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摘要煤炭是一种非常重要的化石燃料，如何高效利用煤得到了人们越来越多的关注。煤炭分级转化利用是一种高效清洁的煤炭利用方式。半焦的循环流化床气化是煤炭分级转化利用的重要环节。但关于半焦循环流化床气化的模拟及模型报道非常少。本文在Aspen plus软件平台上，构建了两种循环流化床半焦气化模型，并通过将两种模型的模拟结果与实验数据对比，得到两种模型的精确度。本研究所建立的模型可广泛应用于煤化工、煤气化能领域的模拟研究中。30978
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关键词 半焦气化 循环流化床 Aspen Plus
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Simulation of Char Gasification Using Circulating Fluidized Bed Based on Aspen Plus
Abstract
As a very important fossil fuel, people pay more attention to how to use coal by a more efficient way. Coal conversion utilization is an efficient and clean way of coal utilization. Semi coke circulating fluidized bed gasification is an important part of coal conversion utilization. In this paper, we build two models of CFB by Aspen plus. By comparing with experimental data ,we can get the accuracy of the two models. Models built in this research can be widely used in coal chemical industry and Coal gasification energy field
Keywords Semi coke gasification CFB Aspen plus
目 次
1 引言1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 煤气化技术简介 1
1.3 Aspen plus仿真软件简介2
2 循环流化床半焦气化炉模拟方法 4
2.1原料及假设 4
2.2 简单模型 5
2.3 复杂模型 7
3 简单模型、复杂模型与实验的对比 13
结论 14
致谢 15
参考文献16
1 引言
1.1课题研究的背景与意义
能源是人类赖以生存和发展的基础，随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。然而，普通的化石燃料的污染很严重，尤其是煤的燃烧，产生的硫化物和氮化物对空气都有较大的危害性。因此，在当前，如何清洁利用煤变成了一项重要的课题。
煤炭气化是煤炭高效清洁利用的一种重要途径，可以有效地除去煤炭燃烧后产生的污染。目前有过很多关于煤炭气化的研究，然而关于半焦气化的研究相对较少。例如Fang等人研究在循环流化床气化实验中气体速度和气化温度的影响，但是他们的气化剂是O2和CO2，这很难在实际中应用[1]。Matsuoka等人研究煤焦在鼓泡流化床（BFB）中通过蒸汽进行气化，但是他们的实验主要集中在碳气化的动力学模型，并且只能使用蒸汽作为气化剂[2]。
关于半焦气化的Aspen Plus模型的研究则更少，因此，本课题在Aspen Plus软件平台上建立几种循环流化床半焦气化炉模型，通过比较合成气模拟结果，找出合适的模型，以适用于半焦气化相关的模拟。
1.2煤气化技术简介
煤的气化过程主要分为干燥、热解、气化等过程。煤进入气化炉后，150oC之前主要为干燥过程，煤在热量的作用下，析出表面水分。当温度升高到200oC以上时开始进行热解反应。气化炉中煤的热解温度通常较低，在700oC以下，此时煤初步分解成一系列气体产物。其中的气化反应主要是指煤中的碳与气化剂进行的反应，例如碳与氧气，碳与水蒸气之间的反应。同时，气化反应也包括碳与反应产物，反应产物相互之间进行的反应[3]。
目前，主流的煤气化技术主要有固定床，流化床和气流床三种。其中，固定床主要以块煤（煤料颗粒在10～50mm之间）为原料，固定床的代表是鲁奇气化工艺。它的主要优点是可以使用劣质煤气化，氧耗量也很低。同时，鲁奇炉中的气化反应为逆向反应，煤在炉内可以停留较长的时间，使反应炉内的操作温度以及反应炉出口的煤气温度较低，气化效率比较高。虽然鲁奇气化工艺的优点很多，但是固定床气化只能以不粘块煤为原料，原料限制很大，另外炉内气－固逆流换热，导致粗煤气中所含焦油的比例较大，导致后续的净化流程更复杂，这就增加了投资和成本[4]，缺陷较大。气流床是指气体介质夹杂煤粉，使其处于悬浮状态进行气化的气化过程。气流床的工艺较灵活，对煤种的适应力较强，同时，气流床中的煤微粒是单独完成热解，气化及形成熔渣等各个过程，气化过程不受煤的粘结性影响。但是气流床不能适应我国的煤种，气化炉温度也较高导致喷嘴等部件易损坏，氧耗量也较高[5]。在此背景之下，流化床作为一种能够适应于劣质煤种且产品中不含焦油的技术，受到了人们的关注。当气体或液体以某种速度通过颗粒床层而足以使颗粒物悬浮并能保持连续的随机运动时，便出现了颗粒床层的流化。流化床就是利用这种原理使煤颗粒达到流态化。流化床的特点在于具有较高的传热传质速率，固体颗粒分布和温度分布也比较均匀[6]。流化床中，循环流化床是流化床工艺的一个发展方向，循环流化床具有较高的滑移速度，能够保证气固两相的充分混合，促进气化炉内的热质传递，有利于煤料的快速升温，从而减少焦油的产生。同时，它对煤颗粒大小和形状没有要求，因此适合处理劣质煤料[7]。