两种气化工艺流程模拟分析
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] 依据贵州开阳化工有限公司粉煤气化装置与兖矿国泰化工有限公司水煤浆气化装置实际运行数据进行流程模拟,用Aspen Plus构建两种气化模型并调节工艺参数,对比与分析粉煤气化装置与水煤浆气化装置之气化压力、氧气加入量、水加入量对合成气成分的影响,为两种气化工艺的选用与进一步研发提供一些理论支持。
[关键词] 粉煤气化;水煤浆气化;流程模拟;Aspen Plus;气化压力;氧气加入量;水加入量;合成气成分
[中图分类号] TQ 546 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932(2017)03-0004-03
0 引 言
用Aspen Plus建立水煤浆气化模型和粉煤气化模型,能够更好地研究不同煤种条件下氧煤比、煤浆浓度(水煤比)、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利用状况,这是现代气化工艺研究的重要手段之一。气化模型为稳态模型,包括煤热解模型和燃烧模型等,研究中经常采用Aspen产率反应器RYield进行模拟[1],而由于煤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,因此采用与实验数据关联的方式建模,得到的结果将更为准确。模型的建立,不仅可以辅助设计,还可以预测合成气的组成和污染物的排放等[2]。
贵州开阳化工有限公司引进了2套投煤量1 500 t/d的德国科林CCG粉煤气化装置,是世界上第一套科林CCG粉煤气化炉的工业化示范装置。德国科林工业技术有限责任公司(CHOREN Industrietechnik GmbH)提供了CCG粉煤气化技术许可、专有设备供货和工艺包设计;渣水系统则由华东理工大学提供设计。
兖矿国泰化工有限公司建有投煤量1 000 t/d的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉的工业化示范装置,该项目为华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司共同承担的国家“九五”重点科技攻关项目。
1 CCG炉与水煤浆炉实际运行参数的对比
数据统计期间,CCG炉运行负荷为88%,采用灰分(Aad)为21.03%的混煤;水煤浆气化炉运行负荷为96%,采用灰分(Aad)为8.90%的混煤。数据对比中考虑了煤种的不同所带来的影响,在比煤耗计算过程中,均对原料煤中灰分进行了折算,以干燥无灰基作为计算依据,具体数据见表1。
表1 CCG炉与水煤浆炉实际运行参数的对比
项 目 |
CCG炉 |
水煤浆炉 |
气化温度/℃ |
1 550 |
1 250 |
气化压力/MPa |
3.81 |
3.68 |
有效气(CO+H2)含量(干基)/% |
88.40 |
83.60 |
比氧耗/m3·km-3 |
327.50 |
397.14 |
比煤耗/kg·km-3 |
517.20 |
535.71 |
氧煤比/kg·kg-1 |
0.72 |
0.80 |
水(蒸汽)煤比/kg·kg-1 |
0.11 |
0.67 |
上述2种气化技术的主要区别在于气化温度、氧煤比、水(蒸汽)煤比等。其中,气化温度是由气化所采用的煤种及气化技术共同决定的,而氧煤比是由气化温度决定的,因此受煤种的间接影响。在粉煤气化技术中,水(蒸汽)煤比参数是依据气化反应过程进行调整的,而水煤浆气化技术中,水(蒸汽)煤比是由煤种的成浆性所决定的。
因此,气化技2最重要的影响因素为煤种,本文将利用流程模拟的方法对上述两种气化装置的工艺参数进行对比。
更多内容详见《中氮肥》2017年第3期