Aspen Plus在煤气化中的应用

Aspen Plus是一种基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件,由于其优良的性能而被广泛应用于化工领域。文章主要介绍了Aspen Plus软件的特点,并且综述了近几年来Aspen Plus在煤气化领域中的研究成果和发展概况。     

基于Aspen Plus软件的煤气化过程模拟评述

煤气化技术是实现煤清洁利用的有效途径,是煤炭转化的关键技术。通过利用Aspen Plus过程模拟软件建立气化炉模型,可以低成本、低风险、高效率的研究评估气化炉的气化性能和考察各项操作条件对气化产物的影响,寻找最佳操作点。总结了国内外科研机构已报道的各型基于Aspen Plus软件开发的气流床气化炉模型,分析了各种气化炉模型的区别与联系,并根据实践经验提出了煤气化过程模拟的发展方向。     

利用Aspen Plus对GSP粉煤气化过程的模拟分析

运用Aspen Plus软件,建立GSP粉煤气化过程的模型,选择合适的反应模块,利用Gibbs自由能最小原料对宁东羊肠湾煤进行气化模拟,参照实际生产数据,并将模拟结果与实际生产进行对比,结果相吻合。因此该模型能预测气体产物,同时对实际生产起指导和优化。     

基于Aspen Plus的含油污泥热解过程模拟

利用Aspen Plus对油田生产与储存过程中产生的落地油泥、罐底泥（统称为含油污泥）的连续热解过程进行建模分析,通过分析含油污泥的含水率、含油率、含固率三个指标,结合原油实沸点蒸馏数据,进行输入设定,根据指定的工艺流程,对主要的反应器和设备进行模型选择。通过对比分析模拟结果与现场运行参数,模拟结果与现场数据误差均符合设定要求,可以很好地指导含油污泥热解工艺的设计与研发工作,为优化工艺路线和设备合理化设计提供较为准确的理论依据和数据支撑。     

基于Aspen Plus建立喷流床煤气化炉模型

引　言当前 ,环境污染和液体燃料短缺已经成为制约我国经济持续高速和安全发展的瓶颈问题 .通过煤的大规模、综合、清洁、高效利用来解决未来对能源尤其是对液体燃料的需求 ,已经成为我国政府和科学界的共识[1] .在未来的能源结构中 ,以煤气化为基础的新型能源系统无疑将扮演越来越重要的角色[2 ] .因此 ,深入开展以煤气化为基础的新型能源系统尤其是多联产系统的研究十分必要 .鉴于煤气化能源系统中涉及大量横跨动力过程和化工过程的特殊设备 ,本文选择Aspen作为工具软件开展研究 ,其中的一个重要任务就是建立能在Aspen中使用的特殊设备模…     

基于Aspen Plus建立煤气化操作空间及经济性分析

采用Aspen Plus流程模拟软件模拟德士古气化炉,并结合工业运行数据对Aspen Plus模型的热损失进行校正。在此模型中通过改变进氧量和进水量来改变氧煤质量比和水煤浆中煤的质量分数,并分析氧煤质量比和水煤浆中煤的质量分数等因素对气化温度、气化产物、冷煤气效率和气化经济性的影响。结果表明:随着氧煤质量比的增大,气化温度呈两段式增长,有效气(CO+H_2)含量和冷煤气效率先升高后降低,气化成本呈相反的变化趋势。随着水煤浆中煤的质量分数的增加,比氧耗、比煤耗和比水耗都有不同程度的降低,冷煤气效率升高,气化成本降低。此外,水煤浆中煤的质量分数大于65%时,其对气化成本影响开始减弱。以气化温度为约束条件建立优化空间,可在操作空间中找到有效气含量、冷煤气效率和经济性最佳的操作点。     

基于Aspen Plus的褐煤热解过程模拟

以高水分褐煤为例,介绍了利用Aspen Plus化工流程模拟软件建立煤热解过程简化模型的方法及步骤.阐述了CPD模型模拟参数的设置过程,并利用Aspen Plus软件对煤热解过程进行了模拟计算,将得出的模拟值与实际值进行了比较.同时,对煤热解模拟过程及结果进行了分析,给煤热解过程的工艺开发和工艺优化提供了参考依据.     

气流床煤气化的Aspen Plus建模：平衡模型和动力学模型

基于Aspen Plus软件建立了GE气流床煤气化的平衡模型和动力学模型,计算了气化的煤气组成和碳转化率。模型分为热解、气化和气液分离三个阶段。其中,气化阶段又分为初步气化和气化重整,从而获得气化产物在恒定温度下的分布。平衡模型的气化阶段使用了吉布斯反应器RGIBBS,基于吉布斯自由能最小化原理对体系内的气化产物进行计算;动力学模型的气化阶段使用了全混流反应器RCSTR,基于煤气化反应的动力学机理对体系内的气化产物进行计算。模拟值与GE气化炉的实际工程数据进行了对比,结果表明,平衡模型可在一定程度上反映气化结果的变化趋势,但预测结果的准确性有所欠缺,而基于气化反应机理建立的动力学模型能很好地预测GE气化炉的气化结果。对动力学模型中的全混流反应器进行反应时间设定,可以对GE气化炉生产提供一定的指导,结果表明：反应停留时间为3.5s时就可以达到很好的气化效果。温度是影响气化反应速率及产物分布的重要因素,利用煤气化的动力学模型模拟了气化温度对气体组成及碳转化率的影响,结果表明：随着气化温度的升高,CO含量逐渐增加,H₂含量基本不变,CO₂含量逐渐减小,碳转化率逐渐升高。     

基于Aspen Plus的固定床高温煤气化模拟

文章以过程模拟软件Aspen Plus为工具,建立了以高温空气为气化剂的固定床煤气化的数学模型,模拟计算了逆流式固定床气化的制气过程;并利用该模型模拟研究了不同空煤比以及不同的空气预热温度对煤气化指标的影响,结果表明:在相同空煤比与汽煤比的工况下,提高空气的预热温度可以使气化过程得到强化.     

基于Aspen Plus的粉煤气化模拟

以Aspen Plus为模拟工具,选择反应平衡模型,并应用Gibbs自由能最小化方法建立了Shell粉煤气化模型;通过对神华、沾化和天碱煤种的气化模拟,对建立的模型进行了检验,结果表明:用N2输送粉煤的气化过程能够很好地模拟,而用CO2输送粉煤的气化过程模拟偏差较大.以沾化煤种为例,检验了气化炉散热损失取煤总热值约2%的合理性;研究了不同操作条件下的气化性能,结果表明:提高温度和压力可使气化过程得到强化.     

基于Aspen Plus的超大规模甲醇合成工艺模型

利用Aspen Plus对超大规模甲醇合成工艺进行了全流程模拟。模型模拟得到了粗甲醇的成分、反应器出口组成、碳效率、循环比,揭示了循环比对粗甲醇中甲醇摩尔流速、整个反应碳效率、循环气压缩机功率、合成气压缩机功率的影响。通过该模型能够为工艺方案比选、优化设计提供模拟和预测。     

基于Aspen Plus的煤干燥过程模拟计算

运用Aspen Plus软件进行了煤干燥过程的模拟计算,研究了煤干燥的主要操作参数(干燥介质种类、温度、流量和湿度)与干煤出口温度之间的关系.结果表明,干煤出口温度与干燥介质种类并无显著关系,干煤出口温度随着干燥介质的温度、流量的增大先缓慢增加后迅速增加.当干燥介质流量较小时,干煤出口温度随着干燥介质含水量的增加略有增加;而当干燥介质流量较大时干煤出口温度随着干燥介质含水量基本不变.     

基于Aspen Plus用户模型的甲醇精馏模拟与分析

采用模拟软件Aspen Plus对某厂大型煤化工甲醇四塔精馏过程进行稳态模拟计算和分析,结果表明,应用物性方法 UNIFAC-DMD能有效模拟汽液平衡数据,模拟结果与工厂采集数据吻合良好。进行了常压塔侧线抽提位置分析、回流比对产品各组分浓度影响及精馏塔水力学分析等研究,提供了可行的精馏操作方案。     

基于Aspen Plus的原油常减压蒸馏装置的模拟

在Aspen Plus软件平台上,以标定数据为主要输入数据,以产品控制指标为主要约束条件,建立了某厂原油常减压蒸馏装置的稳态模拟流程。在建立过程中,采取对装置流程进行简化处理、将总板效率作为调节变量等方法,使模拟流程的工艺参数、物料平衡和产品恩氏蒸馏数据与生产基本相符。     

基于Aspen Plus的废水湿式氧化处理工艺模拟

利用Aspen Plus模拟软件建立了废水湿式氧化处理工艺流程稳态模型。提出了以Ryield反应器和RGibbs反应器组合模拟湿式氧化反应的方法。对比工业装置运行数据和模拟计算结果,验证了工艺模型的可靠性,并核算出工业化装置中换热器的总传热系数为372W/(m~2·℃)。通过灵敏度分析工具分析了废水COD、COD去除率、废水流量和反应压力等因素对湿式氧化装置运行过程中热量平衡的影响,模拟结果表明,不同压力下达到热平衡状态时所进水COD范围为(15～55)g/L(COD去除率为1);当进水流量10m~3/h,COD 100g/L时,热平衡的COD去除率界限是0.3～0.55;进料废水总COD量200kg/h时,热平衡的废水流量是(3～14)m~3/h。模拟可以为湿式氧化工艺工程设计及运行提供数据支持。     

Aspen Plus在化工中的应用

Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件,其广泛应用于化学与石油工业、炼油加工、生物及医药等方面。文章介绍了该软件的功能特点,综述了近几年来该流程模拟软件在化工工程中的应用成果及发展情况。     

基于Aspen Plus的氨吸收制冷流程模拟

通过对氨吸收制冷工艺的深入研究,运用Aspen Plus软件模拟氨吸收制冷流程,并研究分析吸收器操作压力对出口氨水浓度和液氨蒸发温度的影响。     

新疆准东煤气化过程的模拟优化

基于Aspen Plus流程模拟软件,运用Gibbs自由能最小化方法建立了Shell粉煤气化模拟计算模型,对新疆准东一采区的煤种进行气化过程模拟优化.以(CO+H2)摩尔分数最高为目标函数,通过单因素研究确立的最佳操作条件为:气化压力2MPa,氧煤比0.73kg/kg和蒸汽煤比0.09kg/kg;而通过虚拟正交实验研究,获得的最佳操作条件为:气化压力2MPa,氧煤比0.78kg/kg和蒸汽煤比0.05kg/kg.各因素对气化过程影响大小顺序为:氧煤比和水煤比的交互作用>氧煤比>水煤比>气化压力.     

基于Aspen Plus抚顺式油页岩干馏工艺数值模拟

在Aspen Plus平台上建立了抚顺式油页岩干馏工艺模型,利用Aspen Plus的灵敏分析模块研究了抚顺炉气化段温度对产气组分的影响、空气/水蒸汽质量流率比值对产气组分和产气热值的影响,以及干馏段温度对收油率的影响,模拟结果与实际数据吻合良好。结果表明,抚顺炉气化段温度在650～750℃反应最为剧烈,生成的气体量收益最好。随着空气/水蒸汽质量流率比的逐渐增加,CH4和CO2量逐渐减少,CO、H2和N2量逐渐增加,热值也随之降低。干馏段温度在550℃时,收油率达到6.85%,可作为干馏炉热解段的最佳运行温度。     

Aspen Plus模拟乙醇-正丙醇精馏分离

以乙醇-正丙醇精馏分离为模拟对象,利用Aspen Plus模拟软件中的WILSON模型对模拟体系中的相关参数进行回归。此外,相关的物性方法选择精馏模块RADFRAC对精馏过程进行模拟及建立,然后对精馏模拟过程中影响产品纯度的因素进行分析。最后得出进料中乙醇的百分含量为0.25,正丙醇的百分含量为0.75时进行精馏分离得到乙醇产品纯度最高且能耗低的最佳操作条件。