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酒精发酵废液与煤成浆共气化特性研究

作　者: 邵守言
导　师: 王辅臣
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 酒精发酵废液废液煤浆成浆性气流床气化磷元素
分类号: TQ546
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

发酵法生产酒精会产生大量的酒精废液,直接排放将产生严重的环境污染,其已成为制约酒精工业可持续发展的瓶颈。基于酒精发酵废液的特点和现有处理方法的不足,结合作者企业建有水煤浆气化装置的实际,借鉴较成熟的水煤浆气流床气化技术,提出将酒精废液和煤混合制浆共气化的工艺思想。论文通过对酒精发酵废液与煤的成浆特性、废液煤浆浆滴的雾化性能、废液煤浆的气化特性及磷在气化系统内的分布规律的研究,以及根据气化结果所做的经济和环境效益分析,得主要研究结果如下：1.研究了粗细颗粒比、分散剂种类和用量一定时,5种煤样和酒精发酵废液的成浆性,结果表明：玉米和木薯酒精发酵废液煤浆均表现出剪切变稀或假塑性流体的特征,且煤浆固含率越高,浆体的剪切变稀行为或假塑性行为越明显；制浆其他条件相同时,用酒精发酵废液全部或部分代替去离子水制浆,所得合格废液煤浆的固含率均低于水煤浆,并且酒精发酵废液高的粘度和低的pH值使废液煤浆的稳定性变差；用玉米及木薯酒精发酵废液制水煤浆在工业应用上是可行的。2.利用高速摄像仪,研究了水煤浆和不同废液煤浆浆滴在高速气流中的运动、变形与破裂情况及其规律,结果表明：当水煤浆和酒精发酵废液煤浆具有较低粘度和较好流动性时,从雾化性能考虑,废液煤浆在破裂时间和破裂粒径两方面都表现出比水煤浆更好的雾化效果。酒精发酵废液煤浆浆滴的破裂模式均可分为拉伸破裂和剪切破裂两种,且与水煤浆相比,废液煤浆更易发生拉伸和剪切破裂模式。在拉伸破裂模式下,玉米和木薯粗馏塔后发酵废液煤浆的破裂时间较短,总特征时间在2.0～4.0左右；在剪切破裂模式下,玉米一次厌氧后和木薯粗馏塔后废液煤浆的破裂时间较短,总特征时间在1.5～2左右。木薯粗馏塔后发酵废液煤浆浆滴在较低的We数下即能破裂,破裂临界气速较低；且在60 m/s和90m/s喷嘴出口气速下,其浆滴破裂平均粒径SMD较小。说明该煤浆易于工业雾化,工业应用价值较高。3.借助内窥式工业电视、高温热偶、质谱仪等在四喷嘴对置式气化炉小型热模实验平台上,研究了废液煤浆气化撞击火焰稳定性、气化温度分布、各气体浓度分布等,结果发现：在给定的实验条件下,各废液煤浆均能顺利气化,撞击火焰形状和稳定性无明显区别；撞击火焰集中在气化炉的中心区域；相对于两喷嘴撞击,四喷嘴撞击火焰更加集中,也更加稳定；气化撞击火焰的稳定性主要与煤质特性有关,短时间内,各废液煤浆自身特点对气化的影响不明显。4.采用Aspen Plus过程模拟软件对水煤浆和酒精发酵废液煤浆的气化过程进行了模拟,并据此对酒精发酵废液与煤成浆共气化的经济和环境效益进行了分析评价,结果表明,随着成浆时酒精发酵废液掺入比例的增加,合成气中CO的含量略降低、H2和CO2的含量均略增大,有效气含量略降低,比氧耗略增大、比煤耗降低；与日处理2000吨煤(干基)的水煤浆气化相比,在产生等量有效气的情况下,玉米和木薯发酵废液煤浆气化,每年可分别节煤0.20万吨和0.08万吨,节水2.15万吨和3.47万吨,减排CO20.56万吨和0.23万吨。5.对木薯发酵废液与煤混合制浆后气化系统内磷的分布规律研究表明,进入气化炉的磷主要转化为PH3,其他磷的化合物的量非常少；气化炉生成的PH3主要存在于废水中排出气化装置,出水洗塔合成气中几乎不含PH3。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-15
  1.1 研究背景及意义  12-14
  1.2 研究内容  14
  1.3 研究创新点  14-15
第2章文献综述  15-33
  2.1 水煤浆技术简介  15-16
  2.2 煤成浆特性的影响因素  16-22
    2.2.1 煤质特性对成浆性的影响  16-19
    2.2.2 粒度分布对成浆性的影响  19-20
    2.2.3 添加剂对成浆性的影响  20-22
  2.3 水煤浆的浆滴雾化过程  22-27
    2.3.1 初次破裂过程  23
    2.3.2 二次破裂过程  23-25
    2.3.3 雾化过程中的液滴尺寸  25-27
    2.3.4 破裂时间  27
  2.4 煤浆气化过程中N、P微量元素的迁移  27-33
    2.4.1 N元素的迁移  27-31
    2.4.2 P元素的迁移  31-33
第3章煤与酒精发酵废液的成浆性能研究  33-56
  3.1 实验部分  33-36
    3.1.1 实验原料  33-34
    3.1.2 煤浆制备及成浆性能测定方法  34-36
  3.2 结果与分析  36-55
    3.2.1 DLT煤与各废液的成浆性  36-39
    3.2.2 SGT煤与各废液的成浆性  39-41
    3.2.3 SF煤样与各酒精发酵废液的成浆性  41-44
    3.2.4 BT煤样与各酒精发酵废液的成浆性  44-47
    3.2.5 SH煤样与各酒精发酵废液的成浆性  47-55
  3.3 本章小结  55-56
第4章酒精发酵废液煤浆浆滴雾化性能研究  56-67
  4.1 实验方法和内容  56-59
    4.1.1 实验流程与实验装置  56-57
    4.1.2 实验条件  57-59
  4.2 结果与讨论  59-66
    4.2.1 低气速下浆滴的变形  59
    4.2.2 不同煤浆浆滴的破裂模式  59-62
    4.2.3 破裂时间  62-65
    4.2.4 破裂后平均粒径  65-66
  4.3 本章小结  66-67
第5章酒精发酵废液煤浆气化热模试验研究  67-75
  5.1 实验方法和内容  67-71
    5.1.1 实验流程及装置  67-70
    5.1.2 实验条件  70-71
  5.2 实验结果与分析  71-73
    5.2.1 不同酒精发酵废液煤浆气化时撞击火焰的稳定性  71
    5.2.2 不同废液煤浆气化时的气化反应温度  71-72
    5.2.3 不同废液煤浆气化时气化炉内气体浓度分布  72-73
  5.3 本章小结  73-75
第6章酒精发酵废液煤浆气化过程模拟研究  75-82
  6.1 煤浆气流床气化过程模型  75-76
  6.2 发酵废液不同掺入比例对煤浆气化结果的影响  76-79
    6.2.1 不同废液掺入比例对气化合成气组成的影响  76-78
    6.2.2 不同废液掺入比例对比氧耗、比煤耗的影响  78-79
  6.3 酒精发酵废液煤浆气化的经济和环境效益  79-81
  6.4 本章小结  81-82
第7章酒精发酵废液煤浆中的磷元素在气化工艺过程中的分布研究  82-91
  7.1 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺系统建模  82-86
    7.1.1 工艺流程简图及描述  82-83
    7.1.2 水煤浆气流床气化系统组分  83-84
    7.1.3 多喷嘴对置式水煤浆气化系统数学模型及热力学模型  84-86
  7.2 模拟基础  86-87
    7.2.1 气化原料分析  86-87
    7.2.2 气化炉主要操作参数  87
    7.2.3 入气化装置变换冷凝液  87
  7.3 多喷嘴对置式水煤浆气化装置内磷的分布模拟  87-90
    7.3.1 气流床气化炉内磷的迁移转化  87-89
    7.3.3 气体洗涤和渣水处理系统中磷的分布模拟  89-90
  7.4 本章小结  90-91
第8章结论  91-93
参考文献  93-103
致谢  103-104
博士在读期间发表论文及申请专利  104

酒精发酵废液与煤成浆共气化特性研究

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