魯奇加壓氣化工藝優(yōu)化設計

第5期(總第108期)煤化工No.5(Total No. 108)_2003年 10月Coal Chemical IndustryOet.2003魯奇加壓氣化工藝優(yōu)化設計賈春友魏利棹(化學(xué)工業(yè)第二設計院.太原030001)摘要對魯奇爐氣化進(jìn)行了數學(xué)模擬，通過(guò)了工程實(shí)際數據的檢驗.可對各型號的餐奇爐進(jìn)行優(yōu)化設計.關(guān)鍵詞魯奇爐氣化模擬文章編號1005-9598(2003)05-0030-06中國分類(lèi)號:TQ546.2 文獻標識碼:A以人為假定- -些邊界條件,將整個(gè)床層劃分為由不1魯奇氣化工藝簡(jiǎn)介同反應區構成的連串反應器構造,見(jiàn)圖2(a)和(b)，比如將燃燒反應開(kāi)始(650K)直到氧氣耗盡之間的用O2/H2O、Air/H2O等氣化劑將煤轉化為合區域定為燃燒區,之后是氣化區，當溫度低到氣化反成氣的過(guò)程稱(chēng)為煤的氣化。煤氣化反應中的氣化劑應可以忽略不計時(shí),氣化區結束。一般包括02、H2O、CO2和H2.產(chǎn)物一般為CO.H:和CH。煤炭氣化是煤炭轉化中實(shí)現煤的清潔高效利用的重要過(guò)程之一,對其進(jìn)行精確的定量描述是過(guò)程設計與控制最優(yōu)化的先決條件。煤氣化過(guò)程不同于簡(jiǎn)單的化學(xué)反應體系,它不僅涉及到復雜的化學(xué)反應體系，還包括了物理過(guò)程干燥千350-10100T-酒TD煤一→半焦+揮發(fā)分的脫水干燥和半物理半化學(xué)過(guò)程的熱解干餾。僅就氣化100-1500CtCocu氣化反應而言,既有多個(gè)平行反應,又有連申反應和燃燒0002000KOY _二次氣相反應。由于反應速率上的差異,較慢的一些4灰406004..1... 200反應要用動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述,較快的氣固反應要由*0-H;O2-H擴散傳質(zhì)方程來(lái)描述，較快的均相反應則可用熱力3-C0學(xué)平衡方程來(lái)描述。龐大的反應體系和繁雜的傳熱④-其他過(guò)程使得對氣化反應器的數學(xué)描述十分困難,然而灰鎖魯奇爐的廣泛應用也促進(jìn)了其數學(xué)模擬的不斷發(fā)圈1 Lorgi 加壓固定床氣化反應器示意圈展.反應器的設計、生產(chǎn)過(guò)程的控制和產(chǎn)物組成的預測不斷向數學(xué)模擬提出更高的要求.魯奇爐的示意圖見(jiàn)圖1.從基本概念上講,固定2魯奇爐的數學(xué)表述床層由上而下可分為干燥區、千餾區、氣化區燃燒在對魯奇爐進(jìn)行數學(xué)表述時(shí),認為煤進(jìn)入反應區和灰渣區五部分。在實(shí)際反應過(guò)程中.除了燃燒區器后自上而下依次經(jīng)歷以下過(guò)程:和氣化區之間是以O;依度為零來(lái)劃分外,其余各(1)干燥煤被來(lái)自熱解區的熱氣體加熱并失區并無(wú)明確的邊界定義,各區之間可以重疊覆蓋。不去水分。過(guò),在數學(xué)模擬過(guò)程中,為了簡(jiǎn)化問(wèn)題、方便求解,可.(2)干餾干燥煤進(jìn)一步 受熱發(fā)生熱解反應生成半焦，焦油和氣體產(chǎn)物。為簡(jiǎn)化計算.假定半焦組收稿日期:2003-05-18作者簡(jiǎn)介;賈春友.男，1974年生.工程師。1996年畢業(yè)于天成為C.其余元素H、N.O.S全部進(jìn)人氣體和液體律大學(xué)化工系.后從中國人民大學(xué)研究生班畢業(yè)，現從事化產(chǎn)物.有關(guān)千餾產(chǎn)物的計算將在下一部分詳細討論。(3)氣化多相氣化反應 和均相水煤氣變換反工工程設計與管理工作。2003年10月賈春友等:魯奇加壓氣化工藝優(yōu)化設計，31●謀，產(chǎn)晶氣表]化學(xué)反應和組分編碼自由區反座組分元素II CO2干燥區干爆/干餾區A 1+02→+2(2-1)C0+(2-CO2? C0半焦熱氣體.”3 O2干餾區B C+CO2 +200H20氣化區c C+H20(g)-+C0+H21C|半熊D C+2H→CH7 N2(含所有隋性氣|2 H{↓靴性氣體$)30|燃施區E C0+H20(g)+C02+H2， NH、4 N|燃燒區H2SF干館氣體生成反座，矢區0半焦灰渣反應氣體;干餾焦溜生成反應11灰分a)(b)|H于燥過(guò)程3水分圈2Lurgi固定床氣化器分區及連串構造橫型示意圖14干餾氣應為:這些反應的生成物均為重量基準。在模擬計算C+H20(g)→CO+Hz AH= 131.306 kJ/mol中,所有反應的化學(xué)計量系數.,取反應方程式右側............................... (1)為正,左側為負。C+CO2→2CO OH=172. 47 kJ/mol .. (2)對氣體組分物料衡算、固體組分物料衡算、氣體C+2H:-→CH，0H=-74. 84 kJ/mol ... (3)總能量衡算.固體總能量衡算的表述如下:C0+ H2O(g)→CO.+H2=A,SUR，................ (6)△H=-41. 16 kJ/mol●d7"其中前兩個(gè)反應為強吸熱反應,后兩個(gè)反應為弱放熱反應,故氣相自燃燒區進(jìn)入氣化區后,在向上流動(dòng)的過(guò)程中溫度迅速降低。出-[-/sROH,+se. +Q.- Q.m]/Cr(4)燃燒半焦在燃燒區氧化生成CO和CO,考慮到燃燒產(chǎn)物的分布，給出如下綜合反應i= A.[- f,sR,0H,-sQ, -Q.- Q]/Cp .XC+O2-→2(λ-1)C0+ (2- X)CO2................................ (9)OH= - 565.98+ 172.47AkJ/mol ..... (5)干燥區僅涉及煤中水分向氣相的轉移,故i=其中λ介于1~2之間。(5)灰分的熱交換半焦在燃燒區發(fā)生劇烈的8,j=4,13。相應的衡算方程為:dM,氧化燃燒反應后,熾熱的灰分進(jìn)入灰分區,同溫度較.... (10)低的氣化劑發(fā)生熱交換,一方面對氣化劑進(jìn)行預熱;dU!.另一方面使灰分的溫度降至適宜排放的溫度。在對魯奇爐進(jìn)行數學(xué)表述時(shí),由于涉及的反應、反應速率R。和R:之間存在如下關(guān)系:組分、溫度、組成等變量數目很多,故需要首先對各Rs=Rt/18 .....化學(xué)反應和組分以及元素進(jìn)行編碼，以方便對反應干餾區的物料衡算方式同干燥區類(lèi)似，也存在器內不同過(guò)程的表述。各化學(xué)反應及相關(guān)組分和元著(zhù)重量基準和摩爾基準之間的換算問(wèn)題。按照前面素的編碼結果見(jiàn)表1。的討論結果,對多相氣化和燃燒反應,按縮核反應模表1中反應F~H的具體表達式如下:型,引入Biba近似動(dòng)力學(xué):反應F:煤→yem干餾煤氣(k,A,C,T88315561E-mail :paperchemj@mail. bz. zj cn