两段式气化工艺流程的ASPEN PLUS软件模拟

针对目前Shell、Texaco气化技术的不足,本文提出了一种新型的两段气化工艺,以达到充分利用煤气显热的目的.借助Aspen Plus过程模拟平台,运用Gibbs自由能最小化方法,模拟两段式水煤浆进料的气化工艺流程,同时建立二段固定床气化模型.考察了加入二段同定床气化炉内的煤虽及蒸汽煤比对出口煤气组分、温度及整个气化工艺的冷煤气效率、有效气产率等气化指标的影响.结果两段式气化工艺能有效利用一段炉煤气中的显热,提高气化炉的冷煤气效率.同时通过研究,还得到了不同工艺下的最佳条件.本论文所得结论为进一步研究该新型组合式气化工艺提供参考.     

水煤浆气化过程的计算机模拟

以60万吨/年煤制甲醇装置为背景,采用.Aspen Plus模拟了其中的水煤浆气化过程。将复杂的水煤浆气化过程分解为煤裂解、挥发分燃烧、气化反应、水激冷、灰分分离等子过程,由子过程的组合构成完整的气化炉模型。用现场装置实际运行数据验证了模型的可靠性,模型计算结果与现场数据吻合良好。以此模型分析了主要操作条件一水煤浆浓度、氧煤比、气化温度、气化压力一对气化过程的影响,结果是,水煤浆浓度和氧煤比对粗煤气组成和温度影响明显:提高水煤浆浓度,粗煤气温度及有效气成分（CO+H₂）的含量均升高;提高氧煤比,粗煤气温度上升,有效气成分（CO+H₂）含量下降。     

蒸汽煤比及氧煤比对GSP煤粉气化和GE水煤浆气化过程的影响—基于Aspen Plus模拟的双因素分析比较研究

利用Aspen Plus、基于Gibbs自由能最小化方法建立GSP煤粉气化模型及GE水煤浆气化模型,运用灵敏度分析工具,对比研究了蒸汽煤比及氧煤比双因素同时变化对2种气化炉的产气量、合成气组成、粗煤气氢碳比和煤气热值的影响。结果表明:采用Aspen Plus建立的气化炉模型模拟结果与生产数据吻合;与GE水煤浆气化相比,相同的氧煤比及蒸汽煤比条件下,GSP粉煤气化产生的有效气(CO+H2)含量高约8.4%;GSP和GE气化最佳氧煤比范围均在0.7 Kg/Kg~0.8 Kg/Kg;当氧煤比从0.5Kg/Kg增加至1.0 Kg/Kg,有效气含量随氧煤比的增加均呈先上升后下降的趋势,GSP有效气含量变化幅度达28%,而GE有效气含量变化仅18%;GE粗煤气中氢碳比约在0.56~1.03,GSP粗煤气中氢碳比约在0.22~0.52;相同氧煤比及蒸汽煤比范围内,GSP气化产生的煤气热值较高,氧煤比由0.5 Kg/Kg升至1.0 Kg/Kg,GSP煤气热值下降约35%,GE煤气热值下降约29%。相较于GE气化,GSP气化的有效气量大、粗煤气的氢碳比低、煤气热值高,气化过程受氧煤比的影响更为显著。     

德士古水煤浆气化过程模拟

以神东长焰煤为反应原料,采用Aspen Plus流程模拟软件,选择反应平衡模型并应用Gibbs自由能最小化方法对水煤浆气化工艺过程进行了流程模拟,并将模拟数据与工业数据进行了对比,表明模型基本正确。以此模型分析了水煤浆浓度、氧煤比和压力对合成气组成、温度以及有效气流量的影响。结果表明,水煤浆浓度和氧煤比是影响出口合成气的主要因素,在气化炉不超温的情况下应尽量提高水煤浆的浓度以提高煤的利用率,针对不同的化工过程确定了氧煤比的适宜范围为0.84~1.05,压力对气化过程则基本没有影响。同时分析了碳洗塔压力和冷凝液流量对合成气水气比的影响,由于压力一般不多做调节,则冷凝液流量成为影响水气比的主要因素,适当降低冷凝液流量可以提高合成气的水气比。     

非熔渣-熔渣氧气分级气化技术探讨

煤气化技术是煤制甲醇工艺过程的核心。本文借助PROⅡ模拟软件对非熔渣-熔渣氧气分级气化技术进行了探讨,包括关键工艺参数对煤浆制备和气化操作的影响,烧嘴和排渣系统等关键设备及水煤浆、氧气、黑水及灰水等关键管线的设计等问题,为非熔渣-熔渣氧气分级气化装置的设计提供了重要依据。研究表明,氧煤比显著影响炉温和合成气的组成。随着变换冷凝液流量的增加,洗涤塔出口合成气水气比逐渐降低。增加灰水循环量和降低灰水温度均可降低洗涤塔出口合成气的水气比。排渣系统循环操作周期可以依据锁斗的容积进行适当的调整。     

煤气化装置氧煤比控制策略浅析

煤气化是煤、O_2、水或蒸汽在加压条件下进行复杂化学反应,生成以CO和H_2为主的合成气。合成气中,CO和H_2含量是通过控制O_2和煤的进料量比例来实现的。氧煤比控制方案是煤气化装置安全、稳定运行控制方案的核心,氧煤比控制的精确性对碳的转化率、合成气组分、气化炉温度等关键工艺指标有着直接的影响。不同的工艺路线、气化炉炉型、进料方式有不同的氧煤比控制策略。通过对国内部分煤化工装置氧煤比控制方案的研究,阐述了不同装置的控制方案,并对比了优缺点。结果表明,氧煤比控制策略有着不同的适用性,需根据不同的工艺条件进行优化。该分析能为煤气化装置工程技术人员的实际应用提供借鉴。     

水煤浆气化装置水洗过程的建模与优化

煤气化技术的发展不仅提高了煤炭的高效清洁综合利用,同时也减小了煤直接燃烧造成的环境污染.煤气化过程的建模与优化具有十分重要的现实意义.本文基于化工分离技术,建立了水煤浆气化装置水洗过程的模型,并实现了流程模拟.模拟结果与实际工业过程数据相符,模型具有一定的精度.通过灵敏度分析,考察了变换冷凝液的流量和温度,水洗塔出口压力,进口粗合成气的温度、压力、负荷等关键操作参数对出口合成气水汽比的影响.分析结果表明,合成气中的水汽比随着变换冷凝液流量的增加而减小,温度的升高而增加;进口粗合成气对水汽比的大小影响较大,流量越大、温度越高,则水汽比越大;而水洗塔出口压力对水汽比的影响较小,随着压力增加水汽比有一定的减小.根据灵敏度分析的结果,对水煤浆气化装置进行了工艺操作参数的优化,提高了合成气中的水汽比,使之更利于后续工段的生产.     

不同H/C比煤质对水煤浆气化过程的影响分析

以GE水煤浆气化炉为研究对象,在分析煤质组成中H/C比的基础上,利用C_(16)H1_0、C_(18)H_(30)和SO_2代替原煤,应用Aspen Dynamics建立水煤浆气化反应过程动态模型,动态模拟分析煤中不同H/C比等因素对气化过程的影响。模拟结果表明,在同等干煤负荷下,相比于煤中H/C比含量,煤中灰质含量对气化反应器温度、CO含量、冷煤气效率以及H_2S的影响较大,对H_2影响较小,对CH_4含量的影响基本不变。该研究结果为实际生产控制过程中的选煤、配煤等提供指导。     

德士古水煤浆气化过程的建模与优化分析

根据德士古水煤浆气化工艺的操作特性和装置特点,采集实际工业运行数据,基于Aspen Plus软件平台,建立了气化炉和水洗过程的模型,模拟结果与实际生产较吻合。基于所建立的模型,进行了水煤浆浓度、气化反应温度对气化结果的灵敏度分析,并讨论了过程的节水,分析了高温汽提冷凝液对废水排放与合成气水汽比的影响。结果表明:在现有工况下,提高水煤浆浓度和反应温度,有效合成气收率会提高;适当减少高温、汽提冷凝液,有利于装置的废水排放和提高合成气水汽比。     

用选择控制实现德士古气化炉的高效率和安全运行

德士古水煤浆加压气化工艺是一种颇受重视的煤气化制造合成氨原料气的新兴工艺。国外早已实现了工业化,国内已经通过了中间试验,并通过技术引进即将实现工业化。本文结合建在本所的水煤浆加压气化中试装置(已通过国家级鉴定)气化炉的特点,提出了用 SLPC可编程调节器根据不同状况对气化炉进行比值调节或温度定值调节的方案,以确保气化炉的高效率和安全运行,并在投运前对调节系统进行了数字仿真,效果较为满意。     

直接还原炼铁行业中两段粉煤气化工艺模拟的研究

根据碳和水蒸汽、二氧化碳气化是吸热反应的原理,开发了用化学反应法回收高温煤气显热的煤基两段组合式新气化工艺,在发电及钢铁行业有着非常广阔的应用前景.论文用模拟软件Aspen Plus,建立了两段(一段气流床,二段固定床)组合式粉煤气化模型,模拟直接还原炼铁过程(DRI)中的两段组合式气化工艺.研究在二段是否补加水蒸汽,以N2及CO2作为粉煤输送介质的气化工艺指标,模拟结果表明:二段炉内补加水蒸汽时,将会增加二段气化用煤量,而降低了出口煤气中的有效气含量.因此两段气化工艺用于炼铁行业时,选择一段气流床的粉煤以CO2作为输送介质,既增加二段炉内的气化剂,又增加整个气化工艺出口煤气的有效气成分,满足直接还原炼铁行业的要求.     

Optimization and control of one dimensional packed bed model of underground coal gasification

This paper discusses the optimization and control of the one dimensional (1-D) packed bed model of underground coal gasification (UCG) process for an actual UCG site. The optimization is performed to compensate for the uncertainty in coal and char ultimate analysis (caused by repeated measurements of different samples) and in steam to oxygen (O₂) ratio at the reaction front. The constrained nonlinear optimization problem is solved by using state of the art sequential quadratic programing (SQP) algorithm to minimize the error between experimental and simulated heating values. The results of the optimized model are validated with actual filed trials which show a good match for heating value of the product gases. The super twisting controller, a second order sliding mode control (SOSMC) algorithm is successfully implemented on the process model, which keeps the heating value of the product gas at the desired level in the presence of the matched disturbance: steam produced from water influx from surrounding aquifers and due to the moisture content of the coal.     

天然气与煤联合气化的热力学模拟研究

天然气与煤联合气化工艺通过改变进料条件,能够直接得到H2／CO比可调合成气。为探索进料条件对合成气H2／CO比和温度的影响规律,本文建立了描述天然气与煤联合气化制合成气热力学模型,根据该模型计算了不同进料条件对合成气H2／CO和出口温度的影响。计算结果表明,进料中CH2／O2比例的增加可同时显著提高合成气的H2／CO比和降低反应温度;进料中H2O／O2比例的增加只是显著降低反应温度,而对合成气H2／CO比的影响较小;提高进料温度和操作压力对合成气生产有利。     

Control oriented modeling and optimization of one dimensional packed bed model of underground coal gasification

To account for nonlinear nature and huge model uncertainties of underground coal gasification (UCG) process, a robust model based control strategy is to be employed. The available models in the literature do not lend themselves to control applications easily. In this work a control oriented one dimensional (1-D) packed bed model of UCG is developed, which can be used in a closed loop configuration with a robust controller to maintain a desired heating value of the exit gas mixture by manipulating the flow rate of injected gases. The model is also capable of predicting time and space profiles of some important parameters, which include solid temperature, composition of exit gas mixture, rates of different chemical reactions and expected life of the UCG reactor in response to different operating conditions and coal properties. Most of these parameters are either impossible or very expensive to measure. There is uncertainty in some coal properties which is addressed by optimizing few input parameters using sequential quadratic programming (SQP) algorithm, a nonlinear optimization technique. The model results are compared with actual field trials which show a good agreement for the calorific value of exit gas.     

粉煤气化装置中黑水流量计的选型及应用

介绍楔形流量计在粉煤加压气化装置（航天炉）改造中的应用，经过生产实践证明，楔形流量计具有精度高、耐冲刷、使用周期长的特点。     

高炉喷煤煤粉流量及状态检测技术

阐述了高炉喷煤煤粉流量及状态检测的意义，介绍了喷煤煤粉流量检测技术、煤粉状态检测（检堵）技术的应用。喷煤是一种气力输送过程，在流体力学范围内属于气固两相流动，是一个动态、非线性、时变、受强干扰作用、存在时间滞后和对象参数变化的多输入单输出系统。因此，流量测量的原理和采用的设备都大大迥异于其他流量测量场所。文中叙述了两种用于高炉喷煤的测量方式及其各自的优劣，以及最新的一种煤粉流量计和应用情况；还叙述了煤粉状态检测（检堵）在国内的使用情况以及最新技术和产品的应用。     

基于Aspen Plus的酸水汽提模拟

煤气化工艺所生产的合成气,经过一氧化碳变化装置会产生含有少量酸性气的废水,直接排放会污染环境并造成资源浪费,增加酸水汽提-硫磺回收装置可以有效解决该问题。本文应用Aspen Plus对某大型石化行业酸水汽提装置进行模拟,将模拟结果与设计值进行对比分析,研究酸水汽提装置的工艺流程,并且根据建立的酸水汽提模型,对此工艺进行深入讨论,研究并分析几种操作工况对结果的影响,为酸水汽提工艺的优化提供参考。     

Investigation into gas dynamics in an oxyfuel coal fired boiler during master fuel trip and blackout

In an oxygen fired power plant, a large amount of flue gas is recirculated, leading to an unavoidable interaction between the involved fans. The presented paper investigates the dynamics of the gas side at different safety related scenarios. A dynamic simulation model is therefore developed to study the flue gas behaviour in an oxyfuel pulverized coal fired boiler during a master fuel trip and a blackout of the plant. The generated numerical model contains the water/steam side of the boiler, starting from economiser inlet and ending at the hot reheat outlet, and the gas side, including all relevant fans, convective heat exchangers, gas–gas heat exchangers and flue gas cleaning devices. Furthermore, a set of additional models for coast down behaviour of axial fans has been implemented. For the master fuel trip case, different relevant parameters of process control measures regarding the gas dynamics have been analyzed and an optimized master fuel trip scenario is proposed. The blackout of an oxyfuel coal fired boiler at nominal load is detailed demonstrated. The numerical results show that the blackout scenario will not have any negative impact on investigated gas part of the boiler system since the observed lowest negative furnace pressure of −36 mbar can be handled with current state of the art technology.