复合气氛下低阶煤气化特性及工业应用

气化是大规模清洁利用低阶煤的高效技术，氧化和水蒸气气化是气化过程最重要的两个反应，多数研究者将它们分别独立研究，但实际气化过程要复杂很多，二者之间存在协同作用。本书基于作者的研究成果，主要介绍H2O/O2/CO2复合气氛下协同作用的宏观特征、作用方向、作用机理、发生规律、影响因素（温度、压力、气化剂浓度、反应器类型、挥发分半焦作用），以及协同作用对气化动力学、反应器建模和操作条件优化的影响，同时介绍了利用该研究成果进行的中间试验和工业试验。 本书可作为煤化工领域从事反应器开发、工艺优化、设计与生产管理的工程技术人员的参考书，也可作为高等学校和研究院所研究生的教学用书和参考书。

程相龙，工学博士，河南城建学院副教授，硕士生导师。长期从事煤炭高效清洁转化及下游高附加值产品开发的研究。近年来，以第 一作者发表SCI/EI论文9篇（1篇入选领跑者5000—中国精品科技期刊顶 尖学术论文），以第 一发明人获授权发明专利7项。主持及参与国家科技支撑计划项目、河南省科技攻关项目、河南省重点研发项目、平顶山市重大科技攻关项目等项目。工程实践方面，从事煤化工现场管理和研发工作7年，撰写河南省重点工程项目可研报告和国家科技支撑项目工艺设计包各1项。获河南省科技进步奖一项。

第一章低阶煤的资源特点与常见加工利用方式001～019 第一节我国低阶煤资源特点001 一、我国低阶煤赋存分布001 二、我国低阶煤的煤质特点002 三、开发低阶煤利用技术的重要意义003 第二节低阶煤常见加工利用方式004 一、用作燃料004 二、干燥提质005 三、热解（干馏）提质006 四、低阶煤气化007 五、褐煤成型007 六、直接液化008 七、溶剂抽提008 八、无灰煤技术009 九、热溶催化转化工艺009 十、制备吸附剂009 十一、制备水煤浆010 第三节低阶煤大规模开发利用的影响因素010 一、国家政策011 二、水资源012 三、煤气化技术013 四、单位能耗014 五、其他015 第四节本章小结016 参考文献016 第二章低阶煤气化技术特点及工业化进程020～033 第一节低阶煤用作气化原料的优势020 第二节低阶煤气化技术的分类与特点022 一、固定床气化023 二、流化床气化023 三、气流床气化023 第三节低阶煤气化技术工业化进程024 一、低阶煤气化技术工业化开发概况024 二、中国科学院灰熔聚气化技术026 三、U-gas气化技术028 第四节低阶煤气化技术的前景分析030 一、较高的能量利用效率030 二、巨大应用市场031 第五节本章小结032 参考文献033 第三章低阶煤气化过程的影响因素034～043 第一节H2O/O2反应气氛034 第二节气化温度036 第三节气化压力037 第四节挥发分-半焦相互作用038 第五节其他因素039 第六节本章小结040 参考文献041 第四章低阶煤气化过程中H2O/O2协同作用宏观特征044～058 第一节气化过程及褐煤转化率增幅044 一、原料特性044 二、气化过程046 三、褐煤转化率及其增幅047 第二节氧化反应对水蒸气气化反应协同作用宏观特征048 一、氧化反应对水蒸气气化反应协同作用的发现及方向分析048 二、氧化反应对水蒸气气化反应协同作用的进一步验证050 第三节氧化反应对水蒸气气化反应协同作用的宏观动力学特征052 一、气流床中水蒸气气化反应宏观动力学052 二、流化床中水蒸气气化反应宏观动力学054 第四节本章小结058 参考文献058 第五章低阶煤气化过程中H2O/O2协同作用机制059～073 第一节氧化反应对水蒸气气化半焦物理结构的影响059 一、气化半焦物理结构的表征测试条件059 二、添加氧气前后气化半焦物理结构的变化060 第二节氧化反应对水蒸气气化半焦官能团的影响063 一、不同气氛下半焦的傅里叶红外光谱063 二、不同气氛下半焦的拉曼分析064 三、不同气氛下半焦的窄谱扫描XPS-O1s谱图066 第三节氧化反应对水蒸气气化反应机理的影响068 一、氧交换机理和水蒸气解离吸附机理的一致性068 二、协同作用下的氧交换机理和水蒸气解离吸附机理069 第四节本章小结071 参考文献072 第六章低阶煤气化过程中H2O/O2协同作用的规律074～094 第一节反应器类型对促进作用的影响及分析074 一、不同反应器中添加氧气前后胜利褐煤转化率的变化074 二、不同反应器中水蒸气传质速率分析078 三、不同反应器中水蒸气气化反应动力学分析080 四、挥发分-半焦相互作用分析085 第二节气化温度对促进作用的影响及分析086 第三节水蒸气浓度对促进作用的影响及分析087 第四节氧气浓度对促进作用的影响及分析090 第五节本章小结091 参考文献092 第七章低阶煤流化床气化动力学及反应器模型095～136 第一节低阶煤气化动力学095 一、均相模型095 二、未反应收缩核模型096 三、混合模型097 四、随机孔模型098 五、气化机理模型100 六、分布活化能模型102 七、幂函数模型102 八、半经验模型103 第二节低阶煤气化反应器模型103 一、夹带流反应器103 二、流化床反应器107 三、流化床-固定床反应器113 四、常压/加压热重分析仪117 五、丝网反应器121 六、其他反应器122 第三节本章小结125 参考文献129 第八章H2O/O2协同作用下低阶煤气化过程建模分析137～181 第一节低阶煤气化反应器建模影响因素分析138 一、煤灰熔融结渣性及其对气化温度的影响138 二、气固相流动特点140 三、反应区域划分及各区域动力学分析141 四、热量传递模型与能量衡算145 第二节低阶煤气化反应器建模过程分析146 一、协同作用影响下的气固相反应模型146 二、协同作用影响下的气固相流动模型148 三、协同作用影响下的反应分区及各区动力学149 四、褐煤转化率及煤气组成的计算151 第三节模型的求解152 一、模型中未知参数的求解152 二、分区域模型求解154 第四节模型的应用155 一、胜利褐煤熔融结渣性预测及适宜气化温度的确定155 二、模型预测值与实验结果的对比156 三、模型对不同气氛下褐煤气化的预测159 四、模型对不同停留时间下褐煤气化的预测164 五、模型对不同粒径褐煤气化的结果预测168 六、模型中参数的敏感性分析170 第五节本章小结175 参考文献175 第九章低阶煤流化床气化中试过程分析182～201 第一节低阶煤流化床气化炉温炉压波动研究182 一、中试气化原料和工艺182 二、炉温波动分析184 三、炉压波动分析188 四、煤灰中碳含量分析190 第二节气化剂量对流化床工业气化过程炉温炉压的影响191 一、水蒸气量对炉温的影响191 二、氧气量对炉温的影响192 三、水蒸气量和氧气量对炉压的影响194 第三节流化床工业气化试验工艺计算过程分析195 一、工艺计算界区195 二、物料衡算196 三、热量衡算197 四、工艺过程技术经济指标计算198 第四节本章小结199 参考文献200 第十章低阶煤流化床气化工业试验202～220 第一节低阶煤熔融特性及适宜气化温度的确定202 一、化学组成对煤灰熔融温度的影响202 二、SiO2-Al2O3型矿物对煤灰熔融温度的影响206 三、预测煤灰熔融温度的新方法及其对低阶煤的预测210 第二节工业试验过程及氧气量和加煤量变化分析211 第三节工业试验中炉温稳定性分析213 第四节工业试验中炉压稳定性分析215 第五节工业试验灰渣残碳和煤气成分分析217 第六节本章小结217 参考文献218