發(fā)布時間：2017-04-23 22:06

  本文關鍵詞：兗州煤氣化過程的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,對能源的需求日益增長,我國以煤為主的能源消費結構在相當長的時期內將不會改變。開發(fā)先進的潔凈煤技術,提高煤炭利用效率、減少煤直接燃燒帶來的環(huán)境污染的主要途徑之一是研制和推廣應用煤炭氣化技術,發(fā)展基于煤氣化的能源轉化技術已成為能源領域科技界和企業(yè)界的共識�；诖�,本文在已有煤氣化研究的基礎上,進一步從熱力學和和動力學方面對煤的氣化和凈化過程進行了分析探討。論文的主要工作和結論包括: (1)建立了煤氣化過程的熱力學模型,對粉煤氣化過程進行了分析,采用最小Gibbs自由能法和平衡常數(shù)法分別建立了氣化爐的數(shù)學模型,對流程算法進行了改進。結果表明,模擬值和實驗值吻合良好。 (2)研究了工藝條件對粉煤氣化爐氣化結果的影響,氧煤比對氣化進程的影響較蒸汽煤比及其它操作條件更為顯著;確定了模擬煤種的最佳氧煤比是0.70~0.80 kg/kg,氣化爐出口CO+H2的最大干基體積分數(shù)為96.48%,冷煤氣效率最高為83.56%,最大有效氣產率為1.74m3/kg;氧煤比每升高0.1kg/kg,氣化爐出口溫度升高約40℃,而蒸汽煤比每升高0.1kg/kg,氣化爐出口溫度降低約8℃;在氣化劑中加入適量的水蒸氣能增加煤氣中H2的體積分數(shù),控制爐溫不致過高,同時還能降低氧耗量;但水蒸氣過多將使爐溫降低,影響氣化過程。 (3)綜述并分析了氣化過程煤氣的凈化工藝,設計了以中溫干法脫硫凈化系統(tǒng)為模擬對象的氣化煤氣脫硫工藝。研究結果表明,爐內進行石灰石預脫硫,理論上可達到86%的脫硫效率,其中Ca的加入量存在Ca/S比為1~1.2的最佳值,增大壓力不利于爐內脫硫的進行。氣體在氣化爐外的脫硫使用本課題組的脫硫劑進行精脫除,可使總脫硫率達到99%以上,基本滿足后續(xù)工業(yè)生產的1mg/m3需要。 (4)對升溫速率影響煤熱解特性的研究表明,升溫速率主要是通過影響煤熱解反應的活化能及頻率因子起作用。隨著升溫速率的增大,最大失重溫度延遲,主要是由煤熱解過程中逆向縮聚活化能略低于正向解聚活化能所致。 (5)對不同升溫速率下的熱解過程進行了動力學分析,采用分階段進行數(shù)值回歸,發(fā)現(xiàn)在不同階段的活化能的差異很大,在各階段的具有一定規(guī)律性,基本呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。 (6)溫度和升溫速率對氣化反應影響顯著,隨氣化溫度升高或升溫速率的增大,煤焦碳轉化率明顯增加,煤焦完成氣化反應的時間縮短。在恒溫反應時,煤焦-CO2氣化速率隨氣化時間延長呈山峰狀變化。 (7)采用多元線性回歸法,得出不同氣化溫度下煤的動力學方程,總體反應級數(shù)為2級,動力學方程為:在900~1000℃之間動力學控制形式為縮核模型,動力學表達式為:;在1000~1100℃之間,反應級數(shù)為溫度的線性關系,表達式:n=9.926-0.006T,經(jīng)非線性最小二乘法回歸此區(qū)間的動力學參數(shù),動力學表現(xiàn)形式為修正性隨機孔模型,表達式為:
【關鍵詞】：Aspen plus 氣化 脫硫 流程模擬 熱力學 動力學
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TQ546
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文獻綜述與選題13-29
• 1.1 課題背景13-16
• 1.1.1 中國能源現(xiàn)狀13
• 1.1.2 發(fā)展煤氣化技術的必要性13-15
• 1.1.3 煤炭氣化的意義15-16
• 1.2 煤氣化過程原理16-23
• 1.2.1 煤的熱解過程16-17
• 1.2.2 煤的熱解機理17-18
• 1.2.3 煤的熱解分類18
• 1.2.4 煤的氣化過程18-20
• 1.2.5 煤氣化反應過程的影響因素20-23
• 1.3 煤氣化工藝分類23
• 1.4 煤氣化技術的發(fā)展及研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 煤氣化技術的發(fā)展23-26
• 1.4.2 煤氣化技術的研究現(xiàn)狀26-27
• 1.5 本論文的研究內容27-29
• 第二章 煤氣化熱力學性能分析29-49
• 2.1 基于Aspen plus 過程模擬的原理30-32
• 2.1.1 Aspen plus 流程模擬軟件介紹30-31
• 2.1.2 Aspen Plus 化學反應器模型31-32
• 2.2 熱力學平衡計算方法32
• 2.2.1 物平-化平-能平法32
• 2.2.2 平衡模型法32
• 2.3 氣流床氣化過程32-35
• 2.3.1 Shell 煤氣化方法及流程33
• 2.3.2 爐內化學反應過程33-35
• 2.4 最小G 值法建模及模型描述35-38
• 2.4.1 煤干燥單元35-36
• 2.4.2 煤裂解單元36
• 2.4.3 Gibbs 反應器單元36-37
• 2.4.4 計算過程37-38
• 2.5 平衡常數(shù)法建模與解析38-40
• 2.5.1 獨立反應確定38-39
• 2.5.2 平衡常數(shù)與各物質組分含量的關系39-40
• 2.5.3 模型求解40
• 2.6 模型驗證40-41
• 2.7 模擬分析41-46
• 2.7.1 流量配比對氣化性能的影響分析41-46
• 2.7.2 壓力及粉煤粒徑對氣化性能的影響分析46
• 2.8 小結46-49
• 第三章 煤氣的凈化49-55
• 3.1 氣化過程脫硫方案的設計49-50
• 3.1.1 爐內脫硫過程49-50
• 3.1.2 爐外脫硫過程50
• 3.2 煤氣化及凈化模型的建立50-51
• 3.3 脫硫過程的模擬分析51-54
• 3.3.1 爐內脫硫過程的模擬分析51-53
• 3.3.2 爐外脫硫過程的模擬分析53-54
• 3.4 小結54-55
• 第四章 煤氣化過程動力學研究55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗部分55-57
• 4.2.1 熱重分析55-57
• 4.3 煤的熱解性能分析57-60
• 4.3.1 數(shù)據(jù)預處理57
• 4.3.2 實驗結果與討論57-58
• 4.3.3 熱解反應動力學分析58-60
• 4.4 煤的氣化性能分析60-66
• 4.4.1 實驗方法60-61
• 4.4.2 實驗結果與討論61-64
• 4.4.3 氣化反應動力學基礎64
• 4.4.4 氣化反應動力學模型64-66
• 4.5 動力學模型回歸66-72
• 4.5.1 混合反應模型66-68
• 4.5.2 縮核模型68-70
• 4.5.3 隨機孔及其修正模型70-72
• 4.6 小結72-73
• 第五章 結論與展望73-75
• 5.1 主要結論73-74
• 5.2 今后工作建議74-75
• 參考文獻75-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文目錄83

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉娜;黃雪莉;;基于Aspen Plus的煤干燥過程模擬計算[J];煤炭轉化;2013年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張進春;氣流床煤氣化工藝性能穩(wěn)健優(yōu)化與控制研究[D];中南大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 康守國;K_2CO_3催化煤焦—水蒸氣氣化的研究[D];河北工業(yè)大學;2011年

2 劉娜;新疆部分煤炭氣化過程的模擬優(yōu)化[D];新疆大學;2012年

3 吳亮;渾源煙煤的生物CaO催化氣化特性研究[D];華北電力大學;2012年

  本文關鍵詞：兗州煤氣化過程的數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：323090