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化学渗透脱挥发分模型在碳基固体原料热化学转化领域应用进展 被引量:2
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作者 郭伟 杨盼曦 +6 位作者 俞尊义 高琨 王晶 张杰 党敏辉 杨伯伦 吴志强 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期65-85,共21页
化学渗透脱挥发分模型(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)用于快速升温条件下煤炭脱挥发分的模拟,可以预测不同煤种热解过程中焦油、半焦和轻质气体的实时产率。模型基于晶格模型构建煤炭化学结构,具有煤种适用性广、输入参... 化学渗透脱挥发分模型(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)用于快速升温条件下煤炭脱挥发分的模拟,可以预测不同煤种热解过程中焦油、半焦和轻质气体的实时产率。模型基于晶格模型构建煤炭化学结构,具有煤种适用性广、输入参数少的特点,得到广泛关注。首先介绍了CPD模型的发展历程、煤炭模型构建方法和热解反应路径假设与动力学参数计算等,进而综述了CPD模型在煤炭、油页岩和生物质等碳基固体原料热化学转化领域的应用进展。为提高CPD模型在煤炭热转化领域的准确性和适用性,我国学者根据中国煤种结构分析建立了更准确的晶格参数计算方法。通过改进CPD模型中热解反应路径并修正动力学参数使模型更接近真实热解过程,通过对煤颗粒内部温度梯度分布修正及算法改进使得模拟更接近实际热解工况。在油页岩热转化方面,相关学者从油页岩中干酪根化学结构出发,结合油页岩热解特性建立了用于描述其热转化的CPD模型。通过分析生物质的结构特点和反应特性建立了生物质CPD模型,并从化学结构、热解反应路径以及动力学参数等方面进行改进来扩展模型的适用性。CPD模型虽然已得到了广泛应用,但根据煤炭元素分析和工业分析获得拟合参数适用的煤种范围较窄,准确性有待提高,需要进一步通过化学结构表征的方法建立更准确的碳基固体原料结构模型。CPD模型对热解反应过程进行了较大简化,需要根据实际热解反应路径进行修正,包括考虑煤炭热解过程中的二次反应、焦油之间的偶联、反应中自由基变化等问题。现有的CPD模型未考虑煤炭地下热转化过程的应力作用,需要从力-热耦合等复杂反应条件出发进行改进以提高模型的适用性。 展开更多
关键词 化学渗透脱挥发分模型 煤热解 油页岩 生物质 工程热化学
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油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分模型 被引量:6
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作者 王擎 王浩添 +3 位作者 贾春霞 王锐 任立国 闫宇赫 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第20期3295-3301,共7页
采用核磁共振碳谱(nuclear magnetic resonance spectra,1 3C-N M R)以及综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(thermogravimetric-Fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)等手段,通过热解实验研究油页岩化学结构特性,建立适用... 采用核磁共振碳谱(nuclear magnetic resonance spectra,1 3C-N M R)以及综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(thermogravimetric-Fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)等手段,通过热解实验研究油页岩化学结构特性,建立适用于油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(chemical percolation for devolatilization,CPD)模型。该文通过13C-NMR对油页岩化学结构进行研究,得到CPD模型的4个输入参数。核磁共振分析表明,区别于煤的化学结构,芳碳含量在油页岩化学结构中所占比例相对较低,窑街样品中芳碳含量为50%,而在兴安盟样品中的含量仅为35%。利用TG-FTIR等手段通过C-R法求得桥键断裂的动力学参数,以窑街和兴安盟油页岩为样品,预测其在加热速率为50℃/min条件下的挥发分曲线。通过后验差法检验模型的预测误差,结果表明预测精度较高,验证了模型预测的合理性。 展开更多
关键词 油页岩 核磁共振 热解 化学结构 化学渗透挥发
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神府低阶煤热解脱挥发分行为预测及热解机理研究 被引量:7
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作者 雷甲玺 江国栋 +1 位作者 魏利平 李冬 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1-12,共12页
煤热解反应过程发生复杂的物理和化学变化,仅凭实验方法难以深入理解其热解反应机理和产物释放规律。以陕北神府矿区不同煤层的三种低阶煤为原料,结合元素分析、13C-NMR波谱分析和吡啶抽提实验,使用FLASHCHAIN竞争协调模型模拟预测不同... 煤热解反应过程发生复杂的物理和化学变化,仅凭实验方法难以深入理解其热解反应机理和产物释放规律。以陕北神府矿区不同煤层的三种低阶煤为原料,结合元素分析、13C-NMR波谱分析和吡啶抽提实验,使用FLASHCHAIN竞争协调模型模拟预测不同煤种快速热解的脱挥发分规律,并与升温速率50 K/min,终温1200 K的热解实验进行对比,验证该模型在不同热解条件、对不同煤种的适用性,研究了热解过程中的反应机理和不同结构的变化规律。结果表明:FLASHCHAIN竞争协调模型可以较好地模拟分析低阶煤的快速热解机理。不稳定桥键作为反应的核心,通过其断裂和自发冷凝控制热解产物的释放,并且温度在950 K时不稳定桥键反应速率最大;各碎片在不稳定桥键的作用下控制焦油的逸出,碎片末端的外围基团自发脱除产生非冷凝气体,主要集中在732 K~1050 K进行,而且不受碎片类型的影响;焦油分子的分布受聚合度和温度的影响,轻质焦油分子优先逸出,温度升高导致重质焦油分子的积累。 展开更多
关键词 热解 核磁共振 挥发 预测 FLASHCHAIN模型
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油页岩化学结构CPD模型的改进 被引量:3
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作者 王擎 王平 +3 位作者 柏静儒 贾春霞 王一帆 杨乾坤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期621-627,共7页
基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研... 基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研究,利用非线性最小二乘法求解轻质气体各组分的动力学参数,预测出其在加热速率为20℃/min的条件下的轻质气体各组分的析出过程。用CPD模型与改进后CPD模型模拟出20℃/min窑街油页岩的热解过程,对比其实际热解过程分析模型的可行性与合理性,再用后验差检验法分析结果的误差。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要分为3个阶段,300-600℃为主要热解阶段,3个阶段的失重率约为5%、16%、6%;各轻质气体析出的活化能E分布在188~249k J/mol之间,而指前因子A在109~1013s-1之间;改进后CPD模型的预测值与实验值相对误差较小,契合度较高,说明改进后CPD模型能够较精确对油页岩热解过程进行预测与模拟。 展开更多
关键词 油页岩 热解 化学渗透挥发 动力学参数 TG-FTIR
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煤粉火焰中碳烟生成及其辐射换热:模型开发与FLUENT实现 被引量:7
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作者 许开龙 吴玉新 +1 位作者 申浩树 张海 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第20期5961-5969,共9页
利用软件提供的用户自定义标量(user defined scalar,UDS),并使用户自定义函数(user defined function,UDF)接口和用户自定义变量(user defined memory,UDM),将碳烟生成模型、碳烟辐射模型和挥发分析出模型嵌入商业计算流体力学(computa... 利用软件提供的用户自定义标量(user defined scalar,UDS),并使用户自定义函数(user defined function,UDF)接口和用户自定义变量(user defined memory,UDM),将碳烟生成模型、碳烟辐射模型和挥发分析出模型嵌入商业计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)平台FLUENT中,并通过案例研究验证了开发程序在计算中尤其是大规模并行计算中的正确调用问题。结果表明,该文开发程序可应用于煤粉火焰中碳烟分布预测及其辐射传热影响分析,适用于二维或三维模型,满足常见CFD计算需求。模型预测结果及其与实验数据对比结果表明程序能较好地预测煤粉火焰中碳烟的分布,且碳烟辐射明显降低了火焰温度。该文开发的碳烟程序拓展了FLUENT性能,并使其能更好地预测煤粉火焰中的温度分布、传热量及污染物排放。 展开更多
关键词 煤粉燃烧 碳烟 辐射换热 自定义函数 化学渗透脱挥发分模型
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高黏聚合物扩散脱挥与动态设备研究进展 被引量:2
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作者 王超 《石油化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1320-1330,共11页
综述了高黏聚合物扩散脱挥的传质理论及模型,介绍了近年来的高黏聚合物动态脱挥设备,并提出了高黏聚合物脱挥理论研究及设备工程化的发展方向;基于实验数据和影响脱挥结果的各类因素,建立普适化的聚合物脱挥模型;在提升设备的流体力学... 综述了高黏聚合物扩散脱挥的传质理论及模型,介绍了近年来的高黏聚合物动态脱挥设备,并提出了高黏聚合物脱挥理论研究及设备工程化的发展方向;基于实验数据和影响脱挥结果的各类因素,建立普适化的聚合物脱挥模型;在提升设备的流体力学性能、增大气液两相的接触面积、加快表面更新速率的同时,需考虑工艺流程、设备结构和操作条件对过程能耗、产品性能的影响。 展开更多
关键词 高黏聚合物 扩散 挥发 传质模型 动态挥设备
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煤粉高温快速裂解过程的颗粒内部传递行为 被引量:2
7
作者 双玥 吴昌宁 +1 位作者 颜彬航 程易 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期3072-3079,共8页
热等离子体裂解煤制乙炔为超高温毫秒级反应过程,煤粉升温及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率和经济性。建立了描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,综合考虑了颗粒自身导热阻力及挥发分逸出煤粉所伴生的热阻效应。模型预... 热等离子体裂解煤制乙炔为超高温毫秒级反应过程,煤粉升温及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率和经济性。建立了描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,综合考虑了颗粒自身导热阻力及挥发分逸出煤粉所伴生的热阻效应。模型预测表明颗粒内部传热阻力显著影响煤粉的热裂解过程,与忽略颗粒内部传热阻力相比,脱挥发分时间减慢30%~40%,且颗粒粒径增大该影响越加明显;提高供热流体温度可加速、加强煤裂解反应深度。针对毫秒级煤裂解过程,大于100μm的煤粉或者低于2000K的热流体温度均难于实现满意的脱挥发分行为,所得结果为反应器的设计和操作提供了重要的指导。 展开更多
关键词 煤裂解 乙炔 传热模型 挥发 超高温
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水煤浆制备与燃烧技术
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作者 张荣曾 胡坤模 《煤炭科学技术》 CAS 1988年第11期11-15,63-64,共7页
本文介绍了我国水煤浆制备与燃烧技术的现状和进行工业性试验的情况。文中着重介绍制浆用煤的选择与脱灰,级配技术,化学添加剂的配方,磨制工艺,水煤浆的燃烧技术等。
关键词 水煤浆燃烧 煤炭成浆性 浆浓度 化学添加剂 工业性试验 燃烧过程 燃烧器 选煤厂 挥发含量
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热解半焦颗粒携带流中着火特性的数值模拟 被引量:1
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作者 袁梦帆 孙锐 +1 位作者 齐洪亮 李昱澎 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期591-598,共8页
采用实测法获得了适用于热解半焦的单方程热解动力学参数:E=230 kJ/mol,k_(0)=4×10^(11)s^(-1),并建立了携带流条件下热解半焦颗粒的瞬态着火模型,研究了氧体积分数和环境温度对热解半焦颗粒着火特性的影响.结果表明:提高氧体积分... 采用实测法获得了适用于热解半焦的单方程热解动力学参数:E=230 kJ/mol,k_(0)=4×10^(11)s^(-1),并建立了携带流条件下热解半焦颗粒的瞬态着火模型,研究了氧体积分数和环境温度对热解半焦颗粒着火特性的影响.结果表明:提高氧体积分数和环境温度可使热解半焦的着火提前;随氧体积分数增加,着火模式由均相着火向联合着火模式转变;在环境温度为1600~1800K范围内,5%~15%氧体积分数下为均相着火模式,20%~30%氧体积分数下为联合着火模式;同一氧体积分数下,环境温度由1600K增加到1800K时不改变着火模式. 展开更多
关键词 热解半焦 高温携带流 挥发模型 瞬态着火模型 数值计算
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