shell粉煤气化及texaco水煤浆气化模拟对比及分析

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1、万方数据第29卷第1期2012年1月28日计算机与应用化学ComputersandAppliedChemistryV01．29，No．IJanuary，2012Shell粉煤气化及Texaco水煤浆气化模拟对比及分析姚月华1，一，陈晏杰1，一，江振西1，，张香平2，，任保增1，汪敬恒1，黄磊2，董海峰2(1．郑州大学化工与能源学院，河南，郑州，45001；2．中国科学院过程工程研究所，离子液体清洁过程北京市重点实验室，多相复杂系统国家重点实验室，北京，100190)摘要：以AspenPlus为模拟工具，选择反应平衡模型，应用Gibbs自由能最

2、小化方法建立了Shell粉煤气化模型及Texaco水煤浆气化模型，运用灵敏度分析研究了不同操作条件对气化工艺的影响，结果表明：对于Shell气化工艺，蒸汽煤比和氧煤比是影响Shell气化炉的出口组成的主要因素，当蒸汽煤质量比为0．08--0．11，氧煤质量比为O．8加．9时进行气化较为合适；对于Texaco气化工艺，水煤浆浓度和氧煤比是影响Texaco气化炉的出口组成的主要因素，当水煤浆浓度在65*／,(wt)左右，氧煤质量比为0．95～1．05时进行气化较为合适。通过对两种气化工艺的对比与分析，为IGCC、煤气化等过程的气化工艺选择提供了重

3、要的参考。关键词：Texaco水煤浆气化；Shell粉煤气化：灵敏度分析中图分类号：TQ546．2文献标识码：A文章编号：1001．-4160(2012)01．75．791引言煤气化技术是实现煤清洁利用的一种有效途径，以煤气化为基础的化工及能源系统已成为世界范围内清洁、高效、经济地利用煤炭资源的热点技术。煤气化方式有多种，Texaco水煤浆气化工艺是在重油气化的基础上发展起来的煤气化技术，商业化程度较好，具有进料简单、安全可靠、气化炉结构简单等优点，但也存在一些问题，如喷嘴及耐火材料寿命短，物料在炉内停留时间段，气化过程中氧煤比高，耗氧量大等

4、[1】。以渣油气化技术为基础发展起来的Shell干粉煤气化技术，具有碳转化率高、氧耗低、调节负荷方便等优点，但设备复杂，初期投资高瞄J。关于气化工艺的模型，吴学成[3-4]等从化学动力学的角度，结合化学平衡，建立了气流床的气化动力学模型，该模型考虑了煤热解和气化所经历的各反应过程，该模型计算结果与实验预测数据吻合较好，但适用范围较窄。项友谦【51根据物料平衡、能量平衡和化学平衡的原理，建立了粉煤加压气化的平衡组成计算模型，并用4种方法进行求解，该模型比较适合流化床和气流床的模拟。A．P．Watkinson[61建立了气化炉的平衡模型，用以预测

5、气化产物组成及气化炉的产物分布，模型主要包括C、H、O、N、S元素的质量平衡，4个主要反应的平衡以及能量平衡，该模型对多个煤种进行模拟计算，并与多种商业气化炉的文献值进行比较，计算结果与气流床，尤其是干煤进料的气流床吻合程度较好，流化床次之，但这些方法的计算过程都相对复杂。采用ASPENTECH公司的稳态化工过程模拟软件AspenPlus进行模拟计算，应用Gibbs自由能最小化方法，采用RK-Soave热力学方程，建立了Shell粉煤气化模拟模型及Texaco水煤浆气化模拟模型，该模型易于收敛，计算简便，并且模拟计算结果与文献值吻合良好。同时

6、，运用灵敏度分析方法研究了不同操作条件对气化结果的影响，为IGCC、煤气化等过程的气化工艺选择提供了重要参考。2气化工艺说明2．1Shell气化工艺Shell气化炉是气流床气化炉的典型代表之一，参数设置如表1所示，该工艺采用干粉煤进料，避免了湿法因水气化升温带来的能量损失，在煤种适应性、氧气消耗、碳转化率、热效率等方面，Shell气化技术占有一定的优势17]。其工艺过程为粉煤、氧气及少量水蒸气在加压条件下，并进入气化炉内，气化温度为1450℃～1600℃，煤在极其短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列的物理变化和化学反应过

7、程，碳转化率可达99％左右，气化产物是以H2和CO为主的粗合成气，CH4含量很少，整个气化过程约为5％的能量流失【8母】。表1气化炉的参数设置!!!!!!!堙i!!!!E竺坠皿罂!!型苎!堡21墅坚i!!!堡：ItemShellTexaco2．2Texaco气化工艺Texaco水煤浆气化技术，在国内已经有化工应用，Texaco气化炉参数设置如表1所示，煤和水在常规的煤浆磨中被制成浓度通常是600／0,--68％的水煤浆，水煤浆和95％及以上纯度的氧气被同时送入气化炉喷嘴，在气化收稿日期：2011-10-20；修回日期：2011-12-21基金

8、项目：国家重点基础研究发展计划(973)(2009CB219907)；国家高技术研究发展计划(863)(2011AA050606)作者简介：姚月华(198州，女，河