Texaco气化炉合成气的影响因素及优化.pdf

《Texaco气化炉合成气的影响因素及优化.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第2期煤炭转化Vo1．34NO．22011年4月C0ALC0NVERS10NApr．2O11Texaco气化炉合成气的影响因素及优化王艳玲D马素霞’摘要Texaco气化炉内发生着强烈的传热、传质过程和复杂的化学反应，以质量守恒、能量守恒和化学反应平衡为基础，建立了Texaeo气化炉的简化平衡模型．运用Labview软件强大的数学计算和分析功能进行编程，仿真研究了不同水煤浆浓度和氧煤比下合成气各组分的含量，仿真结果与相关实验结果吻合较好．以合成气有效成分(CO+H：)的含量为目标函数，对气化参数进

2、行了优化．研究结果对气化炉的工业操作具有理论指导意义．关键词气化炉，平衡模型，优化，合成气，有效成分中图分类号TQ54C+H2O——H+C0(2)0引言C+CO，——2Co(3)C+2H2—一CH4(4)煤炭是我国的主要一次能源，其转化利用是我均相反应：国经济发展的主要支柱．以气化为基础的煤基多联1cO+÷0———cO。(5)产系统及能源梯级综合利用技术是实现可持续发展厶1的重要保障，并为二氧化碳减排和通向氢能经济奠H2十去O2一HO(6)厶定了基础．煤气化设备——气化炉的工作性能对能CH+2O2一CO

3、2+2Ho(7)源的转化利用效率有着非常重要的影响，本研究通Co+H2OCO2+H2(8)过建模分析，研究水煤浆浓度和氧煤比对气化炉产CO+3H2CH4+H2O(9)生的粗煤气中有效成分(co+H)含量的影响及其性能最优化，为气化炉的优化运行提供理论依据．1．2气化炉平衡模型已知气化炉工作压力(P)，水煤浆流量(Q)、氧1平衡模型煤比()和水煤浆浓度(a)，根据气化炉内三传一反的原理建立化学反应平衡模型．由于粗煤气中的Watkinson等提出平衡模型，结果表示该模COS和SO。含量很少，本模型认为煤中的

4、硫元素全型对气流床气化炉的仿真效果最好，流化床次之，由部转化为Hs，同样假设煤中的氮元素全部转化为于固定床存在一些不确定因素，其结果最差．E23N，同时为了简化模型，假定加入气化炉内的气化1．1煤的气化过程及气化反应剂(纯氧)完全被消耗，粗煤气的成分主要由H。，CO，CO，CH，N2，H。S和HO组成．Texaco气流床气化炉的气化温度比较高，碳与根据气化炉内发生的化学反应及粗煤气的组氧气、水蒸气、二氧化碳和氢气等进行异相反应，同分，可得到质量平衡方程：时还会伴随着均相反应．其主要反应如下．Nc—m×(

5、6+c+)一—QXaXCc(10)—异相反应：c+手oz一(2一手)CO+(手一1)COzN一(n+2d4：-f+g)一学+(】)(11)*国家高技术研究发展计划(863)项目(2009AA05Z216)．1)硕士生；2)教授、博士生导师，太原理工大学电气与动力工程学院，030024太原收稿日期：20101O-03；修回日期：201O-¨一2o32煤炭转化式中：y。y一。，y，y分别代表合成气中CO，N。一(6+c+号厂)一+Hz，CH，HS的摩尔分数．36+32(⋯12)在本模型中，认为所有的气体为理

6、想气体，理想气体的焓值采用下式计算：N一Xe一—QXaXCN(13)dH=CdT在理想状态下，物质的定压比热容C与温度TNs=m×g～QXaXCs(147—有如下的经验关系式：式中：a，b，C，d，e，f，g分别代表H，CO，CO，CH。C。一A+B丁+C丁2+D丁。N。，HO和H。S在合成气中的摩尔分数；CC，式中：c的单位为4。18J／(tool·K)；T的单位为C。，Cw，Cs分别为煤中元素分析的干燥基；表示K；公式中的A，B，c，D的数值可在文献E43中查取．生成合成气的总摩尔质量；N—N。，N

7、【J1，N。，N式(10)～式(18)中，未知数为m，a，b，C，d，P，f，分别指将煤中C，H，O，N，S的含量折算成C，H，g，T共9个，9个未知数对应有9个方程，理论上可O。，Nz和S的摩尔质量；Q代表水煤浆流量，kg／h；以求解．a表示水煤浆浓度；口表示氧煤比．混合物的摩尔分数还满足道尔顿定理，故：2模型计算结果及性能优化a+b+f+d+P++g一1(157由可逆反应(8)和可逆反应(9)可得到其化学反2．1计算结果应平衡常数：根据所建立的平衡模型，运用软件Labview进_()．O265exp

8、()(16)行仿真计算．计算程序分为两部分：第一部分求解质量守恒方程和化学平衡方程组成的非线性方程组_6．7125X1014exp()(见第33页图17；第二部分是从能量方程中求解气(17)化温度，用来校核计算气化温度(见第33页图2)．式中：P和T分别代表化学反应时的压力和温度．输入数据采用文献[1]中的数据，包括Illinois6根据能量守恒，输入气化炉内的总热量应该等于煤和工作压力．另外选取水煤浆浓度(a一63％，从炉中输出的总热量，