气流床煤气化的Aspen Plus建模:平衡模型和动力学模型

摘要

基于Aspen Plus软件建立了GE气流床煤气化的平衡模型和动力学模型,计算了气化的煤气组成和碳转化率.模型分为热解、气化和气液分离三个阶段.其中,气化阶段又分为初步气化和气化重整,从而获得气化产物在恒定温度下的分布.平衡模型的气化阶段使用了吉布斯反应器RGIBBS,基于吉布斯自由能最小化原理对体系内的气化产物进行计算;动力学模型的气化阶段使用了全混流反应器RCSTR,基于煤气化反应的动力学机理对体系内的气化产物进行计算.模拟值与GE气化炉的实际工程数据进行了对比,结果表明,平衡模型可在一定程度上反映气化结果的变化趋势,但预测结果的准确性有所欠缺,而基于气化反应机理建立的动力学模型能很好地预测GE气化炉的气化结果.对动力学模型中的全混流反应器进行反应时间设定,可以对GE气化炉生产提供一定的指导,结果表明:反应停留时间为3.5s时就可以达到很好的气化效果.温度是影响气化反应速率及产物分布的重要因素,利用煤气化的动力学模型模拟了气化温度对气体组成及碳转化率的影响,结果表明:随着气化温度的升高,CO含量逐渐增加,H2含量基本不变,CO2含量逐渐减小,碳转化率逐渐升高.