同向多轴水煤浆气化数值模拟研究

为弥补现有水煤浆气流床气化技术的不足,研发了一种同向多轴煤气化装置,采用Aspen Plus建立了同向多轴水煤浆气化数值模拟模型,分析了水煤浆浓度、氧煤比和碳转化率对煤气化效果的影响。结果表明,随着氧煤比的增加,H_2、CO、有效气含量均先增大后降低,气化温度逐渐升高,最佳氧煤比为0.61,此时有效气含量最大。随碳转化率的升高,CO和H_2含量均增大,气化温度逐渐降低,对于气化炉而言,提高碳转化率可增加有效气含量。水煤浆浓度分别为60%、62%和65%时,有效气(干基)含量分别为81.3%、82.5%和84.2%,水煤浆浓度每提高1%,有效气含量增加约0.6%。     

基于Aspen Plus的循环流化床工业气化炉模拟

循环流化床煤气化炉在工业应用过程中,由于试验煤种及操作条件的多样性,通过试验法优化操作过程所需周期较长、成本较大。因此以大量工程数据为边界条件,基于Gibbs自由能最小化原理,利用Aspen Plus对气化过程进行模拟,通过灵敏度分析,研究了单因素氧煤比、蒸汽煤比、气化压力、空气/蒸汽预热温度变化对气化指标的影响;并运用正交实验,研究了以上4种因素共同作用的结果。研究结果表明:氧煤比增加使有效气(CO+H_2)含量、冷煤气效率先增加再减小,并在0.45~0.50kg/kg时取得最大值;蒸汽煤比增加使煤气热值和气化温度减小,对有效气含量基本没有影响;气化压力增加使煤气热值和气化温度增加;空气/蒸汽预热温度增加使气化温度、有效气含量、冷煤气效率增加,煤气热值减小。通过正交实验综合分析,氧煤比和空气/蒸汽预热温度对气化指标的影响较为显著,两者对气化指标的影响趋势基本一致;蒸汽煤比主要影响煤气热值,而气化压力主要影响比氧耗,对其他指标影响较小。     

基于PRO/Ⅱ的煤气化工艺模拟与分析

利用PRO/Ⅱ化工模拟软件,对水煤浆气化和粉煤气化过程进行模拟,并将模拟计算值与实际运行值进行比较,误差小于2%,模型基本可靠。考察了氧煤比、煤浆浓度以及不同载气对气化反应的影响。结果表明:在合理的气化温度区间内,低氧煤比有利于获得较高的有效气产量和冷煤气效率;在有效气产量相等条件下,全焦工况的氧煤比最大,掺焦次之,全煤工况最小;煤浆浓度的增加,有助于提高合成气中有效气组成以及产量;在气化温度一定的条件下,氧煤比随着煤浆浓度的增加而降低,煤浆浓度每提高1%,氧煤比下降1%,有效气产量增加1%;CO_2作为载气可以提高合成气中CO含量以及有效气产量;粉煤气化的冷煤气效率高于水煤浆气化,可以达到80%以上。     

粉煤气化工艺过程的模拟研究

借助Aspen Plus模拟软件,对粉煤加压气流床气化工艺进行研究。采用工业数据,对计算模型进行验证,发现计算结果与实际生产运行数据基本吻合,有效合成气最大相对误差不大于3%。研究表明,氧煤比和蒸汽煤比对气化性能的影响较大,随着蒸汽煤比的增加,有效气成分降低;随着氧煤比的增加,有效气含量存在最大值,同时冷煤气效率也存在最佳值。此外,气化温度随氧煤比的增加而增加,随蒸汽煤比的增加而降低。     

气流床粉煤气化性能模拟分析

基于Aspen Plus工作平台,运用Gibbs自由能最小化原理,对气流床粉煤气化过程进行了数值模拟,并对流程算法进行了改进。研究了氧煤比、蒸气煤比、压力及粉煤粒径对气化炉出口气体组成、温度、冷煤气效率、碳转化率及有效气产率的影响。结果表明：模拟值和实验值有良好的相似性;氧煤比对气化进程的影响较蒸汽煤比及其它操作条件更为显著;并确定了模拟煤种的最佳氧煤比是0．70～0．80kg／kg,气化炉出口CO＋H2的最大干基体积分数为96．48％,冷煤气效率最高为83．56％,最大有效气产率为1．74m^3／kg;氧煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度升高约40℃,而蒸汽煤比每升高0．1kg／kg,气化炉出口温度降低约8℃。     

首套GSP干煤粉气化的模拟与分析

为研究GSP干煤粉气化反应特点,以Aspen Plus模拟软件为工具,选择Gibbs自由能最小化建立气化炉模型。通过模拟GSP干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比及不同输送载体对气化过程的影响,结果表明:压力增加可使粗煤气中甲烷含量增加;氧煤比和蒸汽煤比影响着气化温度和有效气组成;输送载体切换为二氧化碳后可使有效气增加2%。该模拟计算对于GSP干煤粉气化工业操作有一定借鉴意义。     

黏结性碎煤射流预氧化破黏与流化

具有黏结性(黏结性指数10~30)并高灰的劣质煤,如洗中煤难于适应于现有气化技术,但焦化等行业对这些煤的气化高价值利用具有极大的需求。中国科学院过程工程研究所提出了黏结性煤射流预氧化流化床气化技术,采用含氧气体向流化床气化炉稀相区喷射供料,有效破除煤的黏结性,同时强化气固接触和气化反应,实现对黏结性劣质煤的高效转化。采用小型射流预氧化流化床反应器,研究了黏结性指数为20的一种煤通过射流预氧化的破黏与实现流化的效果。分别考察了射流气过量空气系数(ER)和氧浓度(2OC)、加热炉设定温度(T)对预氧化破黏及煤颗粒流化的影响效果,分析了反应器内射流区的温度分布与生成气组成随时间的变化规律,并对预氧化后的半焦进行了电镜观测和气化反应活性测试及傅里叶红外分析。结果表明,在流化床中通过射流预氧化有效破黏、实现黏结性煤颗粒流化的工艺条件为:T950℃,2OC=21%,ER0.1。在有效破黏的条件下射流区内的温度变化平稳,生成气中H2与CO含量较低,波动较小,而结焦条件下射流区内温度逐渐下降,生成气中H2与CO含量增加。经历结焦的半焦表面生成了黏结性物质,而经过预氧化成功破黏后的半焦其表面大部分官能团消失。     

基于Aspen plus研究气化参数对新疆阜康干粉煤加压气化过程的影响

借助Aspen Plus模拟软件,应用Gibbs自由能最小化方法建立新疆阜康干粉煤加压气化模型。研究了气化参数氧煤比、蒸汽煤比和二氧化碳煤比对气化性能的影响。氧煤比增加有效气(CO+H_2)含量存在最大值;蒸汽煤比的增加,合成气中有效气(CO+H_2)和CO含量减少,CO_2和H_2含量增加。二氧化碳煤比对合成气组成影响不大。     

水煤浆加压气化制合成气工艺研究

本文叙述了水煤浆加压气化中试的概况,列出了陕西铜川长焰煤的试验结果。现已达到的工艺指标是:CO+H_2含量约为76％;CH_4含量小于0.5％;碳转化率为90～95％;冷煤气效率为66％;比氧耗400～450Nm~3/1000Nm~3(CO+H_2),比煤耗700～750kg/1000Nm~3(CO+H_2)。文中结合气化工艺条件试验数据,讨论了影响气化效率的诸因素。实验表明水煤浆浓度、氧煤比、加料速率及煤粉粒度等是主要参数,其中以煤浆浓度和氧煤比的影响较大。为此,要在现有基础上进一步寻求提高水煤浆浓度的途径,找出最适宜的氧煤比,以便提高各项气化工艺指标,陕西铜川长焰煤在现有装置中运行时,较适宜的工艺条件是:水煤浆浓度60～61wt％;加煤速率1.2t/h;氧煤比约为1.0kg/kg;气化压力26kg/cm~2(绝压)气化温度约为1400℃。中试运行的结果表明,该装置的工艺流程及主要设备基本可行,但喷嘴结构、耐火材料、测控仪表、渣水及灰水处理和分析测试手段等尚须进一步完善,这样才能真正担起国内煤种试烧任务,成为一套名符其实的煤种评价装置。     

基于Aspen Plus的Shell气流床工业气化炉模拟

基于Aspen Plus软件的Gibbs自由能最小化法,本文建立了煤粉在Shell气流床中的气化模型。该模型预测气化温度和煤气组成,与文献试验结果吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块研究了氧煤比、氧气体积分数和氧气预热温度对气化结果的影响,并进行了正交模拟计算,研究了以上3种因素共同作用的结果。结果表明：氧煤比增加使碳转化率升高,冷煤气效率先升高后降低,并在氧煤比为0.9kg/kg时取得最大值77.72%;氧气体积分数增加使煤气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气体积分数为50%时,冷煤气效率可达82.6%;氧气预热温度增加使碳转化率、冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气预热温度为600℃时,冷煤气效率可达82%。通过正交模拟计算综合分析,氧煤比对冷煤气效率和碳转化率的影响作用占首位,氧气体积分数对煤气热值、有效气体积分数、煤气产率的影响作用占首位,氧气预热温度对煤气化指标影响较小。在实验范围内,当氧煤比0.8kg/kg、氧气体积分数100%、氧气预热温度300℃时的煤气热值达到最大值3011kcal/m³;当氧煤比为0.8kg/kg、氧气体积分数60%~100%、氧气预热温度300~500℃时的冷煤气效率达到最大值83.46%。