UCC热解模型构建
李 智
(兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司，山东 滕州277527）
［摘 要］ 根据已知的反应动力学方程及实验数据，参考现有热解实验结果，用化工模拟软件Aspen Plus构建的热解模型对超净煤的热解条件进行优化，由此为用Aspen Plus构建水煤浆气化模型打下基础。
［关键词］ 超净煤；热解模型；物性方法；反应动力学；水煤浆气化模型
［中图分类号］ TQ 544 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1004-9932（2016）06-0076-02
0 引 言
用Aspen Plus建立水煤浆气化模型，能够更好地研究不同煤种条件下氧煤比、煤浆浓度、气化压力、气化温度等对气化炉运行的影响，以及气体成分的变化和能量平衡，是现代气化研究的重要手段之一。水煤浆气化模型为稳态模型，其中包括了煤热解模型，研究过程中经常采用Aspen产率反应器RYield进行模拟［1］，由于煤炭热解过程物质及化学成分的复杂性，使得一个产率反应器对热解过程的模拟结果准确性相对较差，因此采用实验数据关联的方式建模，得到的结果将更准确。而模型的建立可以辅助设计，还可以预测合成气的组成和污染物的排放等［2］。
超净煤，英文名称为Ultra Clean Coal，简称UCC，是兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司立足煤炭清洁利用而研发出来的煤炭产品，其特点是灰分小于1%（质量分数，下同），据煤种的不同，部分煤种灰分甚至可控制在0.5%以内，其粒度较细且粒径分布较为均匀，是一种理想的清洁燃料。
1 热解机理
煤的热解机理是自由基反应过程［3］，包括自由基的产生、缩聚、交联及加氢反应等。煤热解反应开始于键的断裂［4］。
对UCC热解过程的研究，基于水煤浆气化过程的探讨，利用UCC热解模型对煤气化过程的多个条件进行预测。UCC煤粉的粒度一般情况下小于500 μm，气化压力一般在20～50 atm，温度一般高于1 000 ℃。
图1是热解实验装置，主要包括反应器、仪控系统、温控系统、样品采集、分析系统5个部分。将制备好的UCC样品置于实验装置中的不锈钢面板上，在1 atm氦气环境或真空环境下，用电加热的方法对UCC样品升温，以此获得产品及各组分的分析结果。
图1 热解实验装置流程简图
2 物性方法
用RK-SOAVE计算常规混合物及常规固体，用HCOALGEN和DCOALIGT计算非常规物质的焓与密度。HCOALGEN需要煤的工业分析、元素分析、硫分析数据，模块中所有的焦炭和灰分数据都是以分析结果为基础的。
在Aspen Plus中建立所涉及的物质模型，见表1。
表1 水煤浆气化模型所涉及的物质
采用其中一种UCC样品作为实验原料，其工业分析、元素分析、硫分析数据（均为质量分数）详见表2。
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期