基于Aspen Plus的半焦制浆及气化模拟研究.docxVIP

煤炭加工与综合利用

No.12,2014COALPROCESSINGCOMPREHENSIVEUTILIZATION61

基于AspenPlus的半焦制浆及气化模拟研究

方薪晖

(神华集团北京低碳清洁能源研究所，北京102209)

摘要：为考察半焦替代原煤进行水焦浆气化的适应性，参考现有工业数据，建立水煤浆制备与气化工艺的集成模型，针对神木某半焦及原煤，通过实验研究确定半焦及原煤的成浆性，利用经过修正及验证的AspenPlus模型，将成浆数据作为模型输入，分别对半焦及原煤的气化工艺进行模拟计算，结果表明AspenPlus模型能够准确模拟气流床气化过程，计算误差在许可范围内；同等制浆条件下，半焦成浆性高出原煤成浆性约7个百分点，水焦浆气化的粗合成气中有效气体积分数达到88.4%,冷煤气效率为79.9%。

关键词：半焦；水焦浆；煤气化；计算机应用；流程计算

中图分类号：TQ521文献标识码：A

我国的褐煤资源丰富，约占全国煤炭已探明保有量的13%。近年来，褐煤热解技术得到广泛关注。褐煤热解的主要产品为半焦、焦油和煤气，其中半焦的收率一般高于50%。半焦由于在热解阶段已经脱除大量挥发分，相对于原煤变得低硫、低氮1。如果将其制备成水焦浆进行气化，气化产生的合成气中的硫化物、氮化物等污染物会大大减少，使后续的净化工段也得以简化。从拓宽半焦应用和煤炭的清洁、高效利用的角度分析，可以考虑利用半焦作为气化原料，但目前为止，半焦气化的工业应用还没有问世。另一方面，水煤浆气化技术已经得到大力发展[2],成熟的水煤浆气化技术可以为开发水焦浆气化提供技术参考，因此研究水焦浆气化技术具有一定必要性和可行性。

随着计算机能力的发展，采用流程模拟软

收稿日期：2014-11-05

基金项目：国家863课题(低阶煤热解半焦制浆及气流床半焦气化技术研发，GB9300130001)

作者简介：方薪晖(1982一),男，湖北蕲春人，2009年毕业于大连理工大学化学工程专业，工学硕士，神华集团北京低碳清洁能源研究所工程师。

文章编号：1005-8397(2014)12-0061-05

件对化工工艺进行模拟优化是一个重要方向。目前，国内外的研究人员在煤气化过程模拟和研究方面做了大量的工作。大量的文献已证明，利用AspenPlus软件模拟气化过程对于生产、设计、科研都具有重要意义3-4。本文将制浆及气化反应过程进行集成建模，利用模型预测水焦浆气化的几个重要指标，从理论上评价半焦替代原煤进行水焦浆气化的适应性，同时也为生产实践提供相关基础数据。

1气化模型的建立

煤的气化方式有多种，根据原料在炉内的状态可将气化炉分为固定床、流化床和气流床三大类[5。水煤浆气化属于气流床气化中的典型应用。为考察水焦浆用于气化的适应性，首先参考某厂水煤浆气化的工业数据，建立水煤浆成浆及气化的集成模型，然后将原料煤替换成半焦进行相关模拟计算，分别对水焦浆及水煤浆的气化指标进行对比，最后对影响水焦浆气化的操作参数进行多工况分析。

1.1热力学方法

气流床气化属于高温、高压反应，反应体系

62煤炭加工与综合利用2014年第12期

内主要为H?、CO、H?O及CO?。AspenPlus内置的RK-SOAVE物性方法多用于气体加工、炼油等工艺过程的计算，适用体系为非极性或弱极性的混合组分。该方程尤其适用于高温、高压条件[6,因此模型的全局物性选择RK-SOAVE。Aspen

Plus在计算时，一般将所涉及的组分定义为常规组分和非常规组分。在气化过程中的合成气组分为常规组分，而煤粉或焦粉之类的固体组分则定义为非常规组分。通过定义煤或半焦的工业分析、元素分析及硫分析数据，AspenPlus可以利用HCOALGEN模型来计算非常规组分的焓。HCOALGEN模型包含了燃烧热、标准生成焓和热容的不同关联式，煤的密度则用DCOALIGT

模型来计算。

1.2模型建立

评价水焦浆对于气化过程的适应性时，不仅要考虑水焦浆对气化炉的热平衡、