煤气化汞脱除过程分析与实验研究

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本文针对煤气化和煤气中重金属汞的脱除问题,进行了吸附剂脱汞实验研究和小型气化炉的数值模拟分析。首先,搭建了模拟煤气脱汞实验系统。主要构成及功能是:气体混合控制箱用于合成模拟煤气,标准气体发生器用于产生汞蒸气,电热蒸汽发生器用于产生水蒸汽,管式炉反应器用于吸附剂脱汞反应,尾气的吸收及处理采用吸收管和尾气吸收瓶完成,MAX—L汞分析仪进行汞的分析。吸附剂脱汞的实验研究结果表明:Co改性的吸附剂在500℃煅烧,在120℃进行实验,脱汞率最高,为62.7%;Mn改性的吸附剂脱汞率随煅烧温度增加而增大,在500℃煅烧,在200℃进行实验,脱汞率最高,为84.04%;Fe改性的吸附剂脱汞率随煅烧温度增加而减小,在200℃煅烧,在120℃进行实验脱汞率最高,为48.26%。对小型气化炉的炉型参数(喷嘴数目、夹角、距气化炉底部的距离和气化炉高径比)进行模拟分析,结果表明:颗粒停留时间与喷嘴的数目和夹角无显著关系,随喷嘴距气化炉底部的距离的增大而增大;出口处CO的质量分数会随气化炉喷嘴数目的增加而减少,会随喷嘴夹角的增大而增加,随喷嘴距气化炉底部的距离的增大有略微的减少;炉内加权平均温度随喷嘴数目的增加而升高,但随喷嘴夹角的增大而减小;高径比为5:1时,其炉内平均温度、CO质量分数和停留时间均最大。对小型气化炉的工况参数(煤粉粒径、入射速度、氧煤比和壁面温度)进行模拟分析,结果表明:颗粒停留时间随入射速度的增大而增大,与氧煤比无显著关系,煤粉粒径为50-120μm时煤粉停留时间最大,壁面温度小于1500 K时以下,停留时间为5.5 s,而大于1500 K时,减小至3 s;出口CO质量分数与入射速度无显著关系,随氧煤比的增大而减小,随壁面温度的升高而增大,煤粉粒径小于20μm时出口CO质量分数最大;煤粉粒径为50-120μm时炉内平均温度最大,速度为13m/s时的炉内平均温度最大,炉内平均温度随壁面温度的升高而增升高,随氧煤比的增大而升高。根据煤气化过程对汞脱除的影响,给出了有利于脱汞的气化炉参数(直径300 mm,高1640 mm,2个喷嘴,夹角60°,距离气化炉底部400 mm)和工况(煤粉粒径为120-150μm,入射速度为8 m/s,氧煤比为0.8,壁面温度1500 K)。
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