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水煤浆气化过程的建模与优化

作 者: 彭伟锋
导 师: 钱锋
学 校: 华东理工大学
专 业: 过程系统工程
关键词: 水煤浆 煤气化 多喷嘴 气流床 建模与优化
分类号: TQ546
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 69次
引 用: 1次
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内容摘要


煤气化技术是一种将煤在高温条件下,通过与气化剂反应,把煤中的可燃部分转化为气体(CO、H2、CH4等)的过程。煤气化技术大大提高了煤的高效清洁利用,同时也缓解了煤直接燃烧造成的环境污染。本文以德士古水煤浆气化技术和多喷嘴对置式水煤浆气化技术为研究背景,在化工流程模拟软件Aspen Plus平台上建立了水煤浆气化过程的平衡模型。根据德士古水煤浆气化工艺的操作特性和装置特点,基于Gibbs自由能最小化原理,建立气化炉模型,并进一步建立全流程模型。模拟结果与实际生产值比较,两者相吻合,说明模型是可靠的。通过灵敏度分析表明:水煤浆浓度越高,有效气成分也越高;提高氧煤比虽能加快煤气化反应,但也会使有效气体产率下降,所以氧煤比需保持在一定的范围内;碳转化率越高,则煤的利用率也越高,但同时也会使气化温度降低。基于全流程平衡模型,对系统进水和出水进行分析,通过改变高温冷凝液和汽提冷凝液的流量大小,使系统用水量得到了优化。优化结果可用于指导实际生产,节约装置用水量。对多喷嘴对置式水煤浆气化工艺的水洗过程进行分析,在Aspen Plus上建立其模型,模拟结果与实际工业生产数据相符,模型具有一定的精度。通过灵敏度分析,表明合成气中的水汽比随着变换冷凝液的流量的增加而减小,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,对主要工艺操作参数进行了优化,提高合成气中水汽比,使之更利于后续工段的生产。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 引言  9-11
  1.2 煤气化技术的发展  11
  1.3 化工过程建模与优化概述  11-14
    1.3.1 化工过程建模  11-13
    1.3.2 化工过程优化  13
    1.3.3 化工流程模拟软件简介  13-14
  1.4 全文主要内容和安排  14-16
第2章 煤气化技术及建模  16-28
  2.1 煤气化原理  16-19
    2.1.1 煤气化的基本化学反应  16-18
    2.1.2 煤性质对气化反应的影响  18-19
  2.2 煤气化的分类  19-25
    2.2.1 移动床气化技术  19-21
    2.2.2 流化床气化技术  21-23
    2.2.3 气流床气化技术  23-25
  2.3 煤气化过程的建模  25-27
    2.3.1 煤气化动力学模型  25-26
    2.3.2 煤气化平衡模型  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 德士古水煤浆气化装置的建模与优化  28-50
  3.1 德士古气化过程流程简述  28-30
    3.1.1 气化及洗涤系统  28-29
    3.1.2 灰水处理系统  29-30
  3.2 德士古气化过程的建模  30-40
    3.2.1 组分规定  30-31
    3.2.2 物性方法的选择  31-34
    3.2.3 气化炉模块分析  34-35
    3.2.4 碳洗塔模块分析  35-36
    3.2.5 德士古气化过程建模  36-38
    3.2.6 模拟结果与分析  38-40
  3.3 关键操作参数对气化结果的灵敏度分析  40-46
    3.3.1 水煤浆浓度对气化结果的影响  40-41
    3.3.2 氧煤比对气化结果的影响  41-43
    3.3.3 碳转化率对气化结果的影响  43-45
    3.3.4 气化温度对气化结果的影响  45-46
  3.4 德士古气化工艺系统用水量的优化分析  46-48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 多喷嘴对置式水煤浆气化装置水洗过程的建模与优化  50-61
  4.1 多喷嘴对置式水煤浆气化装置水洗过程简述  50-51
  4.2 水洗过程的建模  51-55
    4.2.1 组分规定  51
    4.2.2 物性方法的选择  51
    4.2.3 单元模型  51-52
    4.2.4 水洗过程的模型  52-54
    4.2.5 水洗过程模拟结果  54-55
  4.3 关键操作参数对合成气中水汽比的灵敏度分析与优化  55-60
    4.3.1 关键参数对水汽比的灵敏度分析  55-59
    4.3.2 水洗过程水汽比的优化  59-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章 总结与展望  61-63
  5.1 全文总结  61-62
  5.2 工作展望  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文、成果及参与的项目  68

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 煤炭气化工业 > 气化工艺
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