作者/來源：張宗飛，湯連英，呂慶元，章衛(wèi)星，何正兆，畢東煌（中國五環(huán)化學工程公司，湖北 武漢 430223） 日期： 2008-10-27 點擊率：1397
煤氣化技術是實現(xiàn)煤清潔利用的最有效途徑，同傳統(tǒng)的直接燃燒相比，它提高了煤的利用率，降低了污染物的排放。Shell粉煤氣化技術的核心是多噴嘴對置射流和水冷壁，粒度小于100 μm的粉煤用高壓N2或CO2輸送，與純氧和少量水蒸氣經(jīng)置于爐體下部的4個對置噴嘴射流進入爐膛，在約1500℃下進行部分氧化反應，爐渣以熔融態(tài)從爐底排出，高溫氣體［φ（CO＋H2）＞90％］在爐頂與激冷氣混合，降溫至約900℃，或通過水激冷氣進一步處理。
對煤氣化過程進行模擬具有以下意義：①對整個煤氣化過程進行分析，尋找到最優(yōu)操作點，提高整個過程的熱效率，達到過程優(yōu)化的目的；②輔助設計以及解釋說明實驗數(shù)據(jù)；③預測合成氣的組成和污染物的排放。Aspen Plus是一種通用的化工過程模擬、優(yōu)化和設計軟件，在物料和熱量平衡、相平衡、化學平衡及反應動力學基礎上，Aspen Plus提供了大量的物性數(shù)據(jù)、嚴格的熱力學估算模型庫和豐富的過程單元模型庫，可用于各種類型的過程工業(yè)流程的模擬。在提供了可靠的熱力學數(shù)據(jù)流程操作參數(shù)和準確的設備模型的情況下，Aspen Plus可用于工廠實際生產(chǎn)流程的模擬。當Aspen Plus提供的通用過程單元模型不能滿足用戶需求時，用戶可利用其提供的用戶擴展接口將自定義的過程單元模型添加到系統(tǒng)中。
基于Aspen Plus強大的模擬功能，筆者借助Aspen Plus軟件建立了Shell粉煤氣化模擬模型，并將模型計算的結果與文獻值進行比較，同時分析了操作條件對氣化結果的影響。
1 煤氣化過程分析
從流體特征的角度來說，Shell煤氣化爐可分為特征各異的5個流動區(qū)——射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊擴展流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)。從反應特征的角度來說，Shell煤氣化爐可分為一次反應區(qū)、二次反應區(qū)和一、二達反應共存區(qū)。在一次反應區(qū)內(nèi)，主要發(fā)生揮發(fā)分的燃燒與碳的部分燃燒反應，化學反應方程式如下。
煤中揮發(fā)分＋O2—→CO2＋H2O
2CO＋O2＝2CO2
2H2＋O2＝2H2O
CH4＋2O2＝CO2＋2H2O
2C＋O2＝2CO
在二次反應區(qū)內(nèi)，殘留的碳繼續(xù)氣化，同時一次反應區(qū)的產(chǎn)物進行二次反應，化學反應方程式如下。
C＋CO2＝2CO
C＋H2O＝CO＋H2
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