基于Aspen Plus的废锅流程粉煤气化炉稳态流程模拟

粉煤气流床具有氧耗低、煤耗低、碳转换率高等优点，在工业中应用广泛。废锅流程可有效回收粉煤气化炉产生的粗合成气余热，从长远角度看更为经济环保。基于Aspen Plus建立了废锅流程粉煤气化炉稳态流程模型。在建模过程中，由于粗合成气进入辐射废锅时温度较高，需将辐射废锅内进一步的气化反应考虑在内。依据工程经验数据，将散热损失和碳转化率考虑在模型内，并与工业现场数据对比验证了模型的准确性。基于搭建的模型，研究了氧煤比、蒸汽煤比、碳转换率对气化参数的影响。研究结果表明，合成气有效成分随氧煤比的增加先急速增加后缓慢减少，在氧煤比为0.5时达到峰值。氧煤比低于0.5时，气化温度随着氧煤比的增加缓慢增长；氧煤比在0.5～0.9时，气化温度随氧煤比的增加剧烈增长；氧煤比高于1时，气化温度几乎不随氧煤比的增加而变化。考虑到气化温度不能低于煤种的熔融温度以利于炉内排渣，运行时应控制氧煤比高于0.6。合成气中有效成分(CO+H₂)含量随蒸汽煤比的增加几乎呈线性降低，随碳转化率的增加而增加；气化温度随蒸汽比和碳转化率的增加而降低。     

华亭煤地下导控气化现场试验的产气效果分析

本文提出了煤气指标时间加权的计算方法,对华亭煤地下导控气化现场试验数据进行了分析,结果表明随着气化剂中氧浓度的上升,煤气热值呈上升趋势,富氧蒸汽法气化工艺中气化剂中较佳的氧浓度范围为30%～40%;最大热值10.72MJ/Nm3出现在空气蒸汽两阶段法的第二阶段,但空气蒸汽两阶段法的产气波动性较大,同时水煤气产率较低,生产规模较小,无法连续生产高热值煤气,用于商业化生产需要多炉同时运行。随着氧浓度的升高,各工艺的产气稳定性逐渐增强,从低温工艺向高温工艺切换的调控时间缩短。     

Shell粉煤气化工艺操作条件优化

通过Aspen Plus软件建立Shell粉煤气化模型,在对神华煤气化压力、氧煤比、蒸汽煤比等操作条件对气化效果进行了灵敏度分析的基础上,以有效气(CO+H2)摩尔含量最高为优化目标,分别通过虚拟正交实验及Aspen Plus软件在考虑操作条件间交互作用的影响下,对Shell粉煤气化过程进行了整体优化,并将这2种方法的优化效果进行比较,最终结果表明:Aspen Plus软件的优化效果更为精确。     

华亭煤炭地下气化产气与发电试验研究

为回收华亭原安口煤矿残留煤资源,采用煤炭地下气化技术对残留煤进行二次开采和发电利用,通过空气连续法、空气蒸汽连续法、空气蒸汽两阶段、富氧和纯氧蒸汽连续法等不同注气工艺对残留煤进行了地下气化试验,研究了残留煤在不同气化工艺时的产气和发电特性.结果表明:添加蒸汽和氧气均可提高煤气中有效组分含量和煤气热值;采用连续法和两阶段气化工艺,能够获得热值4.07 ～ 10.69 MJ/Nm3的煤气,可作为2×500 kW燃气发电机组的燃料气.通过气化指标对比分析和现场发电对比试验,确定了低富氧蒸汽连续法(O2体积分数32％)为匹配该燃气发电机组的合理气化工艺.     

GSP干粉煤气化系统的热力学分析

采用Aspen Plus软件对GSP干粉煤气化系统进行建模模拟,并运用理论对其进行热力学分析;并用灵敏度分析工具探讨了氧煤比和蒸汽煤比两个操作参数对气化工艺的影响。结果表明:GSP干粉煤气化的冷煤气效率为79.39%,效率为84.04%;氧煤比对有效合成气组分(CO、H2和CH4)的摩尔分数、冷煤气效率和?效率影响均较大,而蒸汽煤比对其影响却很小。     

煤焦与水蒸气气化反应热力学分析

为研究煤气化反应的热力学过程,以煤气化反应中最重要的煤焦与水蒸气反应过程为研究对象,对反应热效应、吉布斯自由能、平衡常数、平衡转化率进行了分析,得出温度、压力、水碳比(物质的量之比)3个参数对气化反应的影响规律。结果表明:随着气化温度的提高,平衡转化率增加,供给气化反应体系的总热量增加,原料显热大量增加;而压力的提高使平衡转化率降低,供给气化反应体系的总热量增加,说明压力增加对提高煤的转化率不利;水碳比增大导致平衡转化率提高,供给气化反应体系的总热量增加,其原因是水碳比增大使化学反应热、原料显热大量增加,虽然转化率随着水碳比增大得以提高,但热损失增加。     

蒸汽煤比等因素对循环流化床煤气化过程的影响

以空气和水蒸气为气化剂,在循环流化床煤气化热态试验台上进行了神华、龙口和大同煤的气化试验,研究了蒸汽煤比和煤种对气化过程的影响。试验结果表明:随着蒸汽加入量的增加,床温和煤气热值下降,碳转化率基本保持不变,冷煤气效率基本保持不变或略有下降;龙口煤在加煤速率为10.08kg/h时取得了最高的冷煤气效率值53.96%,而神华煤在加煤速率为6.4kg/h时取得了最高的冷煤气效率值43.98%;煤的活性越高,可以取得的煤气化效率越高,煤气化炉的处理能力也越大。     

循环流化床部分煤气化试验研究

以空气和水蒸气为气化剂，在小型循环流化床上对3种不同煤种进行了部分煤气化试验研究。结果表明，气化过程产生的焦油很少，随着空煤比的增加，煤气中氢、一氧化碳、甲烷的含量呈减少趋势；汽煤比的增加能加大煤气中氢、一氧化碳的含量；气化温度是影响煤气成分的主要因素，床层高度和煤种对煤气成分也有影响，钙、钠、钾等碱土金属化合物对煤气化具有催化作用。     

不同煤气化技术对其物耗及能耗的影响

基于不同煤气化技术对物料的消耗不同,以宁东煤为例,参照相关煤气化计算模型,建立了物料衡算和能量衡算耦合的气化炉计算模型,对采用水煤浆气化技术及干煤粉气化技术生产合成气所消耗煤耗及氧耗进行相关的计算。计算结果表明,采用同一种煤质生产合成气,干煤粉气化炉生成的有效合成气(CO+H_2)比水煤浆生成的有效合成气含量高约16.13%,比煤耗降低约73.93 kg/k Nm~3,比氧耗降低约101.29 Nm3/k Nm~3,冷煤气效率提高约9.16%。在煤质条件容许条件下,采用干煤粉气化技术生成煤化工产品其效率相对较高。     

基于水解酸化工艺的煤地下气化废水处理

为提高煤地下气化废水处理效果,在生化处理工艺中引入水解酸化工艺,以褐煤地下气化废水为例,研究了水解酸度、时间、温度等参数对废水可生化性的影响,比较了有无水解酸化工艺时生物接触氧化对废水综合处理的效果。试验结果表明:煤地下气化废水水解酸化强化处理工艺的最佳条件pH为5～6,水力停留时间HRT为8～10h,温度为20～25℃。在此条件下废水的CODCr质量浓度降低19.7%,BOD5与CODCr质量浓度比值由0.434提高至0.619,显著提高了废水的可生化性。煤气化废水经水解酸化-好氧生物接触氧化工艺处理后,CODCr去除率可达95.64%,出水水质达到二级排放标准。     

氧煤比对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧煤比对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律．总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中，对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法．得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分，其结果与工程实际相比非常接近；并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素即氧煤比，提出了提高出口煤气有效成分(cO H：)的措施．     

基于ASPEN PLUS的固定床煤气化稳态模拟方法研究

用ASPEN PLUS软件对固定床煤气化过程进行模拟,采用带FORTRAN气化动力学子程序的串联全混流反应器来代替Gibbs反应器,能够更好地反映气化炉的真实反应情况,结果表明该模型与实际固定床煤气化的反应结果吻合较好。利用该模型研究了串联釜数对碳转化率及出口温度的影响,研究表明：随着釜数的增加,碳转化率和出口温度更加接近于实际数据;在保证模拟精度的前提下,较少的釜数有利于减少计算量。     

BGL气化过程中煤热解特性数值分析与研究

厘清煤颗粒热解的内部温度变化和挥发分析出规律,是优化炉体结构和操作参数、进一步提升BGL煤气化经济性的基础。本文通过剖析BGL煤气化热解过程构建了煤颗粒热解模型,并利用文献实验数据验证了模型合理性。模型求解采用解耦算法,其中传热模型采用追赶法,热解动力学模型采用4阶单步递推法,环境温度由移动床一维模型计算。模拟结果表明：BGL煤气化热解终温较高,颗粒内部径向温度变化大;粒径取10 mm,热解终温计算值1 372 K,煤颗粒表面和中心温差峰值计算值338 K;粒径取40 mm,相应计算值分别为1 412 K和381 K;煤颗粒挥发分析出过程与气固非催化缩核反应过程相似,印证了煤热解过程受传热过程控制;热解动力学的描述以FZ通用热解模型适应性更好;移动床一维模型预测BGL煤气化热解层高度时,热解蒸发模型优于FZ通用热解模型,预测值为0.616 5 m,与搅拌器运行情况相符。     

煤低温热解与直接液化联产系统研究

煤低温热解和直接液化之间具有很多耦合要素,提出将两者集成联产系统,用煤气制氢替代煤气化制氢来降低成本、用煤焦油作补充溶剂油实现提质加工、将液化残渣与煤共热解提取高附加值油品,实现各副产物综合利用,达到系统价值最大化。基础实验研究表明,神东长焰煤与液化残渣（煤渣质量比为95∶5）共热解焦油干基产率约为8.0%,煤气有效成分大于85%;为使共热解过程不结块,液化残渣掺入量应小于30%。模拟计算表明,百万吨级煤直接液化与千万吨级煤低温热解联产,可以省却煤气化制氢及空分装置,系统能量转化效率达到75%以上,协同效应显著。     

计算机仿真技术在煤炭地下气化调控中的应用探讨

计算机仿真技术的出现是科技发展和人们生活水平提高的必然要求,计算机仿真技术可以避免人们在做重要实验时受到伤害或减少因为实验失败而导致的经济损失,是一项具有使用价值的创新。煤炭是重要的工用和民用的资源,人们为了更好地利用煤炭资源,就采取煤炭地下气化模式,既可以回收废弃煤炭进行再利用,还可以减轻对环境的伤害。但是在煤炭气化过程中存在一些问题,人们经过多年的研究,发现可以利用计算机仿真技术解决煤炭地下气化所产生的问题,通过对升温变化和钻孔位置的调节来加强对煤炭地下气化的调控。     

煤炭地下气化炉顶板结构模型及其对气化过程的影响

从煤层顶板岩性及气化空间高温对顶板岩性的影响和燃空区处理角度,分析了煤炭地下气化空间的形成与扩展,提出了倾斜、缓倾斜和近水平煤层气化空间顶板结构模型,并分析了气化空间顶板结构对气化过程的影响。     

煤半焦和残渣半焦的CO_2气化过程的反应动力学研究

对神华煤半焦(CC)和神华煤直接液化残渣半焦(RC)在不同温度下和CO2反应进行了研究,结果显示,由于矿物质的催化作用,残渣半焦CO2气化反应性略强于煤半焦;利用不同温度下的实验结果,采用均相反应模型(HM)和未反应缩芯模型(SCM)对煤和残渣的CO2气化动力学进行了模拟,得到煤半焦和残渣半焦均相反应模型和未反应缩芯模型的Arrhenius方程式。把模拟结果和实验数值进行比较,结果发现均相反应模型和未反应缩芯模型都能较好地模拟煤半焦和残渣半焦的CO2气化过程;未反应缩芯模型的模拟结果要好于均相反应模型的模拟结果。     

基于非稳态渗流传递的煤炭地下气化数值模拟

为了解煤炭地下气化的发展过程及影响因素,以平面二维地下气化区为模拟对象,研究了水平煤层地下气化过程中渗流传热传质与燃烧气化反应耦合过程的特征,建立多孔介质非稳态渗流传递与化学反应相互作用的二维数学模型。研究了煤焦在不同供氧条件下,火焰工作面移动速度、燃烧区与气化区温度场、产物浓度分布规律及瞬态变化趋势。模拟结果表明,煤燃烧气化反应主要发生在沿渗流气化通道的热渗透作用区域,随着气化过程的进行,气化工作面不断向气化区出口方向推移;在摩尔分数为0.15,0.20,0.33供氧量、富氧-水蒸气工艺条件下,火焰工作面的移动速度分别为0.125,0.174,0.274 m/h;氧化区、还原区在二维温度场中存在清晰的热分界线,随时间的推移,其面积比从0.5增大到2.5,最后还原区的范围逐步扩展到出口;提高供气中氧气浓度,热渗透作用区域内的温度相应升高,煤粒燃烧气化反应期缩短,煤气中H2和CO含量增加;模型计算结果与模型实验数据具有较好的一致性。     

拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应特性

基于拜耳法赤泥的综合利用和煤焦-CO2气化反应,提出利用拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应,在固定床热重分析仪上进行了拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应的研究。考察了拜耳法赤泥的添加方式、添加量及反应温度对煤焦-CO2的催化气化反应特性;并将拜耳法赤泥与K2CO3催化活性进行了对比;分析了拜耳法赤泥催化反应机理,采用了缩核模型、混合模型及修正的体积模型对拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应动力学进行了分析,结果表明：湿法添加拜耳法赤泥对煤焦-CO2具有很好的催化活性,而干法混合会抑制煤焦-CO2反应,因此选择湿法添加赤泥;得出拜耳法赤泥的最佳添加量为8%;随着温度的升高,煤焦-CO2催化气化反应性指数不断增加;在1 373.15 K时,8%拜耳法赤泥催化活性与该温度下10%含量的K2CO3催化性能相当;修正体积模型相比缩核模型、混合模型能够更好的解释催化气化动力学过程。因此,拜耳法赤泥对煤焦-CO2反应具有很好的催化作用,并且拜耳法赤泥还可以得到有效的利用。