煤炭氣化技術：理論與工程

1煤氣化過程分析001
1.1煤氣化工藝過程分析001
1.1.1推論分析與合成001
1.1.2功能分析002
1.1.3形態(tài)分析005
1.1.4煤氣化過程的共性006
1.1.5氣化與燃燒的比較009
1.2固定（移動）床氣化工藝009
1.2.1固定（移動）床氣化工藝發(fā)展歷史010
1.2.2主要的固定床氣化工藝010
1.2.3固定（移動）床氣化工藝特點011
1.3流化床氣化工藝013
1.3.1流化床氣化工藝發(fā)展歷史013
1.3.2主要的流化床氣化工藝014
1.3.3流化床氣化工藝特點017
1.4氣流床氣化工藝018
1.4.1氣流床氣化工藝發(fā)展歷史018
1.4.2國內外主流的氣流床氣化技術020
1.4.3氣流床氣化過程層次機理模型025
1.4.4氣流床氣化工藝特點026
1.5其他煤氣化技術進展026
1.5.1地下氣化027
1.5.2催化氣化027
1.5.3加氫氣化技術028
1.5.4超臨界氣化029
1.5.5等離子體氣化029
1.5.6化學鏈氣化030
1.6氣化工藝的評價指標031
1.6.1碳轉化率031
1.6.2冷煤氣效率031
1.6.3合成氣產出率031
1.7典型煤氣化工藝的比較與選擇033
1.7.1煤種適應性034
1.7.2合成氣的處理034
1.7.3原料消耗035
1.7.4生產強度035
1.7.5煤氣化技術選擇的基本原則036
1.8煤氣化技術展望036
參考文獻038
2煤氣化過程的物理化學基礎045
2.1煤的結構特性及其對氣化過程的影響045
2.1.1煤的結構特性045
2.1.2煤的結構特性對氣化過程的影響051
2.2煤氣化過程動力學052
2.2.1煤的熱解052
2.2.2煤氣化過程中的燃燒反應057
2.2.3煤焦的氣化反應060
2.2.4氣流床條件下煤氣化反應特性068
2.3煤和生物質共氣化071
2.3.1共熱解特性及協(xié)同作用072
2.3.2共熱解過程對共氣化反應的影響072
2.3.3混合焦共氣化反應特性及協(xié)同作用074
2.3.4煤和生物質共氣化協(xié)同機理074
2.4煤氣化過程的熱力學平衡模型076
2.4.1煤氣化過程的獨立反應的確定077
2.4.2氣化過程的熱力學平衡080
2.4.3熱力學平衡模型的基本方程083
2.5氣化過程的平衡計算與討論086
2.5.1平衡計算結果與實際值的比較087
2.5.2平衡條件下工藝條件對水煤漿氣化過程的影響087
2.5.3平衡條件下工藝條件對干煤粉氣化過程的影響093
2.5.4氣化過程中工藝條件的選擇097
參考文獻097
3爐內射流與湍流多相流動103
3.1自由射流103
3.1.1卷吸機理104
3.1.2自由射流的發(fā)展105
3.1.3湍流自由射流計算105
3.2復雜射流109
3.2.1同軸射流109
3.2.2受限射流110
3.2.3撞擊流112
3.3多相湍流116
3.3.1多相流的基本概念116
3.3.2多相湍流動力學特征117
3.3.3多相湍流的實驗研究進展120
3.4氣化爐內多相湍流射流研究121
3.4.1爐內湍流流動數(shù)值模擬方法121
3.4.2單噴嘴受限多相射流的實驗研究與數(shù)值模擬126
3.4.3多噴嘴對置式氣化爐流場實驗研究和數(shù)值模擬129
3.4.4Shell氣化爐流場132
3.5流化床氣化爐內的流體流動137
3.5.1流化床的基本概念137
3.5.2流化床簡化模型138
3.5.3流化床反應器設計的重要參數(shù)139
3.5.4流化床中的傳質傳熱141
3.5.5典型流化床氣化爐流動過程模擬142
參考文獻147
4湍流混合及其對復雜氣化反應的影響150
4.1湍流與混合150
4.1.1混合機理150
4.1.2混合特性151
4.1.3湍流、混合與化學反應154
4.2宏觀混合與微觀混合154
4.2.1宏觀混合與微觀混合的相互作用154
4.2.2停留時間分布155
4.2.3濃度分布169
4.3高黏度液體的霧化174
4.3.1液體霧化的概念174
4.3.2霧化過程的破裂模型182
4.3.3霧化性能的表征185
4.4湍流彌散188
4.4.1顆粒彌散基本方程188
4.4.2顆粒彌散過程研究與模擬189
4.4.3氣包粉型稠密氣固兩相同軸射流190
4.4.4粉包氣型稠密氣固兩相同軸射流194
4.4.5稠密顆粒撞擊流197
4.5混合對氣流床氣化過程的影響200
4.5.1氣化過程分析200
4.5.2流動模型與反應特征201
4.5.3氣化爐內微觀與宏觀混合時間201
4.5.4宏觀混合與燃料揮發(fā)的時間尺度估算202
4.5.5氣化爐內微觀混合時間尺度的估算202
4.5.6氣化爐中各反應區(qū)的特征204
4.5.7停留時間分布對氣化過程的影響205
參考文獻205
5水煤漿制備與輸送211
5.1概況211
5.1.1水煤漿的基本特性211
5.1.2水煤漿制備的技術基礎212
5.1.3水煤漿的應用213
5.2水煤漿的成漿性及其影響因素213
5.2.1煤質對成漿性的影響214
5.2.2煤的成漿濃度經驗公式217
5.2.3煤粉粒度分布對成漿性的影響218
5.2.4添加劑對成漿性的影響223
5.3水煤漿添加劑224
5.3.1分散劑及其作用機理224
5.3.2穩(wěn)定劑及其作用機理229
5.3.3其他輔助劑231
5.4水焦?jié){的特性232
5.4.1石油焦的成漿濃度232
5.4.2影響石油焦成漿特性的因素233
5.4.3水焦?jié){的穩(wěn)定性234
5.5高濃度有機廢液制水煤漿235
5.5.1廢水對水煤漿成漿性的影響235
5.5.2煤種對廢水制備水煤漿的影響237
5.5.3分散劑對廢水制備水煤漿的影響238
5.5.4復配分散劑對廢水制備水煤漿的影響239
5.6水煤漿制備工藝240
5.6.1制漿工藝的分類及基本過程240
5.6.2典型制漿工藝241
5.6.3制漿主要設備244
5.7煤漿的輸送248
5.7.1水煤漿的流變特性248
5.7.2水煤漿輸送過程253
參考文獻263
6粉煤的流動特性及其密相氣力輸送267
6.1粉煤的流動特性267
6.1.1流動性表征方法268
6.1.2流動性影響因素271
6.2粉煤密相氣力輸送276
6.2.1氣力輸送概述277
6.2.2氣力輸送的流型與相圖278
6.2.3粉煤氣力輸送的管道壓降287
6.2.4粉煤氣力輸送裝置的操作特性294
6.3粉煤加壓氣力輸送工程應用302
參考文獻303
7氣化爐內熔渣流動與沉積306
7.1灰渣的熔融特性及其影響因素306
7.1.1灰渣熔融性306
7.1.2灰渣成分對灰熔點的影響307
7.1.3灰熔點的預測309
7.1.4氣氛對灰熔融特性的影響310
7.1.5冷卻降溫過程中熔渣結晶過程312
7.2灰渣黏溫特性及其影響因素313
7.2.1灰渣黏度的主要特性313
7.2.2幾種陽離子對灰渣黏溫特性影響314
7.2.3氣氛對黏溫特性的影響316
7.2.4黏度模型317
7.2.5熔渣的臨界黏度溫度（Tcv）319
7.3煤灰在爐內的沉積和結渣過程320
7.3.1表面結渣過程320
7.3.2影響熔渣沉積的各種因素321
7.3.3熔渣的類型321
7.3.4灰渣的沉積與傳熱模型322
7.4氣流床氣化爐內熔渣沉積特點324
7.4.1渣層結構及內部溫度分布324
7.4.2熔渣流動厚度變化模型325
7.4.3氣流床氣化爐內熔渣分布模型325
7.5用模擬介質對氣流床內沉積過程的研究326
7.6中試裝置試驗研究327
參考文獻328
8氣流床氣化過程放大與集成333
8.1氣流床煤氣化過程的基本特征333
8.1.1氣化過程的基本特征333
8.1.2氣化火焰334
8.1.3氣流床氣化爐放大基本準則339
8.2水煤漿氣化過程342
8.2.1水煤漿噴嘴342
8.2.2氣化爐內的流動與反應特征343
8.3粉煤氣化過程347
8.3.1粉煤氣化燒嘴347
8.3.2GSP氣化爐流場特征348
8.3.3Shell氣化爐流場特征349
8.3.4Shell粉煤氣化爐內化學反應特征350
8.4高溫合成氣熱量回收350
8.4.1廢熱鍋爐351
8.4.2合成氣激冷353
8.5合成氣初步凈化364
8.5.1合成氣初步凈化的基本工藝364
8.5.2新型旋風分離器流體特性與分離效率365
8.5.3板式洗滌塔的洗滌特性369
8.6多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的系統(tǒng)集成372
8.6.1備煤制漿與泵送373
8.6.2氣流床氣化爐及煤氣冷卻洗滌373
8.6.3合成氣初步凈化373
8.6.4黑水熱量回收與水處理373
參考文獻374
9煤與氣態(tài)烴的共同氣化378
9.1煤與氣態(tài)烴共氣化的基本原理378
9.1.1甲烷轉化反應378
9.1.2煤與甲烷共氣化的機理379
9.2固定床與流化床中煤與天然氣的共氣化382
9.2.1固定床中煤與天然氣的共氣化382
9.2.2流化床中煤與天然氣的共氣化384
9.3氣流床中煤與天然氣的共氣化385
9.3.1天然氣蒸汽轉化工藝385
9.3.2天然氣催化部分氧化工藝386
9.3.3天然氣非催化部分氧化工藝388
9.3.4氣流床中煤與天然氣的共氣化394
9.4煤與焦爐氣的共氣化396
9.4.1焦爐氣的轉化方法396
9.4.2非催化與催化部分氧化工藝比較403
9.4.3氣流床中焦爐氣與煤的共氣化404
9.5煤與氣態(tài)烴共氣化應用建議405
參考文獻406
10氣化爐及氣化系統(tǒng)模擬408
10.1固定床(移動床)氣化爐模擬408
10.1.1固定床氣化爐內流動及反應過程描述408
10.1.2固定床氣化爐的數(shù)學模型411
10.1.3Lurgi氣化爐的一維模擬413
10.2流化床氣化爐模擬417
10.2.1流化床內流動反應過程基本描述417
10.2.2流化床內氣固兩相流動模擬理論418
10.2.3流化床煤氣化過程模型419
10.2.4流化床煤氣化過程數(shù)值模擬421
10.3氣流床氣化爐模擬424
10.3.1氣流床氣化爐數(shù)學模型424
10.3.2基于混合模型的水煤漿氣化爐模擬429
10.3.3氣流床煤氣化爐數(shù)值模擬432
10.3.4基于降階模型的氣流床氣化爐模擬452
10.3.5基于熔渣界面反應的氣流床氣化爐模擬457
10.4氣流床氣化系統(tǒng)過程模擬463
10.4.1過程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬技術463
10.4.2氣流床煤氣化系統(tǒng)描述465
10.4.3氣流床煤氣化系統(tǒng)模型466
10.4.4多噴嘴對置水煤漿氣化工藝模擬468
10.4.5氣流床煤氣化制備氫氣的能耗分析470
10.4.6以氣流床粉煤氣化為基礎的直接還原煉鐵過程模擬475
10.5氣流床氣化爐動態(tài)模擬479
10.5.1基本模型479
10.5.2多噴嘴對置水煤漿氣化爐異常工況動態(tài)模擬479
10.5.3多噴嘴對置水煤漿帶壓連投過程動態(tài)模擬482
參考文獻487
11煤氣化技術的工程化及其應用493
11.1水煤漿加壓氣化技術493
11.1.1水煤漿加壓氣化技術特點493
11.1.2引進水煤漿氣化技術在國內的工程應用494
11.1.3國內自主水煤漿氣化技術的開發(fā)及工程應用498
11.2粉煤加壓氣化技術506
11.2.1粉煤加壓氣化技術特點506
11.2.2引進粉煤加壓氣化技術在國內的工程應用507
11.2.3國內自主粉煤氣化技術的開發(fā)及工程應用510
11.3固定床氣化技術517
11.3.1固定床氣化技術在國內的發(fā)展517
11.3.2Lurgi加壓固定床氣化技術工程應用519
11.3.3BGL固定床熔渣氣化技術工程應用521
11.4流化床氣化技術523
11.4.1灰熔聚流化床氣化技術523
11.4.2循環(huán)流化床氣化技術527
11.5煤氣化技術工程應用的啟示531
參考文獻532