德士古煤氣化過程的計算與分析

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1、德士古煤氣化過程的計算與分析???[摘?要]?通過物料衡算，得到煤氣化合成氣的組成函數(shù)，從物料角度，氧氣投入量越少越好。通過能量衡算，得到各條件下氣化爐中氧氣的最少需要量，這也是理論最少量，同時還給出了氣化爐能量平衡對氧氣投入量的敏感程度；并提出有關(guān)改進生產(chǎn)和工藝的一些建議。???[關(guān)鍵詞]德士古；煤氣化；熱力學(xué)；最少氧氣量；水煤漿濃度?0?引言???德士古爐煤氣化過程非常復(fù)雜，生產(chǎn)中常常根據(jù)經(jīng)驗對生成狀況進行調(diào)整，特別是兩個重要參數(shù)的調(diào)整，即水煤漿濃度和氧氣投料量，缺乏理論數(shù)據(jù)的支持。本文力圖經(jīng)過一些必要的簡化，從理論上給出德士古爐

2、的產(chǎn)品與投料的定量關(guān)系，獲得了成功，該結(jié)果對實際操作具有很強的指導(dǎo)意義。1?物料衡算1.1數(shù)學(xué)模型???為了建立氣化爐內(nèi)煤的燃燒模型，對各物料狀態(tài)特別是煤的組成和狀態(tài)作下列簡化。這些簡化使得物料衡算得以進行，但不會偏離過大，這些簡化之后通過計算所得的結(jié)論依然有指導(dǎo)意義。???（1）把煤看作是碳、氫、氧三元素以及其他元素組成的混合物，其他元素都看作是惰性元素。以陜西神府煤為例，進行估算后，各元素取平均值，組成如表1。表1原料煤的組成元素CHO其他百分含量％74.05.014.07.0???煤中灰份按6％計，因灰分中含氧比例高，而含碳氫元

3、素少，煤渣按11％計算，這樣1噸煤實際參與氣化反應(yīng)的元素組成見表2。表2?原料煤實際參與氣化反應(yīng)的元素組成元素CHO參與量％70.064.7312.46????（2）對氣體做必要的簡化。雖然煤漿氣化為合成氣的時間只有數(shù)秒，但氣化爐內(nèi)溫度高達1400℃，在高溫，中壓（氣化爐壓力4MPa左右）情況下，所考察的5種氣體，CO、CO2、H2、O2、H2O均看作理想氣體。???（3）因整個氣化爐處于還原性氣氛（主要氣體為H2和CO，這兩種氣體均為還原性氣體），可以認(rèn)為氣化反應(yīng)后氧很少，可以忽略。???（4）氣化爐內(nèi)的水分為兩部分，一部分是水煤漿

4、中所含的水，另一部分是激冷水。水煤漿中的水隨煤的燃燒迅速氣化，溫度升到1400℃，所以認(rèn)為這部分水是完全參與氣化反應(yīng)的；而激冷水溫度只有200℃左右，在無催化劑條件下，反應(yīng)CO＋H2O=H2+CO2幾乎不能進行，所以認(rèn)為這部分水是不參與氣化反應(yīng)的。???下面對CO＋H2O=H2+CO2這一反應(yīng)在1400℃、4MPa的平衡進行計算，原始物性數(shù)據(jù)均摘自http://webbook.nist.gov/chemistry/.實際上，氣化爐內(nèi)并未達到平衡，根據(jù)多次的經(jīng)驗和根據(jù)我公司德士古爐出爐合成氣組成的結(jié)果反向推算，平衡值取0.5比較合適，即

5、：????????????（1）???設(shè)定進料原料干煤1t，配得水煤漿中含水a(chǎn)?t，相應(yīng)耗氧bm3，氣化反應(yīng)后產(chǎn)生二氧化碳x1m3，氫氣x2m3，一氧化碳x3m3，水蒸汽x4m3，由上面的假設(shè)可以列出下列平衡方程式：???碳元素平衡???70.06×104＝（x1＋x3）×1000÷22.4×12???????（2）???氧元素平衡???（12.46＋a×100×16÷18）×104＋b×1000÷22.4×32＝（2x1＋x3＋x4）×1000×16??????????????（3）???氫元素平衡???（4.73＋a×100×2÷

6、18）×104＝（x2＋x4）×1000÷22.4×2?（4）???化學(xué)平衡???（5）???由（2）、（3）、（4）、（5）組成含4個未知數(shù)（x1,x2,x3,x4）4個方程式的方程組，可以得到兩個解，可根據(jù)計算情況排除其中一個不合理的解。???記?s＝（3733.33a＋3b＋1233.96）/2???t＝1244.44a＋2b－1133.35???m＝2488.89a＋1059.52??????x1＝t-x4??????????????????????????????????????????????????(6)???x2＝m/

7、2-x4????????????????????????????????????????????????(7)???x3＝2441.14－1244.4a－2b+x4????????????????????????????????(8)???x4＝??????????????????????????????????????????????????(9)???當(dāng)x4＝時，水蒸氣量太大，不合理，所以取x4＝s－n。1.2氧氣流量對氣化反應(yīng)的影響???按照我公司德士古實際操作條件，干煤進料量為20.24t/h，磨機進水量為10.518m3/h

8、，折算成每噸干煤兌水0.52t，也就是上述方程中a＝0.52。實際生產(chǎn)中，氧氣流量為13693m3/h，折合成每噸干煤進氧量為676.5m3，為了考察氧氣流量對氣化爐的影響，取b＝450、500、550、600、650、