413.5.5典型流化床气化炉流动过程模拟142参考文献147 4湍流混合及其对复杂气化反应的影响1504.1湍流与混合1504.1.1混合机理1504.1.2混合特性1514.1.3湍流、混合与化学反应1544.2宏观混合与微观混合1544.2.1宏观混合与微观混合的相互作用1544.2.2停留时间分布1554.2.3浓度分布1694.3高黏度液体的雾化1744.3.1液体雾化的概念1744.3.2雾化过程的破裂模型1824.3.3雾化性能的表征1854.4湍流弥散1884.4.1颗粒弥散基本方程1884.4.2颗粒弥散过程研究与模拟1894.4.3气包粉型稠密气固两相同轴射流1904.4.4粉包气型稠密气固两相同轴射流1944.4.5稠密颗粒撞击流1974.5混合对气流床气化过程的影响2004.5.1气化过程分析2004.5.2流动模型与反应特征2014.5.3气化炉内微观与宏观混合时间2014.5.4宏观混合与燃料挥发的时间尺度估算2024.5.5气化炉内微观混合时间尺度的估算2024.5.6气化炉中各反应区的特征2044.5.7停留时间分布对气化过程的影响205参考文献205 5水煤浆制备与输送2115.1概况2115.1.1水煤浆的基本特性2115.1.2水煤浆制备的技术基础2125.1.3水煤浆的应用2135.2水煤浆的成浆性及其影响因素2135.2.1煤质对成浆性的影响2145.2.2煤的成浆浓度经验公式2175.2.3煤粉粒度分布对成浆性的影响2185.2.4添加剂对成浆性的影响2235.3水煤浆添加剂2245.3.1分散剂及其作用机理2245.3.2稳定剂及其作用机理2295.3.3其他辅助剂2315.4水焦浆的特性2325.4.1石油焦的成浆浓度2325.4.2影响石油焦成浆特性的因素2335.4.3水焦浆的稳定性2345.5高浓度有机废液制水煤浆2355.5.1废水对水煤浆成浆性的影响2355.5.2煤种对废水制备水煤浆的影响2375.5.3分散剂对废水制备水煤浆的影响2385.5.4复配分散剂对废水制备水煤浆的影响2395.6水煤浆制备工艺2405.6.1制浆工艺的分类及基本过程2405.6.2典型制浆工艺2415.6.3制浆主要设备2445.7煤浆的输送2485.7.1水煤浆的流变特性2485.7.2水煤浆输送过程253参考文献263 6粉煤的流动特性及其密相气力输送2676.1粉煤的流动特性2676.1.1流动性表征方法2686.1.2流动性影响因素2716.2粉煤密相气力输送2766.2.1气力输送概述2776.2.2气力输送的流型与相图2786.2.3粉煤气力输送的管道压降2876.2.4粉煤气力输送装置的操作特性2946.3粉煤加压气力输送工程应用302参考文献303 7气化炉内熔渣流动与沉积3067.1灰渣的熔融特性及其影响因素3067.1.1灰渣熔融性3067.1.2灰渣成分对灰熔点的影响3077.1.3灰熔点的预测3097.1.4气氛对灰熔融特性的影响3107.1.5冷却降温过程中熔渣结晶过程3127.2灰渣黏温特性及其影响因素3137.2.1灰渣黏度的主要特性3137.2.2几种阳离子对灰渣黏温特性影响3147.2.3气氛对黏温特性的影响3167.2.4黏度模型3177.2.5熔渣的临界黏度温度（Tcv）3197.3煤灰在炉内的沉积和结渣过程3207.3.1表面结渣过程3207.3.2影响熔渣沉积的各种因素3217.3.3熔渣的类型3217.3.4灰渣的沉积与传热模型3227.4气流床气化炉内熔渣沉积特点3247.4.1渣层结构及内部温度分布3247.4.2熔渣流动厚度变化模型3257.4.3气流床气化炉内熔渣分布模型3257.5用模拟介质对气流床内沉积过程的研究3267.6中试装置试验研究327参考文献328 8气流床气化过程放大与集成3338.1气流床煤气化过程的基本特征3338.1.1气化过程的基本特征3338.1.2气化火焰3348.1.3气流床气化炉放大基本准则3398.2水煤浆气化过程3428.2.1水煤浆喷嘴3428.2.2气化炉内的流动与反应特征3438.3粉煤气化过程3478.3.1粉煤气化烧嘴3478.3.2GSP气化炉流场特征3488.3.3Shell气化炉流场特征3498.3.4Shell粉煤气化炉内化学反应特征3508.4高温合成气热量回收3508.4.1废热锅炉3518.4.2合成气激冷3538.5合成气初步净化3648.5.1合成气初步净化的基本工艺3648.5.2新型旋风分离器流体特性与分离效率3658.5.3板式洗涤塔的洗涤特性3698.6多喷嘴对置式水煤浆气化技术的系统集成3728.6.1备煤制浆与泵送3738.6.2气流床气化炉及煤气冷却洗涤3738.6.3合成气初步净化3738.6.4黑水热量回收与水处理373参考文献374 9煤与气态烃的共同气化3789.1煤与气态烃共气化的基本原理3789.1.1甲烷转化反应3789.1.2煤与甲烷共气化的机理3799.2固定床与流化床中煤与天然气的共气化3829.2.1固定床中煤与天然气的共气化3829.2.2流化床中煤与天然气的共气化3849.3气流床中煤与天然气的共气化3859.3.1天然气蒸汽转化工艺3859.3.2天然气催化部分氧化工艺3869.3.3天然气非催化部分氧化工艺3889.3.4气流床中煤与天然气的共气化3949.4煤与焦炉气的共气化3969.4.1焦炉气的转化方法3969.4.2非催化与催化部分氧化工艺比较4039.4.3气流床中焦炉气与煤的共气化4049.5煤与气态烃共气化应用建议405参考文献406 10气化炉及气化系统模拟40810.1固定床(移动床)气化炉模拟40810.1.1固定床气化炉内流动及反应过程描述40810.1.2固定床气化炉的数学模型41110.1.3Lurgi气化炉的一维模拟41310.2流化床气化炉模拟41710.2.1流化床内流动反应过程基本描述41710.2.2流化床内气固两相流动模拟理论41810.2.3流化床煤气化过程模型41910.2.4流化床煤气化过程数值模拟42110.3气流床气化炉模拟42410.3.1气流床气化炉数学模型42410.3.2基于混合模型的水煤浆气化炉模拟42910.3.3气流床煤气化炉数值模拟43210.3.4基于降阶模型的气流床气化炉模拟45210.3.5基于熔渣界面反应的气流床气化炉模拟45710.4气流床气化系统过程模拟46310.4.1过程系统的稳态模拟技术46310.4.2气流床煤气化系统描述46510.4.3气流床煤气化系统模型46610.4.4多喷嘴对置水煤浆气化工艺模拟46810.4.5气流床煤气化制备氢气的能耗分析47010.4.6以气流床粉煤气化为基础的直接还原炼铁过程模拟47510.5气流床气化炉动态模拟47910.5.1基本模型47910.5.2多喷嘴对置水煤浆气化炉异常工况动态模拟47910.5.3多喷嘴对置水煤浆带压连投过程动态模拟482参考文献487 11煤气化技术的工程化及其应用49311.1水煤浆加压气化技术49311.1.1水煤浆加压气化技术特点49311.1.2引进水煤浆气化技术在国内的工程应用49411.1.3国内自主水煤浆气化技术的开发及工程应用49811.2粉煤加压气化技术50611.2.1粉煤加压气化技术特点50611.2.2引进粉煤加压气化技术在国内的工程应用50711.2.3国内自主粉煤气化技术的开发及工程应用51011.3固定床气化技术51711.3.1固定床气化技术在国内的发展51711.3.2Lurgi加压固定床气化技术工程应用51911.3.3BGL固定床熔渣气化技术工程应用52111.4流化床气化技术52311.4.1灰熔聚流化床气化技术52311.4.2循环流化床气化技术52711.5煤气化技术工程应用的启示531参考文献532