基于Aspen Plus的半焦制浆及气化模拟研究.pdf

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1、煤炭加工与综合利用No．12，2014COALPR0CESSING＆COMPREHENSIVEUTILIZATION6l基于AspenPlus的半焦制浆及气化模拟研究方薪晖(神华集团北京低碳清洁能源研究所，北京102209)摘要：为考察半焦替代原煤进行水焦浆气化的适应性，参考现有工业数据，建立水煤浆制备与气化工艺的集成模型，针对神木某半焦及原煤，通过实验研究确定半焦及原煤的成浆性，利用经过修正及验证的AspenPlus模型，将成浆数据作为模型输入，分别对半焦及原煤的气化工艺进行模拟计算，结果表明AspenPlus模型能够准确模拟气流床气化过程，计算误差在许可范

2、围内；同等制浆条件下，半焦成浆性高出原煤成浆性约7个百分点，水焦浆气化的粗合成气中有效气体积分数达到88．4％，冷煤气效率为79．9％。关键词：半焦；水焦浆：煤气化；计算机应用；流程计算中图分类号：TQ521文献标识码：A文章编号：1005—8397(2014)12—0061-05我国的褐煤资源丰富，约占全国煤炭己探明件对化工工艺进行模拟优化是一个重要方向。目保有量的l3％。近年来，褐煤热解技术得到广前，国内外的研究人员在煤气化过程模拟和研究泛关注。褐煤热解的主要产品为半焦、焦油和煤方面做了大量的工作。大量的文献已证明，利用气，其中半焦的收率一般高于50％。半

3、焦由于在AspenPlus软件模拟气化过程对于生产、设计、热解阶段已经脱除大量挥发分，相对于原煤变得科研都具有重要意义[3-4]。本文将制浆及气化反低硫、低氮[1】。如果将其制备成水焦浆进行气化，应过程进行集成建模，利用模型预测水焦浆气化气化产生的合成气中的硫化物、氮化物等污染物的几个重要指标，从理论上评价半焦替代原煤进会大大减少，使后续的净化工段也得以简化。从行水焦浆气化的适应性，同时也为生产实践提供拓宽半焦应用和煤炭的清洁、高效利用的角度分相关基础数据。析，可以考虑利用半焦作为气化原料，但目前为止，半焦气化的工业应用还没有问世。另一方面，1气化模型的建立水

4、煤浆气化技术已经得到大力发展[2】，成熟的水煤的气化方式有多种，根据原料在炉内的状煤浆气化技术可以为开发水焦浆气化提供技术参态可将气化炉分为固定床、流化床和气流床三大考，因此研究水焦浆气化技术具有一定必要性和类[5】。水煤浆气化属于气流床气化中的典型应用。可行性。为考察水焦浆用于气化的适应性，首先参考某厂随着计算机能力的发展，采用流程模拟软水煤浆气化的工业数据，建立水煤浆成浆及气化的集成模型，然后将原料煤替换成半焦进行相关收稿日期：2014．11-05模拟计算，分别对水焦浆及水煤浆的气化指标进基金项目：国家863课题(低阶煤热解半焦制浆及气流床行对比，最后对影

5、响水焦浆气化的操作参数进行半焦气化技术研发，GB9300130001)多工况分析。作者简介：方薪晖(1982一)，男，湖北蕲春人，2009年毕业于大连理工大学化学工程专业，工学硕士，神华集团北京低碳1．1热力学方法清洁能源研究所工程师。气流床气化属于高温、高压反应，反应体系62煤炭加工与综合利用2014年第l2期内主要为H2、CO、H2O及CO2。AspenPlus内置磨功耗的计算。SCREEN模块用于固体混合物中的RK—SOAVE物性方法多用于气体加工、炼油不同尺寸的颗粒的分离，两股出口物流中的颗粒等工艺过程的计算，适用体系为非极性或弱极性物性保持一致，通过

6、设定的筛网开孔尺寸来计算的混合组分。该方程尤其适用于高温、高压条件其分离效率。PUMP模块可根据进出口压力及流]，因此模型的全局物性选择RK—SOAVE。Aspen量等数据来计算隔膜泵的功耗。Plus在计算时，一般将所涉及的组分定义为常规1．2．2气化反应系统组分和非常规组分。在气化过程中的合成气组分水煤浆和氧气被同时送入气化炉喷嘴，在为常规组分，而煤粉或焦粉之类的固体组分则气化炉内进行气化反应。对于气流床气化的模定义为非常规组分。通过定义煤或半焦的工业拟已有诸多报道【1，合成气在气化炉内停留时间分析、元素分析及硫分析数据，AspenPlus可以短。对于这种快

7、速达到热力学平衡的反应过程，利用HCOALGEN模型来计算非常规组分的焓。通常可选用Gibbs自由能最小化反应器来模拟此HCOALGEN模型包含了燃烧热、标准生成焓和类反应。通过AspenPlus内置的Calculator模块热容的不同关联式，煤的密度则用DCOALIGT模型来计算。可控制水和煤粉的配比，以此来调节水煤浆的浓1．2模型建立度。对于煤或半焦类非常规固体参与的反应，常评价水焦浆对于气化过程的适应性时，不仅规方法是将气化过程分解成两个独立的过程。首要考虑水焦浆对气化炉的热平衡、产品组成的影先是煤的热裂解。此时，煤中的C、H、O、N、响，还需考虑半焦替

8、代原煤所导致的制浆系统中S全部转入气相