多元料浆加压气化技术是西北化工研究院在水煤浆加压气化基础上经过几十年的努力开发的适用于煤炭大规模高效清洁转化的气流床煤气化技术。其主要特点是独特的料浆制备技术、高性能的多元料浆喷嘴、特殊的半水冷壁式气化炉结构、溢流式激冷结构、固液态排渣工艺等。目前该技术已被国内十几家大型煤制合成氨、甲醇、合成油、油改煤等装置采用。在技术转让工艺设计过程中,主要气化指标的设计是决定物量能量消耗、装置建设规模、设备选型的重要依据。因此,准确评估气化指标是工程技术人员的一项重要工作。
煤气化工艺关键数据的获取主要有实际测试法和数学模拟法2种。实际测试法是通过实验试烧获取气化指标,一般用于技术开发阶段或首次用于工业装置的煤质评价。数学模拟法是在实际测试的基础上假设一些条件确定,应用热力学和动力学的方法,将化学反应过程转化成数学模型,通过数值计算求出气化指标,然后再以实测数据的气化指标加以校核、调整的方法。本文拟通过建立热力学模型,对多元料浆气化过程进行详细分析。
1 气化过程
多元料浆气化是以石油焦、石油沥青、煤以及炼厂的含碳、氢固体残渣为原料,加入各种助剂,经一次湿磨制成黏度达800~1500 mPa·s、浓度为60%~70%的料浆,料浆经加压后喷入特殊结构的气流床气化炉,与纯氧进行一系列复杂的分解、氧化、还原反应。气化温度约1400℃,压力为2.6~8.0 MPa。该气化法碳转化率约为98%,有效气(CO+H2)体积分数为80%左右。反应后生成了以CO、H2、CO2、H2O为主要成分,以CH4、H2S、N2等为次要成分的粗煤气。出炉后的煤气可采用废热锅炉冷却、除尘器除尘后用于发电,也可采用激冷流程用水激冷、洗涤后用于化工产品的合成。
2 热力学平衡模型的建立
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