基于Aspen Plus的地下煤气化动力学模型建模

煤炭是我国的主要能源,地下煤气化技术是未来煤炭工业发展的重要技术之一。根据不同种类煤炭慢速热解过程中主要元素迁移规律建立了煤炭热解预测模型。参考地下煤气化过程特点对气化反应进行简化,确定了需要考虑的主要反应后选择合适的动力学参数,编写反应动力学方程嵌入Aspen Plus流程模拟软件中,结合煤炭热解模型建立地下煤气化动力学模型。对比模拟结果与试验数据,并进行了误差分析,结果表明：模型预测产出气组成的绝对误差均在12%以内,为地下煤气化工艺设计提供了一定的参考价值。     

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。     

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。     

一室二段喷流床气化炉研究

甲烷蒸汽转化制取合成气生产甲醇和二甲醚会富余大量的氢,需要处理。大型装置采用甲烷部分氧化法制取合成气,需配套空分装置,故增加了动力消耗,不能大幅度地提高效率,甲烷合成甲醇转化率仅为70%左右。煤气化制取合成气的近代技术,冷煤气效率为78%～80%,虽然利用了部分热量...     

一种新型带喷流管的移动床煤气化炉热力学计算分析

对一种新型的带喷流管的移动床煤气化炉——循环部分煤气燃烧间接供热的煤气化过程进行了热力学理论计算与分析,并将传统的煤直接燃烧供热的煤气化过程和实验的情况做了对比。     

带喷流管气流床型气化器的研究

介绍了带喷流管气流床型催化煤气化器，并在气化器上进行了煤气化热态实验。实验表明，显示气化的主要产物为有效成分Ｈ２和ＣＯ，该装置运行稳定，有较强的实用性。     

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%。     

煤炭气化气流床气化炉的数学模拟

简要介绍了煤炭气流床气化的原理,总结了到目前为止煤炭气化气流床气化炉数学模拟情况,包括简单平衡模型和动力学模型（一维或多维）,给出了这些数学模型模拟的主要内容（对气化过程流化力学、热力学、化学反应和质量、能量及动量平衡考虑情况）和模型的主要结论,以及典型气流床气化炉的模拟煤气组成和煤炭转化率数值与实验值或实际操作值的比较情况,结果显示主要组分模拟误差较小。     

流化床气化炉的数学模拟

以文献为基础，简要介绍了文献中的流化床气化炉的数学模型，将其分为热力学平衡模型和速率模型；重点分析了速率模型，根据所用流体力学模型不同将其分为全混模型、两相模型、鼓泡床模型和气泡汇集模型。最后针对现状提出了流化床气化炉数学模型的发展方向。     

Shell加压粉煤气流床气化技术的开发和应用

介绍了荷兰Ｓｈｅｌｌ加压粉煤气流床气化技术的开发过程及位于荷兰南部林堡省的Ｄｅｍｋｏｌｅｃ采用Ｓｈｅｌｌ气化工艺建成的目前世界上最大的ＩＧＣＣ示范厂的工艺流程、运行状况和下一步发展展望。     

MODELLING A COMPARTMENTED FLUIDISED BED COAL GASIFIER PROCESS USING ASPEN PLUS

A process model based on the ASPEN PLUS process simulator has been developed for a novel Compartmented Fluidised Bed Coal Gasifier (CFBCG) process. A distinctive feature of the model is that a number of user-written models have been incorporated within the ASPEN frame to describe processes of hydrodynamics, coal combustion and gasification, solid circulation, entrainment and elutriation, and particle size distribution in the CFBCG and energy loss to the environment from the reactor. In general, most of the predictions of the model is in a reasonable agreement with the experimental results. However, some unmeasurable operating parameters at hot state in the experiments lead to some difficulties to verify the model in these instances against real data. Uncertainty related to volatile combustion mechanisms in fluidised beds in the literature also influences the model accuracy. Nevertheless the ASPEN based model provides a convenient vehicle for the further development of this new process, by allowing the physical insights into mechanisms, which would be difficult and expensive to investigate experimentally. The simulations indicate that the CFBCG concept is sound and further development is needed to improve the opera tibility of the process before practical implementation to produce high quality synthesis gas from the CFBCG might be considered     

运用Gibbs自由能最小化方法模拟气流床煤气化炉

基于 Aspen Plus工业系统流程模拟软件 ,运用 Gibbs自由能最小化方法建立了气流床煤气化炉的模型 .研究了气化炉的主要操作参数 (即水煤浆浓度、氧煤比、碳转化率和气化温度 )对气化结果的影响 .对模拟结果进行了分析 ,发现模型基本正确 ,可应用于一些反应机理复杂的气化工艺的化学和热力学平衡计算 .模拟结果表明 ,氧煤比和水煤浆浓度是影响气化炉出口煤气组成的主要因素 ,气化炉温度随着氧煤比的增加而增加 ,也随着水煤浆浓度的增加而增加 .结果还表明 ,氧煤比对气化结果的影响比水煤浆浓度的影响更为显著     

ASPEN PLUS SIMULATION OF POLYETHYLENE GASIFICATION UNDER EQUILIBRIUM CONDITIONS

The gasification process of polyethylene (PE) was successfully modeled using a combination of various unit operation modules available in the Aspen Plus simulation package. The study presents significant insight into the effect of various process parameters on the polyethylene gasification process under equilibrium conditions that has not been reported elsewhere. The simulation tool was used to predict the product composition and temperature for varying cases of steam and airflow rates and pressure. Based on the simulation results, the behavior of the conversion process was characterized according to the combined and individual fractional efficiencies. Finally, the optimum conditions that would yield a maximum conversion for the PE gasification process have been identified and reported.     

COAL GASIFICATION AND THERMODYNAMIC CALCULATION OF MOVING BED COAL GASIFIER WITH DRAFT TUBE

The coal gasification experiment and thermodynamic calculation of the newly developed moving bed coal gasifier with a draft tube are done according to the thermodynamic calculating model built on the basis of chemical reaction equilibrium, mass balance and heat balance. The obtained experimental results are quite approaching to the thermodynamically calculated values. The effects of steam/coal ratio, air/coal ratio, reaction temperature, reaction pressure, steam temperature, air temperature on the thermodynamic indexes of the gasifier are examined through thermodynamic simulating calculations. Under the optimal simulating conditions, gas calorific value, cold gas thermodynamic efficiency and available energy efficiency can reach 12 MJ/Nm³, 88.6% and 95.4% respectively, when air is used as the oxidizer. Compared with the directly-burning-coal-gasifier, the gasifier exhibits good characteristics and prospects for industrial application.     

应用炉膛压力诊断气流床气化炉的火焰状态

气化炉是煤气化技术中的关键设备 .气化炉内火焰燃烧稳定性下降 ,会出现燃烧噪音增加、气化燃烧效率降低及熄火等现象 ,对安全性和经济性产生严重的影响 .对气流床气化炉内不同气化燃烧状态下的火焰压力信号进行了小波分析 .结果表明 ,压力信号在一定频段内的分布与气化炉内火焰燃烧的状态密切相关 ,发现随着火焰燃烧稳定性加强 ,气化炉内压力信号向高频方向移动 ,以此可以建立气流床气化炉燃烧诊断模型 .     

加压流化床煤气化炉衬里材料的选择与烘制

加压流化床煤气化技术是近年来随着洁净煤技术的兴起而发展起来的新一代大型、先进煤气化技术。就加压流化床煤气化炉耐火衬里的特殊要求进行了耐火材料的选型,并根据所选耐火材料特性制定了烘炉工作曲线,并比较了烘炉所需实际燃料气量和估算值,结果表明计算值与实际值吻合较好,并为大型流化床反应器的烘炉工艺制定和实施提供一种理论参考和估算方法。     

有内构件工业湍动流化床反应器的模型化——反应器模型的开发

引　言湍动流化床反应器因具有良好的气固接触氛围和传热性能、高固含率以及有限的轴向返混等优点 ,在工业生产中被普遍采用 ,但对于湍动流化床的模型化工作和反应器性能的报道较少[1] .Thompson等在 1999年提出的一般性鼓泡 /湍动流化床模型最有特色 ,该模型实现了从鼓泡区域到湍动区域的平滑过渡 ,与其他模型相比模型预测值与Sun于 1991年报道的实验数据能更好地吻合[2 ] .但是对于这些模型都缺少更多的工业数据去检验它们应用于工业模拟时的可靠性[1,3] ,对于具有垂直内构件的工业湍动流化床的模型化文献中未见报道 .秦霁光等人[4 ] 提…