aspen plus破解版下载中的分离模块sep2,怎么设置

化工模拟软件aspen plus 第7章 分离单元模拟PartB_图文_百度文库
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化工模拟软件aspen plus 第7章 分离单元模拟PartB
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2-ASPEN_PLUS的基本操作
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两段式气化工艺流程的ASPEN PLUS软件模拟79
第25卷第9期2008年9月28日;计算机与应用化学;Computers;V01.25.No.9September,200;andAppJiedChemjstry;两段式气化工艺流程的ASPENPLUS软件模拟;姚永春,王亦飞’,梁铁,李伟,李强,田大林,于遵;(华东理工大学资源与环境工程学院,上海,2002;摘要:针对目前Shell、Tenco气化技术的不
第25卷第9期2008年9月28日计算机与应用化学ComputersV01.25.No.9September,2008andAppJiedChemjstry两段式气化工艺流程的ASPENPLUS软件模拟姚永春,王亦飞’,梁铁,李伟,李强,田大林,于遵宏(华东理工大学资源与环境工程学院,上海,200237)摘要:针对目前Shell、Tenco气化技术的不足,本文提出了一种新型的两段气化工艺,以达到充分利用煤气显热的目的。借助AspenPlus过程模拟平台,运用Gibbs自由能最小化方法,模拟两段式水煤浆进料的气化工艺流程,同时建立二段固定床气化模型。考察了加入二段同定床气化炉内的煤最及蒸汽煤比对出口煤气组分、温度及整个气化工艺的冷煤气效率、有效气产率等气化指标的影响。结果两段式气化工艺能有效利用一段炉煤气中的显热,提高气化炉的冷煤气效率。同时通过研究,还得到了不同工艺下的最佳条件。本论文所得结论为进一步研究该新型组合式气化工艺提供参考。关键词:煤气化;两段式气化工艺;流程模拟中图分类号:TQ54文献标识码:A文章编号:1001.4160(2008)09-1123-1126Simulationoftwo-stagecoalgas6cationprocessYaOonASPENPLUSDa¨nandYuZunhOngYOngchun,WangYjfei’,LiangTie,LiWei,LiQiang,Tian(InstituteofCIeanCoaITechnoIogy,KeyLab0忸toryofC∞IGasificationofMinistryofEducation,EastChinaUn.Ⅳers时ofscien∞卸dTechn0109y,Shanghai,200237,China)A咖ct:AofSheUornewtypeofcoaJg∞ificatjonproce88h鹳beenpmpo鸵dbasedontorecycletlle∞mibleheatofsyng∞formakjngupthedefici朗cytoThacocoalgas击caliontechnologyAspenPl岫.AGibb8h_eeenergyIIlinjrni∞dmethodi8usedsimul罩LtetheoutletprocesBoftwD?stagecoal?waterslurryg船访cation.Theinnuenceofg船ificationrateind麟such鹊tempemtu他,姗p∞itionofmtiog明,coldg够e岱ciencyand碰bctiveg鲫pmduction8imulationciency山erbysecond-stagecoalsupply枷oandste锄-coalw聃studied.Ther∞ultsofindicate岫thisnewmo-8tagecoalg够ificationprocesBc蛐utilizethese他ibleheatsu伍ciendy帅dimPmvet}lecoldg鹊em?tooftheg够ifier.Meanwhilebyt}Iisre北arch,anoptimumpr∞朗Bconditionw幽found.^Jlthe∞陀sult8inthispaperhelpproceB8fhr.re眈archtIleoftwo-stagecoalg明ification∞refb陀nc皓.Keywords:coalg幽ification,“m―stagegasifjcationproc朗s,nowsimulationYaoYC,wangYF,UangT,LiW,UonQ,TianDLandYuZH.Simulationof附。一s“唱ecoalg鹊ficationpmcess126.ASPENPLUS.ComputersandAppliedChemistry,2008,25(9):1123―1en煤气化技术是洁净煤技术的莺要组成,与传统工艺相比,能明显提高煤炭的利用率以及减少环境污染。其中气流床气化技术清洁高效的优势,成为当今各国竞相研讨的先进煤气化技术之一。但因其气化温度较高(>1300℃),使气化炉出口的煤气显热较高。目前,一般采用激冷加辐射废热锅炉或者采用循环煤气激冷的方式,以除掉熔渣并同收煤气显热。前者的不足是投资大、水蒸汽和二氧化碳不能充分利用、冷煤气效率低(仅为74%左右);后者增加了压缩功,降低传热推动力,加大投资,使整个工艺流程更加复杂。为了克服煤气显热回收不足,提出新璎的煤基两段组合式气化工艺¨.2J。流程模拟用数学模型描述由许多个单元过程组成的化工流程,并在计算机上,通过改变各种有效条件(如操作条件等)获得所需结果,是计算机技术应用于化工领域的最重要表现之一¨J。本文运用Gibbs自由能最小化方法,借助Asp.收稿日期:2007.10.2l;修回日期:2007一12-28作者简介:姚永春(1982一),男,硕士研究生。热能工程专业联系人:王亦飞(1970一),女,教授.博十牛导师.Pl岫过程模拟平台,模拟两段式气化工艺流程,考察加入二段固定床气化炉内的煤量及蒸汽煤比,对出口煤气组分、温度及整个气化工艺的冷煤气效率、有效气产率等气化指标的影响。实验及模拟结果表明,两段式气化工艺能有效利用一段炉煤气中的显热,提高气化炉的煤气效率。11.1气化炉模型固定床气化模型的建立两段气化工艺将多喷嘴对置式气化炉(一段炉)出炉的高温煤气,导入块煤同定床气化炉(二段炉),使高温煤气中的水蒸汽、二氧化碳与煤再次气化,利用一段炉出口煤气显热为上述反应提供热量,达到回收高温煤气显热,优化煤气组分,提高冷煤气效率和降低投资的目的。汪洋等¨o在AspenPlu8平台上建立了以水煤浆进料的气流床气化炉模万方数据1124计算机与应用化季2008,25(9)型(图1)。本文一段气流床气化模型,基于上述模型加以改进,着重建立固定床气化的模型。F培lSimIll|正∞nwchan0f∞呐ined。Ⅱwbedcoal弘5击既图l气流床煤气化炉模型示意图在二段固定床气化炉内,反应所需热量来自一段气化炉的高温煤气。由于二段没有添加任何气化剂,气化炉内仅发生煤的干燥,热解及气化反应。同时块煤加入气化炉即与一段炉高温煤气接触,干燥及热解过程可以忽略,起主导作用的是半焦与C0:、H:0之间气固非均相反应过程,以及均相变换反应等。Hobbs[51模拟固定床,认为固定床气化过程,出口气体温度可假设所有气体组分都达到了热量平衡,以及部分或全部化学平衡来确定,气体组成可以由Gibbs自由能最小化方法确定。他假设除焦油以外的所有组分都达到化学平衡,通过求解气化过程质量及能量平衡方程而得反应平衡时的煤气组成及平衡温度。项友谦怕1运用能量最小原理,建立加压固定床气化平衡模型。本文运用物料守恒、热量守恒及化学平衡原理,建立固定床气化炉模拟流程,见图2,其中包括煤裂解和气化器两单元[71。Q-d%ompF嘻2si删正址i∞n州chartd丘xedbed辨证l吼图2固定床气化炉模型示意图1.2模型检验一段气流床模型检验在文献H1已有详尽的描述,故在此不再复述。为了检验本文建立的固定床模型用于模拟两段式气化工艺中固定床气化炉的准确性,根据实验条件确定输入模块的各种参数,比较模拟结果与实验结果。通过模拟计算,实验值与模拟值对比如表1所示。由表可见,模拟结果与实验结果基本相同,该固定床气化模型基本可以反映真实工艺的气化情况,可以用来模拟两段式气化工艺中的固定床气化炉。表1出口煤气组成实验值与模拟值比较ThbIclIbmpamtlIemgul协0f甑perimenlandBim心∞.如h脚一一幽伊=2=H234.238.538.34咖啷i妇dco钇841.541.42∞deIsyIl|目H蚵C0222.918.4l9.加岫ba8i8(voL%)CH‘OI.61.04万方数据2组合式气化过程的流程模拟2.1工艺模拟流程‘8。1。】在上述模型基础上修改,将气流床气化模型与固定床气化模型结合,得两段式气化工艺的模拟流程(如图3所示)。()―dccompF毽3僦∞ti∞p删即mpr∞e髓bBsed∞A印叽Ph鹏.图3A5penPlu8模拟两段气化工艺流程图流程中包含5个单元模块、11个物流工艺流股、3个热流工艺流股。Decomp模块将煤分解成单元素分子和灰分,并将裂解热导人气化模块G衄击er。Sep锄te模块将合成气与灰渣分离。Coal为加入系统的煤,InB哪er为煤热解后的产物,M妊ture是气化模块反应后的产物,Water为加入系统的水,Q-bst是气化炉的热损失,Q?Decomp为煤的裂解热,Sl且g是分离后的灰渣,G髓为粗合成气。DEc0MP模块采用APsENPLUS中的RⅥELD模块,在该模块中可以设定气化炉内碳转化率的大小。另模块需设定粉煤分解温度,具体的数值大小对整个流程的模拟结果没有影响。该单元的焓平衡方程见式(1),煤的生成焓用式(2)计算,煤的高热值用式(3)Boie公式计算。mcoIl△砖酬.磷+mc幢lⅣ“I(70)HPHP=∑n.域叫矾;+∑n。珥(‰)+Q,(1)I5lI‘l△砖c帕I.搠=Q一(327.63耽+1417.92%+92.57职+158.67%)(2)口=(151.2形2+499.7形0+45形:一47.7Ⅳ0+27矽j)x102一189(3)式中,Q代表煤的高热值,口,为块煤裂解热,形为元素的质量分数,n代表组分摩尔数,^P为煤裂解生成简单分子数目,m训为煤的质量;下标Feed表示进单元装置,Pmd表示出单元装置,F表示生成焓,c、H、0、N、S为各元素,M为水分。气化模块运用ASPENPLUS中的R鼢s模块,通过Gibbs自由能最小化方法确定气化炉出口煤气组成,通过假设所有气体组分都达到了热量平衡以及部分或完全化学平衡来确定出口煤气温度。以此建立反应器的数学模型为式(4)一式(7)描述的非线性数学规划问题。式(4)为目标函数,其中S代表仅仅单独存在的相,如固体颗粒,P为系统中相的个数,C代表组分数;式(5)为质量守恒约束条件,E为系统考虑的元素数目,m为组分的原子矩阵,6为元素的摩尔数;式(6)为焓平衡约束条件,Q为热损失;式(7)为非负2008,25(9)姚永春等:两段式气化工艺流程的AsPENPLus软件模拟1125约束条件。JCPmjnG,G=∑£_+∑∑岛~(4)J2l』2J+IISCP屯=∑%吩+∑∑唧~,矗=l,…,E(5)』2J。,+Il2CC∑n。△峨圳.搠t。∑n.日。(‰.。)+qCC=∑厅。△域州.搠.。∑凡。E(0一)+Q。(6)5I2,li≥O(7)2.2气化工艺条件化学热同收两段组合式气化工艺根据一段用料的不同,有水煤浆气化和干煤粉气化两种。本文针对一段气流床采用水煤浆作为气化原料的工艺情况模拟,工艺条件为:煤浆浓度65卅.%,气化压力4.OMPa,气化温度1350℃。二段固定床使用块煤的煤质分析如表2所示,气化过程中一段气流床气化炉与二段同定床气化炉采川相卜司的煤种。表2煤质分析数据Table2C0alqu“tymalysis.3模拟结果及讨论文中给煤比的定义为二段同定床加煤量与一段气流床加煤量的质量比。给煤比是影响气化效果的关键参数。本文根据不I司给煤比,考察气化参数的变化规律。3.1出口煤气组分随给煤比的变化图4表示二段出口煤气中,H2、c0、C02、CH。及H20组分的浓度与给煤比变化的关系。从计算结果可以看出,随着给煤比的增加,CO组分浓度先增大然后逐渐减少;H:浓度则随给煤比增大而增大;如图5所示,C0:及H:0的浓度则同时呈现先增加后减少的趋势。这是阂为,二段主要发生c与c0:及H:0的反应。这两个反应都是较强的吸热反应。一段煤气通过二段块煤,随着这两个反应,c0,H2的浓度有所增加而c0:、H:0的浓度逐渐减少。如图4所示,在给煤比小于0.25的情况下,与不加二段装置相比(即给煤比为O),上述几种组分的浓度与反应较为符合。但是随着二段煤量的增加,气化温度(见图6)随着降低,使c+C02及c+H:O的反应速度下降,c0:及H:O较之前又有所增加,但总量少于一段出口煤气中该两组分的含量。有文献¨¨记载,在1000℃左右,c―H:0的反应速率是C.C0,反应速率的3倍至5倍,c与H:0的反应活性要优于c与cO:。因此.温度降低,反应减缓,C0浓度也逐渐降低;而H:受温度影响比C0小,其反应速率也较C0快,所以浓度依然有上升的趋势:同时,由于二段煤鼋增加,煤热解的CH。产量增加,温度的降低造成CH。分解率下降,最后使煤气中cH。的含量增加¨“:另外.随着二段煤量的增加,煤气热值也逐渐增大,在给煤比0.25处,增加了大约10%。万方数据更弓、E舌:三&E8器至与。0.00.00.204O608secondstagecoalsup叫yratioFi导4Comp∞ition0foutletg酗bywetb衄isⅦ8econd8tage∞al¥upply甩tio.图4二段出口煤气中各组分浓度随给煤比的变化drybaSi5O.18-I+c02by+H20一▲.HHV13100EZ摹UE、3000≤.=宝昌厶2900二E2800苎0.08O.060.00.204060.8sccondstagecoaIsuppIyfatiOFi昏5C鲫p0BitionofH20蚰dC02in伽tletga8V8.B即佣dgtasecoalsupply枷o.图5二段出口煤气中H20、C02浓度及热值随给煤比的变化0.00.20406O.8sccondstagecoalsupplyratjoF嘻6Tempemtu陀0foutlet弘8幅.Becondst89ecoal8upplymtio.图6二段H{口煤气温度随给煤比的变化3.2气化效率随给煤比的变化冷煤气效率和有效气产率是用来评价气化炉性能的关键参数,图7为该工艺冷煤气效率及有效气产率随二段炉给煤比变化的趋势。如图所示,冷煤气效率与有效气产率在给煤比O.25前后有比较大的变化。当给煤比小于O.25时,冷煤气效率和有效气产率都随给煤比的增大而增加。在给煤比为0.25时,冷煤气效率较小加二段气化时的提高约7%。但当给煤比大于O.25时,2个参数都呈现下降的趋势。表明二段用煤并非越多越好,当加煤最大于一定值时,两段气化的整体工艺,非但不能提高冷煤气效率,反而会降低一段的气化效率。3.3氧煤比、蒸汽煤比以及二氧化碳产率随给煤比的变化氧煤比为消耗单位煤质量所需的氧量,单位为Nm3/kg;1126计算瓤与童一化学2008,25(9)O.0O.Z0.4U.6O.8seconds妇gccOalsunDlvmnO啦8oxy鲫-coalrElio,岫m删lratio“c02pmductiveI训【e鸭.剐x蜘dstageooalsupplymtio.图8氧煤比、蒸汽煤比以及二氧化碳产率随给煤比的变化合成气的组分、温度、热值、冷煤气效率等参数受二段给煤比的影响较大(图4一图8),二段加煤量有一个最优值。综合考虑合成气热值、冷煤气效率、有效气组分等参数,认为对于两段气化工艺而言,二段给煤比应选取o.2―0.25左右为宜。4结论通过APsENPLUs流程模拟软件,建立了二段气化工艺的模型,模拟两段式气化工艺,主要考察了合成气组分、温度、热值、冷煤气效率等参数随二段给煤比的变化,结论如下:(1)两段式气化工艺最佳的给煤比为0.2一O.25左右;(2)该工艺能有效地提高水煤浆气化合成气的热值和冷煤气效率,当给煤比为o.25时,冷煤气效率比普通的水煤浆装置提高了近7%;(3)该工艺有效减少c02的搀放,具有良好的环境效万方数据益。可见,两段气化工艺相比目前先进的气流床气化工艺(如SheU,Tex耽。等)具有明显的优势。该工艺在发电、炼钢等行业具有广阔的应用前景。本文结论可为进一步研究该装置提供参考。Rdk玎朗lo瞄lYuzuIlIIong,UWei如tlg蚰dWa%Fuche略Coal-b岫,dt’焖蛔伊删吡bin嗣gaB访cmi叩t∞hnolo舒叩p矗r岫.CN.ZL2∞6lOll9514.4,2003,8,加.2YuZuIIll∞g,W帆gY如i,YuG啪鲫m蚰dW蛳gF∞heIIg,毗a1.Tko.sh【geg矗sifi∞£j∞∞upledWi£llhe8lmc撕ry卸dw8sIlillgiIl々e.孕蚵vegaB访c面伽印pa删m衄di协叩pIic血∞.CN.ZL2∞610119514.4.3丑啪Yuehong,WenH∞aIldXu办ih叽g.Di鼻c啷i删锄develop-mentof哪rⅡlodekf打A叩en‰.1bm"I蜘皿dAppuedChem.i曲ry,2003.20(4):435_438.4W虮gY且Ⅱg.Dai珏engh蛆,YuG1姗删lo皿dYuZuIlll∞g.晰咖-】a£i∞0fen蛔ined-n蝴bedcoBIg∞j&rbythe日讪od《Gibbs丘∞e响哪IIIirIinIizalion.CoalconveBi佣.2004,27(4):27―33.5HobbsM蚰dR矗dIdo“cP,eta1.ModeIi嘴fiIedbedcoBl龋面e瑁.AJChEJ。1992,38(5):68l一702.6Xi叫gYouqi阻蛐dZlIaIlgLipiIIg.1kn烈Icl肌dsi呲lali帆oftl”缸ed?bedc0BIgas访c“彻舯鲫渤.eAs&HEAT,1999,19(5):8一11.7蹦乃engh蛆,collg)【in,田且曙Fuch册g如dYucl地醪uoI珏铲咖由眦Inic丑IIaly8i80fe曲面ned.n伽pIIlve妇dcoalga8ili洲∞byGibbB丘优彻蛐盯nlinimiza_Iion.Jo叫曲ofFuelCheⅡIiB畸蚰d1kh.“o盯,2005,33(2):129一133.8Aspen1kIIrIolo盱.Aspenn岫U5盯Guide.USA:A5pen’Ikhnolo-盯,2000.9A暑pell1kllllolo盱.缸penPl岫PlIy8icBlPropeny地地od5皿dM罅eb。USA:ABpen’I刨hology,2000.10A8pen1khnolo盱.A印%PI岫Ge旺ingS“lrbedS幽d..USA:A即叽T酏hl’oIogy.20∞.1lY蛐g)【iBofeIIg,孙ouJillg,G∞g】【in觚dYuZ叫hollg.硒netic丑ndcham删砸c咖dy0fchar-H20驴sifica土i蚰byi嘣h明nalthermo-舯“耐扭y.CoBlconyemion.2003,26(4):46―50.12XuYue,WuYiIIiIIg阻dWeiSh姐g.SimIIIat油肌d曲my8i。∞g∞i丘catimltechnology0fatwo.s协gedryf捌entI丑inedna臀b.|d.Pmc∞din伊oftIleCSEE.2003。23(10):187一190.中文参考文献l于遵宏,刘海峰,王辅臣.煤基两段组合式气化工艺装置.专利号00lll437.9(No.00lll437.9).2003一08―20.2于遵宏,王亦飞.予广镇,等.两段气化并耦合热量回收和洗涤于一体的气化装置和应用.专利申请号2006lOll9514.4.3赵月红,温浩,许志宏.AspenPlm用户模型开发方法探讨.计算机与应用化学,2∞3,20(4):435―438.4汪洋,代正华.于广锁.于遵宏.运用CibbB自由能最小化方法模拟气流床煤气化炉.煤炭转化,2004,”(4):27―33.6项友谦,张利平.固定床煤气化过程的数学模型与模拟计算.煤气与热力,1999.19:8一11.7代正华,龚欣,王辅臣,于广锁.气漉床粉煤气化的cibb8自由能最小化模拟.燃料化学学报,2005,33(2):129一133,ll杨小风,周静,龚欣,于遵宏.煤焦水蒸气气化特性及动力学研究.煤炭转化。2003.26(4):46―50.12徐越,吴一宁,危师让.二段式干煤粉气流床气化技术的模拟研究与分析.中国电机工程学报,2∞3,23(10):187―1∞.包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、专业论文、外语学习资料、高等教育、文学作品欣赏、各类资格考试、应用写作文书、生活休闲娱乐、两段式气化工艺流程的ASPEN 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