等离子煤气化动力学研究

【摘要】： 电弧等离子体属低温等离子体中的热等离子体，这种等离子体内部的电子与重粒子温度几乎相等，均达到10~3K～10~4K，因此，不仅温度高，而且含有大量高能活性的粒子，等离子体辅助煤气化过程是一以多种自由基参与为特征的复杂反应体系。为在由清华大学、大连理工大学和我校共同研制开发的、具有中试工业规模的反应装置上研究等离子体辅助煤气化过程的特点，本文从等离子体煤气化影响因素、产物随温度和时间的变化以及不同添加物对产物分布的影响等方面进行了实验。在实验基础上对该过程进行了动力学分析。为了揭示反应器内的温度分布、煤粒的运动特点及反应过程机理和动力学特征，本文进行了计算机模拟。 本文对等离子体辅助煤气化的影响因素进行实验研究，探索出该工艺的最佳工艺参数：供粉速率为150g/min、供气量为18Nm~3/h、等离子体发生器输出功率为100kW、水蒸汽出口压力为0.3MPa。 运用经典的动力学研究方法，首先确定了该过程的基元反应，其次引入线性代数方法——求取系数矩阵的最大线性无关 太原理工大学硕士学位论文 组，用线性无关向量来表示线性相关向量，确定了基元反应中线 性独立部分，最后对线性独立部分运用稳态近似法对这一反应体 系进行了简化。在上述分析和近似基础上，推导了该过程主要产 物的速率方程式。 通过对反应器的热量计算，对反应器内难以用常规测温元件 检测的一段反应器内的温度进行了推算;应用office 2000中的 最小二乘法函数L刀，EsT(known‘y，s，knownJ，s，eonst，stats)对实 验数据进行了线性拟合，求得了主要产物总反应的速率方程和速 率常数;同时求得了主要产物的生成活化能，玩为68.42kJ/mol， CO为48.482kJ/mol，CO:为14.38kJ/m 01，和常规煤气化报道的 相关数据相比偏小，说明了等离子体的介入降低了反应活化能促 进了煤气化反应的发生。 由于等离子体煤气化反应的速率方程组是非线性的，本论文 应用吉尔算法对这一体系进行了计算机程序模拟，得到了主要产 物及其相关自由基的相对含量随时间的变化规律;并且和实验所 得结果进行了对比，发现它们能够较好的吻合。 另外，本论文经过外加CaCO3和Cao的实验考查了无机物 (矿物质)对煤气化的影响。发现在等离子体辅助煤气化工艺中 也应当是CaO起催化作用为主，CO:还原为辅。 【关键词】：煤 等离子体 气化 动力学 计算机模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TQ541
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-9
• 符号说明9-11
• 第一章 文献综述11-26
• 1.1 等离子体的分类11-15
• 1.1.1 等离子体简介11-12
• 1.1.2 等离子体的分类12-13
• 1.1.3 等离子体的产生13-15
• 1.2 等离子体化学反应的特点15-16
• 1.3 常规煤气化16-18
• 1.4 等离子体辅助煤气化18-23
• 1.4.1 等离子煤气化研究历史与现状21-23
• 1.4.1.1 低温热等离子体研究概况21-22
• 1.4.1.2 低温冷等离子体研究概况22-23
• 1.4.2 等离子煤气化反应机理和动力学研究发展概况23
• 1.5 等离子煤气化与常规煤气化的对比23-24
• 1.6 选题的主要研究目的24-26
• 第二章 等离子体辅助煤气化工艺26-34
• 2.1 实验装置26-29
• 2.1.1 等离子体电源控制系统26-27
• 2.1.2 等离子体发生器27
• 2.1.3 供料系统27-29
• 2.1.4 取样系统29
• 2.2 检测、表征和计算方法29-33
• 2.2.1 供粉器的计量29-30
• 2.2.2 色谱分析系统30-31
• 2.2.3 色谱分析计算原理31
• 2.2.4 各物质的相对校正因子及色谱的工作条件31-32
• 2.2.5 气化产品气中各组分的定量计算32-33
• 2.3 实验误差及数据校准33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 实验及结果34-47
• 3.1 发生器工作电流和工作电压的关系34-35
• 3.2 实验用煤的工业分析和元素分析35
• 3.3 影响产品气的因素35-43
• 3.3.1 供气量对于产物气的影响36-37
• 3.3.2 供粉速率对产物的影响37-38
• 3.3.3 功率对反应速率的影响38-39
• 3.3.4 停留时间对产物的影响39-41
• 3.3.5 水蒸气的量对产物的影响41-42
• 3.3.6 温度的影响42-43
• 3.4 添加物对等离子煤气化过程的影响43-46
• 3.4.1 CaCO_3的影响44-45
• 3.4.2 CaO的影响45-46
• 3.5 小结46-47
• 第四章 数值模拟47-65
• 4.1 反应器内的热量传递47-51
• 4.1.1 边界条件的求取48-50
• 4.1.2 计算结果50-51
• 4.2 颗粒在管道内的运动速度51-53
• 4.2.1 颗粒的分类51
• 4.2.2 实验过程中颗粒在管道中的运动速率51-53
• 4.3 输送管道空气流速的计算53-54
• 4.4 动力学模型的数学基础54-57
• 4.4.1 刚性微分方程55-56
• 4.4.1.1 刚性方程的定义55-56
• 4.4.1.2 刚性方程的判定方法56
• 4.4.2 吉尔算法56-57
• 4.5 程序及结构模块57-62
• 4.5.1 形参说明58-59
• 4.5.1.1 程序中的形参58
• 4.5.1.2 包含的子程序58-59
• 4.5.2 输入与输出59-61
• 4.5.3 流程图61-62
• 4.6 计算模拟结果62-64
• 4.6.1 自由基随时间的变化62-63
• 4.6.2 主要产物的浓度随时间的变化63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 等离子体辅助煤气化的动力学分析65-87
• 5.1 化学反应动力学基本原理65-67
• 5.2 化学反应动力学基本近似法67-72
• 5.2.1 稳态法分析68-69
• 5.2.2 松弛法分析69-72
• 5.3 化学反应动力学的线性代数分析72-75
• 5.3.1 化学计量矩阵72-73
• 5.3.2 化学平衡体系中的化学计量矩阵73-74
• 5.3.3 化学计量矩阵在煤气化动力学中的应用74-75
• 5.4 高温煤气化基元反应75-77
• 5.5 基本动力学方程的建立77-78
• 5.5.1 基元反应的速率方程77
• 5.5.2 主要产物的生成速率方程77-78
• 5.6 实验结果78-84
• 5.6.1 各个反应组分在反应器中的相互关系79-80
• 5.6.2 速率方程的确定80-82
• 5.6.3 反应活化能的确定82-84
• 5.7 实验动力学数据与模拟结果比较84-86
• 5.8 本章小结86-87
• 第六章 结论与建议87-92
• 6.1 主要结论87-88
• 6.2 建议88-92
• 致谢92-93
• 论文发表情况93

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

联合工艺可以降低煤气化成本    DAVID NETZER,王阿宝

义马气化厂循环经济发展的实践    齐冠妮;

山西长治煤气化总公司 文化建设——增强国企核心竞争力的先决条件    

泥煤气化试验总结    顧长藩;

Hy-gas过程开发的现状    

煤加压气化废水的催化湿式氧化处理    张秋波,李忠,王菊思,徐晓白

谈谈义马煤气化工程    姚金声

两段炉制气工艺污染防治    程经权;袁存忠;

型煤催化气化活性研究    李淑芬，陈彦伶

新型烧嘴的开发及在水煤浆气化装置中的应用    李波;潘荣;吕传磊;

在两种反应器中等离子体煤气化的比较    庞先勇;李松栋;吕永康;

基于等离子体注入技术的复合表面处理    田修波;Paul K.Chu;杨士勤;

粒度对等离子体煤气化的影响    申曙光;鲍卫仁;曹青;吕永康;

一种高效等离子体腔体的开发    刘华;张凯;

HL-2A欧姆和ECRH条件下的能量约束数据库的建立及分析    董春凤;崔正英;杨青巍;季小全;周航宇;冯北滨;李伟;孙红娟;李永高;

低压直流辉光等离子体的放电特性    茅卫红;张慧云;陈宏;

功能材料制备中的等离子体发光与过程选控    方容川;常超;廖源;崔景彪;

ECR等离子体和PLA等离子体相互作用的研究    丁大宇;孙剑;许宁;应质峰;吴嘉达;

激光吹气技术在HL-2A托卡马克上的应用    张鹏;黄渊;孙平;傅炳忠;卢杰;丁玄同;

用等离子体笔对微生物病菌的杀灭和治疗湿疹皮肤病研究    赵玲利;刘才;王守国;

河南首个就地转化煤气化项目建成    记者 武验 特约记者 王景春

油改煤走上“快行线”    本报记者 沈强

煤气化 举办2006年度业绩网上说明会    本报记者 陈慕鸿 王艳芳

煤气化 “煤焦气化电”完整产业链形成    陈慕鸿

煤气化酝酿煤气提价    袁立波

煤气化业绩大涨新购煤业公司    证券时报记者 刘思辰

价格倒挂 煤气化游说上调价格    本报记者　 陈建军

太原煤气化集团公司构筑“大安全”格局    本报记者

长治煤气化总公司锁定四大调产工程    周星化

从“希望工程”到“包袱工程”    张木早

低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究    陈琳

正负电子等离子体静电波的精解研究    吕改敏

大气压低温等离子体抑制HepG2细胞增殖的机制研究    闫旭

弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟    李毅人

低温等离子体磁鞘特性的研究    邹秀

以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案研究    李明东

大尺度激光等离子体相互作用的实验研究    李志超

氢等离子体制备纳米硬质合金粉末的研究    傅磊

等离子体中太赫兹波传输特性理论研究    袁承勋

HL-1M等离子体边缘湍动输运的长程相关特性研究    黄渊

等离子煤气化动力学研究    王胜

操作条件和添加物对等离子体煤气化的影响    李松栋

同轴电极介质阻挡大气压辉光放电数值模拟    张红艳

电磁波在等离子体中的吸收衰减    陆建萍

废水中有毒物质的等离子体降解及其中间产物的高效液相色谱分析    盖轲

Alfvén波的电子回旋动力学理论研究    奚衍斌

等离子体对作物种子生物学效应的研究    迟丽华

等离子体状态方程的Hartree-Fock-Slater自洽场计算    朱希睿

椭球谐振腔微波等离子体系统的研究    张凯

微波等离子灯的仿真优化与设计开发    诸葛天祥