兰炭化学链气化工艺系统自热运行参数分析及优化

关昱; 宋虎潮; 林啸龙; 王博; 刘银河

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (8) : 158 -167.

关昱, 宋虎潮, 林啸龙, 王博, 刘银河

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摘要

为实现兰炭高效清洁利用，提出了一种自热式兰炭化学链气化制合成气工艺系统。基于吉布斯自由能最小化原理及能量和质量守恒定律，建立了处理能力为2 000 t·d^-1的兰炭化学链气化模型，并通过实验数据验证了模型的准确性。研究了气化反应器温度、空气反应器温度和水碳摩尔比等因素对系性能的影响，确定了兰炭化学链反应系统的最佳自热运行条件，并与常规兰炭气化的热效率进行了对比。研究结果表明，当兰炭的给料量为83.33 t·h^-1时，兰炭化学链气化系统的最佳自热运行条件如下：水蒸气流量为108.99 t·h^-1,兰炭燃料气化反应器温度为900℃,空气反应器温度为1 000℃,空气流量为247.25 t·h^-1,载氧体CaSO₄/Fe₂O₃与兰炭给料量的质量比为1.92,载热体Al₂O₃与载氧体CaSO₄/Fe₂O₃的质量比为16.29。此时，合成气的质量流量为80.13 t·h^-1,合成气的产率为1 700 cm³·kg^-1。整体上，兰炭化学链气化系统的热效率为83.81%,高于常规兰炭气化系统的热效率80.51%,主要归因于其省去了空分制氧过程，表现出显著的性能优势和发展潜力。研究结果可为兰炭化学链气化的工业应用提供一定的参考。