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含CO2气化剂煤气化反应的研究

作 者: 佟芳芳
导 师: 倪炳华
学 校: 西安石油大学
专 业: 化学工程
关键词: 煤气化 二氧化碳 煤干燥 ASPEN PLUS 模拟研究
分类号: TQ541
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 9次
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内容摘要


随着经济的高速发展,对能源的需求日益增长,我国以煤为主的能源消费结构在相当长的时期内将不会改变。研制和推广应用煤炭气化技术是提高煤炭利用效率,减少煤直接燃烧带来环境污染的主要途径。基于此,本文利用ASPEN PLUS软件建立煤的干燥和气化模拟流程,通过元素守恒、平衡常数计算、文献数据对比等方法对建立的模拟流程进行验证。模拟结果与实验数据吻合,说明该模拟流程具有一定的可靠性。本文利用建立的煤干燥模拟流程对煤样进行干燥模拟,考察达到煤干燥要求的介质温度与质量流率的关系,并确立了达到干燥要求最佳操作条件,分析了拐点产生的原因。利用建立的模拟流程对煤样进行了气化模拟,研究了CO2锊代部分水蒸气作为气化剂的可能性,得出合理二氧化碳配比(CO2/H2O=l/4),并在固定CO2进气量时,考察气化压力、氧煤比、水煤比以及因素交互作用对粗煤气组成的影响,以CO+H2为考察指标得出最佳操作条件。单因素模拟结果表明:氧煤比和水煤比较气化压力对模拟产物组成的影响更为显著。正交模拟结果表明:氧煤比和水煤比的交互作用在气化过程中对模拟产物组成的影响较氧煤比、水煤比等单个因素更为显著。单因素模拟获得的最佳操作条件,压力4MPa,氧煤比0.68kg/kg,水煤比0.08kg/kg,气化温度1331°C, CO2+H2摩尔百分含量为0.9868;正交实验获得的最佳工况为气化压力3MPa,氧煤比0.65kg/kg,水煤比0,08k°g/kg,气化温度1469C,(:02+112摩尔百分含量为0.9885。综合考虑有效气体含量和耗氧量等因素,确定正交模拟获得操作条件为最佳操作条件。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 课题的研究背景  8-9
    1.1.1 中国能源现状  8
    1.1.2 煤利用引起的环境问题及预防  8-9
    1.1.3 煤气化技术的作用  9
  1.2 论文的研究内容及思路  9-11
    1.2.1 研究内容  9-10
    1.2.2 题目来源  10
    1.2.3 创新点  10-11
第二章 文献综述及理论研究  11-29
  2.1 煤气化技术研究现状  11-13
    2.1.1 煤气化技术发展概况  11
    2.1.2 煤气化工艺分类及应用  11-13
  2.2 典型的气流床工艺系统  13-14
  2.3 CO_2作为气化剂的相关介绍  14-16
    2.3.1 CO_2引起的环境问题  14-15
    2.3.2 CO_2替代部分气化剂的可行性  15-16
  2.4 煤的气化反应  16-22
    2.4.1 煤的热解过程  16-17
    2.4.2 煤的气化过程  17-19
    2.4.3 气化反应的主要影响因素  19-21
    2.4.4 煤气化工艺主要性能评价指标  21-22
  2.5 气化过程中工艺条件的选择原则  22-23
    2.5.1 操作温度  22
    2.5.2 操作压力  22-23
    2.5.3 氧煤比  23
    2.5.4 蒸汽煤比  23
  2.6 煤气化反应数值模拟的发展现状  23-25
    2.6.1 ASPEN PLUS  24
    2.6.2 ASPEN PLUS 在煤气化方面的应用  24-25
  2.7 试验平台流程说明  25-26
  2.8 工艺过程模拟基本流程  26-28
  2.9 模块介绍  28
  2.10 本章小结  28-29
第三章 煤的预热干燥模拟  29-36
  3.1 流程建立  29-31
    3.1.1 模拟的煤种  30-31
    3.1.2 操作条件的选择  31
  3.2 流程的验证  31-32
  3.3 模拟数据分析  32-34
  3.4 本章小结  34-36
第四章 气化流程的建立及验证  36-47
  4.1 平衡常数法  36-39
    4.1.1 确定独立反应  36-37
    4.1.2 元素平衡关系  37-38
    4.1.3 热量平衡方程(298.15K)  38
    4.1.4 化学平衡方程  38-39
  4.2 Gibbs 最小值法模型  39-42
    4.2.1 模型的假设  39
    4.2.2 模型计算原理  39-41
    4.2.3 流程建立  41-42
  4.3 流程可靠性验证  42-46
    4.3.2 元素守恒的检验  43-45
    4.3.3 平衡检验  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 研究影响气化组成的因素  47-61
  5.1 数据换算  47-48
    5.1.1 基准  47-48
    5.1.2 发热量  48
  5.2 CO_2/H_2O 对气化结果的影响  48-50
  5.3 氧碳比对气化结果的影响  50-53
  5.4 蒸汽煤比对气化结果的影响  53-55
  5.5 压力对气化结果的影响  55-56
  5.6 正交实验  56-60
  5.7 本章小结  60-61
第六章 结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士期间发表论文  66-67
详细摘要  67-75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 煤炭气化工业 > 气化理论(可燃气体、瓦斯)
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