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     

新型气流床粉煤加压气化技术

气流床粉煤加压气化技术具有原料消耗低,碳转化率高,热效率高,煤种适应性强等优势。我国具有自主知识产权的气流床粉煤加压气化技术中试装置在兖矿鲁南化肥厂运行成功,各项技术指标分别为:有效气体积分数89%～93%,碳转化率98%～99%,比氧耗0.30～0.32m3/m3,比煤耗0.53～0.54kg/m3,冷煤气效率≥84%。     

基于Aspen Plus的热解粉焦气流床气化过程模拟与分析

以热解粉焦为原料,利用Aspen Plus模拟软件,建立了气化炉模型,在修正和验证的基础上,进行了气化过程的模拟计算,同时考察了影响气化过程的主要指标。结果表明,利用Aspen plus软件建立的模型,能够准确模拟气流床气化过程,计算误差在许可范围内;热解粉焦较热解用煤更适宜于气流床气化,热解粉焦气化粗合成气中有效气的体积分数达到95.6%,冷煤气效率为80.6%;气化压力的提高使得合成气中甲烷含量升高,但对反应温度和有效合成气含量影响较小;氧焦比和蒸汽焦比对气化温度和合成气组成有重要影响,其中,实验用热解粉焦的最佳氧焦比为0.81 kg/kg~0.84 kg/kg,最佳蒸汽焦比为0.09 kg/kg~0.11 kg/kg。     

基于粉煤气流床气化的CO_2制CO工艺技术研究

利用Aspen Plus软件模拟了以CO2和干煤粉为主要原料的气流床气化生产CO的工艺技术,研究了该工艺路线和反应条件的可操作性和合理性,在此基础上进行了实验室平台实验,实验结果与模拟结果高度吻合,说明采用基于粉煤气流床气化的CO2制CO工艺路线是可行的,进一步分析指出该工艺的两个关键操作指标为温度和压力。研究可为未来放大研究和工艺放大提供理论参考。     

气流床粉煤加压气化制备合成气新技术

介绍了我国自主创新的气流床粉煤加压气化制备合成气新技术,给出了该技术在国内首套中试装置上的运行数据与工艺技术指标;运行结果表明,其合成气中有效气成分为89%￣93%,碳转化率≥98%,各项技术指标达到国际先进水平,具有广阔的应用前景。同时,介绍了目前在国际上尚未见报道的以CO2为粉煤输送介质进行气化反应的合成气成分。     

自主创新的气流床粉煤加压气化技术

介绍国内首套自主知识产权粉煤加压气化技术的研发与运行情况.中试装置运行结果表明:该气化技术各项经济技术指标优越,有效气成分89%～93%,碳转化率98%～99%,冷煤气效率约84%,达到了国际先进水平,已具备产业化条件.     

干煤粉气流床制工业燃气气化过程数值模拟

基于Aspen Plus软件,应用Gibbs自由能最小化方法,建立数学模型,对干煤粉气流床气化制工业燃气过程进行数值模拟。模拟计算结果表明,此模型可以比较准确地预测干煤粉气流床气化炉的出口气体成分。基于此模型,分别考察了氧煤比、蒸汽煤比对气化温度和有效气产量的影响,并确定出神华煤种合理的氧煤比为0.8和蒸汽煤比为0.1。     

粉煤气流床气化炉的数值模拟

应用Aspen Plus工业系统流程软件和Gibbs自由能最小化方法对粉煤气流床气化炉进行模拟.在设定粉煤气流床气化炉条件下,研究空气(O2占0.21,N2占0.79)与煤比和气化压力对有效气体(CO+H2)含量的影响.结果表明,在设定粉煤气流床气化炉温度为1 500 ℃和碳转化率为99%的条件下,当煤进料量为3 265.87 kg/h,空气与煤比为4∶1时,有效气体含量最大.同时,气化压力越大,有效气体含量越大.     

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。     

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.     

Shell干煤粉气化的模拟与分析

为研究Shell干煤粉气化特点,利用Aspen Plus模拟软件为工具,建立Shell气化炉模型。通过模拟Shell干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比对气化过程的影响,结果表明,增加压力能够使合成气中的甲烷含量升高,氧煤比和蒸汽煤比对气化温度和合成气组成有重要影响。气化温度随氧煤比的增加而升高,有效气体摩尔分数先增加后减少,蒸汽煤比可以调节气化反应温度。对屯留煤来说,Shell煤气化的最佳氧煤比为0.74~0.80kg/kg,反应温度为1475.6~1580.17℃,最佳蒸汽煤比为0.09~0.13kg/kg,相对应的反应温度为1630.60~1532.11℃。     

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。     

典型气流床煤气化炉气化过程的建模

利用Aspen Plus、基于热力学平衡模型对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。根据煤颗粒热转化的历程,将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段,利用David Merrick模型计算热解过程,采用Beath模型校正压力对热解过程的影响,选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应,编制Fortran程序计算半焦裂解产物收率,最后基于Gibbs自由能最小化方法计算气化反应。结果表明,采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合,对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H₂）体积分数模拟结果的误差均不超过2%,建立模型的可靠性得到验证。     

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%。     

以CO_2和H_2O为气化剂的煤焦气化模拟

基于整体煤气化联合循环和燃料电池发电技术,利用固体氧化物燃料电池产生的高温、高纯度CO2与H2O作为煤焦气化的气化剂,运用Aspen Plus模拟软件平台基于Gibbs自由能最小化方法对煤焦的H2O-CO2共气化反应进行了模拟计算。考察了O2流量、H2O流量、CO2流量、预热温度、操作压力、反应温度对气化反应合成气组成和煤气低位发热量的影响。结果显示:通过调节O2流量,得出O2的最佳流量为20 kg/h,此时反应温度和合成气低位热值处于最高值;分别增加水蒸气流量和CO2流量都使反应温度降低,且使反应活性降低导致合成气低位热值降低,所以合理控制水蒸气和CO2流量至关重要;降低操作压力会降低合成气的低位热值,但相对于物料流量改变,影响较小;CO2预热对煤气低位发热量的影响要小于O2的预热效果。     

干煤粉气化工艺煤粉流量调节阀数值模拟

高压粉煤流量调节阀是在煤气化工艺装置中用于调节氧-煤比的关键设备。利用计算颗粒流体动力学(CPFD)方法对带有稳流管的高压粉煤流量调节阀在100%和16%开度下的工况进行模拟,重点考察了沿程压力、沿程颗粒速度、沿程颗粒质量浓度等流动特性参数的变化。结果表明:气固两相流经过调节阀一定距离后达到稳定流动,稳定流动下100%和16%开度下颗粒平均速度分别为8,6.6 m/s,颗粒平均质量浓度分别为250,240 kg/m~3;基于阀门出口压力、颗粒速度和颗粒质量浓度分布特性的分析,建议稳流管段至少为500 mm以确保气固两相流动充分发展。研究结果对高压粉煤流量调节阀的设计和控制具有一定的参考价值。     

Performance improvement of integrated coal gasification combined cycle by a new approach in exergy analysis

A new approach to exergy analysis is proposed for examing the consumption of energy as the minimum driving force and of exergy consumption that is avoidable, and for the development of a method to predict the alternatives in system improvement by exploring possible reduction in the avoidable exergy consumption. Also suggested in this study is a dimensionless parameter γ_AVO, which is the ratio of avoidable exergy consumption over total fuel energy input to the system. Detailed analyses, including the calculation of exergy consumption, exergy loss and avoidable exergy consumption, were conducted for each component in the syngas cooling system in the Integrated coal Gasification Combined Cycle (IGCC) plant, to prove the effective application of the proposed method. The analysis showed that the rank of avoidable exergy consumption was different from that of total energy consumption, and hence it confirmed that an energy analysis by conventional methods misled the focus of improvement in system design. The methodology developed in this study offers a new approach for system designers to analyze and to improve the performance of a complex energy system such as an IGCC plant.     

离子交换法生产碳酸钾除氨的Aspen Plus模拟与实验研究

为了解决除氨不彻底，二次蒸汽使传热系数降低的问题，结合碳酸钾实际生产工艺，提出吹脱除氨工艺。在不同料液温度、真空度、吹脱气量等条件下做了吹脱除氨实验，得到了最佳操作条件。同时用Aspen Plus软件模拟计算离子交换法生产碳酸钾除氨工艺。通过对料液性质、物性方法、单元操作模块的确定，建立了实验模型。Aspen Plus模拟数据与实验数据相比较，得到实验值与计算值最大偏差为8％。这说明Aspen Plus软件在碳酸钾除氨工艺设计计算中可以得到较理想的结果。