作者/來源：張宗飛，湯連英，呂慶元，章衛(wèi)星，何正兆，畢東煌（中國五環(huán)化學(xué)工程公司，湖北 武漢 430223） 日期： 2008-10-27 點(diǎn)擊率：1308
煤氣化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤清潔利用的最有效途徑，同傳統(tǒng)的直接燃燒相比，它提高了煤的利用率，降低了污染物的排放。Shell粉煤氣化技術(shù)的核心是多噴嘴對置射流和水冷壁，粒度小于100 μm的粉煤用高壓N2或CO2輸送，與純氧和少量水蒸氣經(jīng)置于爐體下部的4個對置噴嘴射流進(jìn)入爐膛，在約1500℃下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，爐渣以熔融態(tài)從爐底排出，高溫氣體［φ（CO＋H2）＞90％］在爐頂與激冷氣混合，降溫至約900℃，或通過水激冷氣進(jìn)一步處理。
對煤氣化過程進(jìn)行模擬具有以下意義：①對整個煤氣化過程進(jìn)行分析，尋找到最優(yōu)操作點(diǎn)，提高整個過程的熱效率，達(dá)到過程優(yōu)化的目的；②輔助設(shè)計(jì)以及解釋說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；③預(yù)測合成氣的組成和污染物的排放。Aspen Plus是一種通用的化工過程模擬、優(yōu)化和設(shè)計(jì)軟件，在物料和熱量平衡、相平衡、化學(xué)平衡及反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)上，Aspen Plus提供了大量的物性數(shù)據(jù)、嚴(yán)格的熱力學(xué)估算模型庫和豐富的過程單元模型庫，可用于各種類型的過程工業(yè)流程的模擬。在提供了可靠的熱力學(xué)數(shù)據(jù)流程操作參數(shù)和準(zhǔn)確的設(shè)備模型的情況下，Aspen Plus可用于工廠實(shí)際生產(chǎn)流程的模擬。當(dāng)Aspen Plus提供的通用過程單元模型不能滿足用戶需求時，用戶可利用其提供的用戶擴(kuò)展接口將自定義的過程單元模型添加到系統(tǒng)中。
基于Aspen Plus強(qiáng)大的模擬功能，筆者借助Aspen Plus軟件建立了Shell粉煤氣化模擬模型，并將模型計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較，同時分析了操作條件對氣化結(jié)果的影響。
1 煤氣化過程分析
從流體特征的角度來說，Shell煤氣化爐可分為特征各異的5個流動區(qū)——射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊擴(kuò)展流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)。從反應(yīng)特征的角度來說，Shell煤氣化爐可分為一次反應(yīng)區(qū)、二次反應(yīng)區(qū)和一、二達(dá)反應(yīng)共存區(qū)。在一次反應(yīng)區(qū)內(nèi)，主要發(fā)生揮發(fā)分的燃燒與碳的部分燃燒反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下。
煤中揮發(fā)分＋O2—→CO2＋H2O
2CO＋O2＝2CO2
2H2＋O2＝2H2O
CH4＋2O2＝CO2＋2H2O
2C＋O2＝2CO
在二次反應(yīng)區(qū)內(nèi)，殘留的碳繼續(xù)氣化，同時一次反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下。
C＋CO2＝2CO
C＋H2O＝CO＋H2
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