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CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2426·化 工 进 展典型气流床煤气化炉气化过程的建模东赫1，刘金昌1,2，解强1，党钾涛1 ，王新1（1中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083；2九州大学电子和材料应用科学系，日本 福冈春日 816-8580 ）摘要：利用Aspen Plus 、基于热力学平衡模型对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。
根据煤颗粒热转化的历程，将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段，利用David Merrick 模型计算热解过程，采用Beath 模型校正压力对热解过程的影响，选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应，编制Fortran 程序计算半焦裂解产物收率，最后基于Gibbs 自由能最小化方法计算气化反应。
结果表明，采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合，对GSP 煤粉气化炉、GE 水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H 2）体积分数模拟结果的误差均不超过2%，建立模型的可靠性得到验证。
关键词：气流床气化炉；热力学平衡模型；Aspen Plus中图分类号：TQ 546 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2426–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.19Modeling of coal gasification reaction in typical entrained-flow coalgasifiersDONG He 1，LIU Jinchang 1，2，XIE Qiang 1，DANG Jiatao 1，WANG Xin 1（1School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2Department of Applied Science for Electronics and Materials ，Kyushu University ，6-1 Kasuga-Koen ，Kasuga ，Fukuoka 816-8580，Japan ）Abstract ：This paper presents a modeling method for the coal gasification process proceeding in GSP pulverized coal gasification ，GE coal-water slurry gasification and Opposed Multiple-Burner gasification based on the thermodynamic equilibrium with the aid of Aspen Plus. In the light of thermal conversion procedure of fine coal particles ，the coal gasification was interpreted as consisting of four stages including pyrolysis ，volatile combustion ，char decomposition and gasification reaction. Then ，the pyrolysis stage was calculated by the David Merrick model and the effect of pressure on the coal pyrolysis was corrected by means of Beath model. The volatile combustion stage was simulated by using Rstoic reactor and the yield of char decomposition products was calculated via compiling Fortran program. And finally ，the gasification reaction stage was simulated based on the Gibbs free energy minimization. The results revealed that the simulated values from the developed simulation model of gasification processes were in good consistent with the industrial field data. The deviation of simulated results of volume fraction of the effective gas (CO+H 2) of these three typical entrained-flow gasifiers were all less than 2%，which can validate the reliability of the coal gasification model.第一作者：东赫（1991—），女，硕士研究生。
煤浆制备填空题（题目）1、影响煤浆粘度的因素：（添加剂用量）（煤浆粒度分布）（煤浆浓度）。
（题目完毕）（题目）2、PID图中FG表示（流量计）。
（题目完毕）（题目）3、煤浆制备厂房共有（六层）层。
（题目完毕）（题目）4、磨煤机的位号为（M6101A/B/C）。
（题目完毕）（题目）5、影响煤浆浓度的因素：（添加剂用量）（煤内水含量）（粒度分布）。
（题目完毕）（题目）6、棒磨机直径（3.8m )，筒体长度（5.8m），钢棒材质（65Mn）。
（题目完毕）（题目）7、磨机是一种（湿式溢流）型、外结构由（筒体）、（进料口）、（出料口）、主轴、大齿轮、小齿轮、联轴器、盘车器、电机、稀油站、气动离合器。
（题目完毕）（题目）8、德士古推荐的水煤浆浓度为（60%-65%）。
（题目完毕）（题目）9、煤浆循环管线设置冲洗水管线的作用是（在气化炉投料后冲洗留在煤浆循环管线内的煤浆）。
（题目完毕）（题目）10、煤称量给料机位号是（W6101），安装在（煤浆制备三层）。
（题目完毕）（题目）11、冲洗水泵的位号（P6105A/B）。
（题目完毕）（题目）12、甲醇的化学式是（CH3OH）。
（题目完毕）（题目）13、煤浆制备分（三）个区域。
（题目完毕）（题目）14、事故氮气压缩机的位号为（C6101A/B）。
（题目完毕）（题目）15、磨煤机的规格（Ф3.8×5.8 ）。
（题目完毕）（题目）16、事故氮气压缩机包括（四）级气缸。
（题目完毕）（题目）17、衡量流体粘性大小的物理量称为（黏度）。
（题目完毕）（题目）18、可磨指数是指原煤在研磨过程中对煤质（耐磨强度大小）的一种度量。
（题目完毕）（题目）19、添加剂的作用是改善水煤浆的（流动性）和（稳定性）。
（题目完毕）（题目）20、研磨水槽位号为（V6105），其安装在(压滤机厂房一层)。
（题目完毕）（题目）21、低压煤浆泵输送的煤浆经（煤浆给料分流器（V6111））分流进入煤浆槽。
1）喷流床气化炉它是一种高温、高压煤粉气化炉，气化炉的压力为20-60bar，要求采用90%以上的颗粒小于100μm的煤粉，采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂，当以氧为气化剂时，气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000℃。
由于是高温气化，在产生的粗煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质，煤气的主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400℃，往往高于灰的软化温度。
为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备（余热锅炉）粘结堵塞，将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤气混合，将热煤气的温度降低到比灰的软化温度低50℃，然后，热煤气再经过气化炉的余热锅炉（辐射和对流蒸汽发生顺）产生饱和蒸汽，同时使热煤气的温度降低到200℃左右，约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池。
煤粉灰中的以飞灰的形式随热煤气，帮煤气须经除尘、洗涤脱硫处理，成为清洁的煤气，再送往燃烧室。
喷流床气化炉由于是煤粉高温高压气化，因此煤种适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。
2）流化床气化炉流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质，使整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。
同时，可以利用流化床低温燃烧，在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石或白云石），将产生的大部分SO2和H2S脱除。
由于流化床气化炉内的反应温度一般控制在850－1000℃，因此，它产生的焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双原子或三原子气体，煤气的主要成本是CO和H2，CH4的含量一般少于2%。
当前，用于IGCC系统的流化床气化炉有KRW炉，U－Gas炉和温克勒炉等。
3）固定床气化炉固定床气化炉是最早开发出的气化炉，它和燃煤的层燃炉类似，炉子下部为炉排，用以支承上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
Shell 煤气化技术综述宋超（江苏中能硅业科技发展有限公司江苏徐州２２１０００）一、概述Ｓｈｅｌｌ煤气化技术是在原Ｋ－Ｔ气流床煤气化技术的基础上改进而来。
将粒度为１００目、水分＜１０％的煤粉，纯度为＞９９％的氧气和水蒸气在喷嘴处混合进入煤气化炉进行气化反应，炉内的气化压力为２．０～４．０ＭＰａ，温度为１４００～１６００℃，气化生成的有效煤气成分含量为９０％～９４％，碳的转化率约为９９％（飞灰再循环的条件下）。
二、Shell 煤气化反应原理Ｓｈｅｌｌ煤气化反应原理与Ｋ－Ｔ常压粉煤气化相同，是以干煤粉作为原料，氧气和水蒸气作为气化剂在气流床内进行的气－固两相流态化反应。
干煤粉由氮气或二氧化碳吹入气化炉，气化炉内的气化反应温度很高，在有氧存在的条件下，以燃烧反应为主，在氧气反应完成后进入气化反应阶段，物料在炉内的停留时间一般为３～１０ｓ，气化反应很快就达到平衡。
气化产生的粗煤气经粗煤气冷却器冷却后，最终形成以ＣＯ、Ｈ２为主的煤气。
反应中产生的煤灰熔化后以液态的形式排出气化反应炉。
带粗煤气冷却器（废热锅炉）流程的特点如下：１．结构复杂，昂贵。
１台废锅，如２０００ｔ／ｄ要多１个亿的投资。
２．若用于化工，则后续的调比过程需要大量蒸汽，废锅产生的蒸汽约６０－７０％用于调比，真正能量回收的好处不大，用高投资的废锅而取得的效益不大。
三、原料要求Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺对煤种有广泛的适应性，由于采用粉煤进料和高温、加压气化，故对煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等要求不是十分严格，但从技术角度考虑仍有一定要求。
水分（收到基水分）：褐煤６％～１０％，其它１％～６％，灰分干基＜２４％，灰熔点ＦＴ＜１３５０℃，粒度＜０．１５ｍｍ的＞９０％。
１．煤的灰熔点是加压干粉气化选择原料的主要条件，一般选择灰熔融流动温度ＦＴ在１４００℃以下的烟煤，ＦＴ超过１５００℃的煤不宜采用。
２．煤的活性要好，一般以烟煤和褐煤为主。
３．灰渣的粘温特性碱性组分含量高，一般碱／酸应大于０．３。
煤制合成气技术比较煤制合成气技术比较Texaco水煤浆气化、Shell粉煤加压气化和GSP气化技术都是典型的洁净煤气化技术，各有特点，各企业在改造或新建时应根据煤种、灰熔点、装置规模、产品链设定和投资情况进行合理选择。
下面就上述气化技术及其选择和使用情况进行分析和评价，供大家参考。
1、Shell气流床加压粉煤气化该工艺在国外还没有用于化肥生产的成功范例。
中石化巴陵分公司是第一家引进该技术用于化肥原料生产的厂家。
到目前为止，国内已先后有18家企业引进了此项技术(装置)。
但该工艺选择的是废锅流程，由于合成原料气含有的蒸汽较少，3.0MPa下仅为14％；因此用于生产合成氨后续变换工序要补充大量的水蒸气，用于甲醇生产也要补充一部分水蒸气于变换工序，工艺复杂，也使系统能量利用不合理。
湖北双环科技股份有限公司是第一家正式投运的厂家，于2006年5月开始试车。
据反映，试车期间曾发生烧嘴处水冷壁烧漏，输煤系统不畅引发氧煤比失调、炉温超温，渣口处水冷壁管严重腐蚀，水冷液管内异物堵塞和烧嘴保护罩烧坏等问题。
引进该技术的项目投资大。
2006年5月贵州天福与Shell签约，气化岛规模为每小时17.05万m3CO+H2，投资9.7亿元人民币，为同规模水煤浆气化岛投资的1.8倍。
气化装置设备结构复杂，制造周期长。
气化炉、导管、废锅内件定点西班牙、印度制造，加工周期14～18个月，海运3个月；压力壳可国内制造，但材料仍需进口，周期也较长；设备、仪表、材料的国产化率与水煤浆气化相比差距比较大。
建厂时间长(3～5a)，将使企业还贷周期长，财务负担加重。
2001年与Shell签约的中石化巴陵分公司、湖北双环、柳州化工股份有限公司只有双环于2006年5月试车；2003年与Shell签约的中石化湖北化肥分公司、中石化安庆分公司、云天化集团公司、云维集团沾化分公司只有安庆于2006年10月开始煮炉。
Shell气化装置没有化工生产成熟应用为依托，消化掌握需要经历较长时间。
一、填空题1、由于成煤植物和生长条件不同，煤一般可以分为三大类：（）、（）、（）。
2、护炉设备主要包括（）、（）、（）、弹簧、炉门框、抵抗强及机焦侧操作台等。
3、煤气输送所用的鼓风机主要有两种，一种为（），一种为（）。
4、粗苯加氢精制法根据操作条件不同可以分为( )、（）和（）。
5、煤焦油初步脱水一般采用（）。
6、甲醇合成工艺流程有多种，其发展过程和（）的应用和（）技术的发展是密不可分的。
7、煤或焦在高温下，与气化剂反应转化为（）、（）等可燃性气体的过程，称为煤得气化。
8、煤化工废气治理目前采用的主要方法有（）和（）。
9、汽油的蒸发性有（）、（）、和气液比三个指标综合评定。
二、选择题1、成煤过程的正确顺序为（）A 植物→泥炭→烟煤→褐煤→无烟煤B植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤C 植物→泥炭→烟煤→无烟煤→褐煤D植物→烟煤→泥炭→褐煤→无烟煤2、根据煤化程度的不同，腐殖煤可以分为（）A 泥炭、褐煤、长焰煤和无烟煤B泥炭、肥煤、烟煤和无烟煤C泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤D贫煤、褐煤、烟煤和无烟煤3、下列不属于焦炉机械的是（）A 倒焦槽B 装煤车C 推焦车D 熄焦车4、从平煤杆进入炭化室到推焦杆开始推焦的一段时间间隔为（）A 结焦时间B 操作时间C 检修时间D周转时间5、下列哪一项不属于煤气低温甲醇洗脱硫工艺的缺点（）A 甲醇有毒，对设备、管道、阀门等的密封性要求较严B 由于操作温度低，需要耐低温的钢材C 甲醇易挥发，溶剂蒸发损失较大D 工艺路线较长，能耗大6、下列哪一项不属于焦炉煤气回收氨的方法（）A 硫酸洗氨法B盐酸洗氨法 C 水洗氨法D磷酸洗氨法7、苯加氢的原料是（）A 甲苯B 二甲苯C 氢苯D 重苯8、下列哪一项不属于焦化厂采用的洗苯塔主要类型（）A 填料塔B 板式塔C 浮阀塔D 空喷塔9、在焦油蒸馏的馏分中洗油馏分的馏分段为（）A 175~210℃B 210~230℃C240~350℃ D 220~300℃10、下列那一项不属于区域熔融制精萘的工艺特点（）A 易引起设备腐蚀，环境污染严重B 为连续生产，产品质量高而稳定C 精萘收率低D 操作条件要求严格11、下列不属于甲醇生产的发展趋势的是（）A 单系列、大型化B 节能降耗C 高新技术D 过程控制自动化12、不属于煤气化过程阶段的为（）A 干燥阶段B 软化C 气化D 燃烧13、不属于煤炭直接加氢液化阶段的是（）A 煤的热解B 活性基团与氢反应C 煤的干燥D 沥青烯及液化油分子继续加氢裂化生成更小分子三、判断题1、连接蓄热室和燃烧室的通道称为小烟道，它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间。
一、德士古(TEXACO)气化法德士古气化法是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺。
德士古气化炉由美国德士古石油公司所属的德士古开发公司在1946年研制成功的。
1953年第一台德士古重油气化工业装置投产。
在此基础上，1956年开始开发煤的气化。
本世纪70年代初期发生世界性能源危机，美国能源部制订了煤液化开发计划，于是，德士古公司据此在加利福尼亚州蒙特贝洛(Moutebello)研究所建设了日处理15t的德士古气化装置，用于试烧煤和煤液化残渣。
联邦德国鲁尔化学公司(Ruhrchemie)和鲁尔煤炭公司l(R1flhrkohie)取得德士古气化专利，于1977年在奥伯豪森一霍尔顿(Oberl!fausezi-Hoiten)建成目处理煤150t的示范工厂。
此后，德士古气化技术得到了迅速发展。
目前国外共有一套中试装置，三套示范装置和四套生产装置，见下表。
除这些已建成的装置外，还有一些装置在设计或计划之中。
德士古气化炉是所有第二代气化炉中发展最迅速、开发最成功的一个，并已实现工业化。
(一)德士吉气化的基本原理和德士古气化炉德士古水煤浆加压气化过程属于气流床疏相并流反应。
德士吉气化炉的结构如下图所示。
水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用下，破碎、雾化喷入气化炉。
氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐衬作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳，一起同流向下离开反应区，进入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落入渣罐，经排渣系统定时排放。
煤气和饱和蒸气进入煤气冷却净化系统。
气化炉是一直立圆筒形钢制受压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防止热渣和热粗煤气的侵蚀。
气化炉近于绝热容器，其热损失非常低。
蒙特贝洛中试用气化炉直径1.5m，高6m，操作压为在2.07~8.27MPa。
