煤炭氣化技術(shù)：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(diǎn)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(diǎn)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(nèi)外主流的氣流床氣化技術(shù)020
1.4.3氣流床氣化過程層次機(jī)理模型025
1.4.4氣流床氣化工藝特點(diǎn)026
1.5其他煤氣化技術(shù)進(jìn)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(shù)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(xué)鏈氣化030
1.6氣化工藝的評價指標(biāo)031
1.6.1碳轉(zhuǎn)化率031
1.6.2冷煤氣效率031
1.6.3合成氣產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)強(qiáng)度035
1.7.5煤氣化技術(shù)選擇的基本原則036
1.8煤氣化技術(shù)展望036
參考文獻(xiàn)038
2煤氣化過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)045
2.1煤的結(jié)構(gòu)特性及其對氣化過程的影響045
2.1.1煤的結(jié)構(gòu)特性045
2.1.2煤的結(jié)構(gòu)特性對氣化過程的影響051
2.2煤氣化過程動力學(xué)052
2.2.1煤的熱解052
2.2.2煤氣化過程中的燃燒反應(yīng)057
2.2.3煤焦的氣化反應(yīng)060
2.2.4氣流床條件下煤氣化反應(yīng)特性068
2.3煤和生物質(zhì)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(yīng)的影響072
2.3.3混合焦共氣化反應(yīng)特性及協(xié)同作用074
2.3.4煤和生物質(zhì)共氣化協(xié)同機(jī)理074
2.4煤氣化過程的熱力學(xué)平衡模型076
2.4.1煤氣化過程的獨(dú)立反應(yīng)的確定077
2.4.2氣化過程的熱力學(xué)平衡080
2.4.3熱力學(xué)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(jié)果與實(shí)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(xiàn)097
3爐內(nèi)射流與湍流多相流動103
3.1自由射流103
3.1.1卷吸機(jī)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(fù)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(xué)特征117
3.3.3多相湍流的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展120
3.4氣化爐內(nèi)多相湍流射流研究121
3.4.1爐內(nèi)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(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬126
3.4.3多噴嘴對置式氣化爐流場實(shí)驗(yàn)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(nèi)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(yīng)器設(shè)計的重要參數(shù)139
3.5.4流化床中的傳質(zhì)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(xiàn)147
4湍流混合及其對復(fù)雜氣化反應(yīng)的影響150
4.1湍流與混合150
4.1.1混合機(jī)理150
4.1.2混合特性151
4.1.3湍流、混合與化學(xué)反應(yīng)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(yīng)特征201
4.5.3氣化爐內(nèi)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(nèi)微觀混合時間尺度的估算202
4.5.6氣化爐中各反應(yīng)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(xiàn)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(shù)基礎(chǔ)212
5.1.3水煤漿的應(yīng)用213
5.2水煤漿的成漿性及其影響因素213
5.2.1煤質(zhì)對成漿性的影響214
5.2.2煤的成漿濃度經(jīng)驗(yàn)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(jī)理224
5.3.2穩(wěn)定劑及其作用機(jī)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(jī)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(fù)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(shè)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(xiàn)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(yīng)用302
參考文獻(xiàn)303
7氣化爐內(nèi)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(diǎn)的影響307
7.1.3灰熔點(diǎn)的預(yù)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(jié)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(nèi)的沉積和結(jié)渣過程320
7.3.1表面結(jié)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(nèi)熔渣沉積特點(diǎn)324
7.4.1渣層結(jié)構(gòu)及內(nèi)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(nèi)熔渣分布模型325
7.5用模擬介質(zhì)對氣流床內(nèi)沉積過程的研究326
7.6中試裝置試驗(yàn)研究327
參考文獻(xiàn)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(zhǔn)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(nèi)的流動與反應(yīng)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(nèi)化學(xué)反應(yīng)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(fēng)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(shù)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(xiàn)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(zhuǎn)化反應(yīng)378
9.1.2煤與甲烷共氣化的機(jī)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(zhuǎn)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?fàn)t氣的共氣化396
9.4.1焦?fàn)t氣的轉(zhuǎn)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?fàn)t氣與煤的共氣化404
9.5煤與氣態(tài)烴共氣化應(yīng)用建議405
參考文獻(xiàn)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(nèi)流動及反應(yīng)過程描述408
10.1.2固定床氣化爐的數(shù)學(xué)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(nèi)流動反應(yīng)過程基本描述417
10.2.2流化床內(nèi)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(xué)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(yīng)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(shù)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(chǔ)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(xiàn)487
11煤氣化技術(shù)的工程化及其應(yīng)用493
11.1水煤漿加壓氣化技術(shù)493
11.1.1水煤漿加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)493
11.1.2引進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)在國內(nèi)的工程應(yīng)用494
11.1.3國內(nèi)自主水煤漿氣化技術(shù)的開發(fā)及工程應(yīng)用498
11.2粉煤加壓氣化技術(shù)506
11.2.1粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)506
11.2.2引進(jìn)粉煤加壓氣化技術(shù)在國內(nèi)的工程應(yīng)用507
11.2.3國內(nèi)自主粉煤氣化技術(shù)的開發(fā)及工程應(yīng)用510
11.3固定床氣化技術(shù)517
11.3.1固定床氣化技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展517
11.3.2Lurgi加壓固定床氣化技術(shù)工程應(yīng)用519
11.3.3BGL固定床熔渣氣化技術(shù)工程應(yīng)用521
11.4流化床氣化技術(shù)523
11.4.1灰熔聚流化床氣化技術(shù)523
11.4.2循環(huán)流化床氣化技術(shù)527
11.5煤氣化技術(shù)工程應(yīng)用的啟示531
參考文獻(xiàn)532