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(化學工業(yè)第二設計院.太原030001)摘要對魯奇爐氣化進行了數(shù)學模擬，通過了工程實際數(shù)據(jù)的檢驗.可對各型號的餐奇爐進行優(yōu)化設計.關鍵詞魯奇爐氣化模擬文章編號1005-9598(2003)05-0030-06中國分類號:TQ546.2 文獻標識碼:A以人為假定- -些邊界條件,將整個床層劃分為由不1魯奇氣化工藝簡介同反應區(qū)構成的連串反應器構造,見圖2(a)和(b)，比如將燃燒反應開始(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(qū)域定為燃燒區(qū),之后是氣化區(qū)，當溫度低到氣化反成氣的過程稱為煤的氣化。煤氣化反應中的氣化劑應可以忽略不計時,氣化區(qū)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現(xiàn)煤的清潔高效利用的重要過程之一,對其進行精確的定量描述是過程設計與控制最優(yōu)化的先決條件。煤氣化過程不同于簡單的化學反應體系,它不僅涉及到復雜的化學反應體系，還包括了物理過程干燥千350-10100T-酒TD煤一→半焦+揮發(fā)分的脫水干燥和半物理半化學過程的熱解干餾。僅就氣化100-1500CtCocu氣化反應而言,既有多個平行反應,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反應要用動力學方程來描述,較快的氣固反應要由*0-H;O2-H擴散傳質方程來描述，較快的均相反應則可用熱力3-C0學平衡方程來描述。龐大的反應體系和繁雜的傳熱④-其他過程使得對氣化反應器的數(shù)學描述十分困難,然而灰鎖魯奇爐的廣泛應用也促進了其數(shù)學模擬的不斷發(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)過程的控制和產(chǎn)物組成的預測不斷向數(shù)學模擬提出更高的要求.魯奇爐的示意圖見圖1.從基本概念上講,固定2魯奇爐的數(shù)學表述床層由上而下可分為干燥區(qū)、千餾區(qū)、氣化區(qū)燃燒在對魯奇爐進行數(shù)學表述時,認為煤進入反應區(qū)和灰渣區(qū)五部分。在實際反應過程中.除了燃燒區(qū)器后自上而下依次經(jīng)歷以下過程:和氣化區(qū)之間是以O;依度為零來劃分外,其余各(1)干燥煤被來自熱解區(qū)的熱氣體加熱并失區(qū)并無明確的邊界定義,各區(qū)之間可以重疊覆蓋。不去水分。過,在數(shù)學模擬過程中,為了簡化問題、方便求解,可.(2)干餾干燥煤進一步 受熱發(fā)生熱解反應生成半焦，焦油和氣體產(chǎn)物。為簡化計算.假定半焦組收稿日期:2003-05-18作者簡介;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全部進人氣體和液體律大學化工系.后從中國人民大學研究生班畢業(yè)，現(xiàn)從事化產(chǎn)物.有關千餾產(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]化學反應和組分編碼自由區(qū)反座組分元素II CO2干燥區(qū)干爆/干餾區(qū)A 1+02→+2(2-1)C0+(2-CO2? C0半焦熱氣體.”3 O2干餾區(qū)B C+CO2 +200H20氣化區(qū)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(qū)E C0+H20(g)+C02+H2， NH、4 N|燃燒區(qū)H2SF干館氣體生成反座，矢區(qū)0半焦灰渣反應氣體;干餾焦溜生成反應11灰分a)(b)|H于燥過程3水分圈2Lurgi固定床氣化器分區(qū)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,所有反應的化學計量系數(shù).,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"其中前兩個反應為強吸熱反應,后兩個反應為弱放熱反應,故氣相自燃燒區(qū)進入氣化區(qū)后,在向上流動的過程中溫度迅速降低。出-[-/sROH,+se. +Q.- Q.m]/Cr(4)燃燒半焦在燃燒區(qū)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(qū)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(qū)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,熾熱的灰分進入灰分區(qū),同溫度較.... (10)低的氣化劑發(fā)生熱交換,一方面對氣化劑進行預熱;dU!.另一方面使灰分的溫度降至適宜排放的溫度。在對魯奇爐進行數(shù)學表述時,由于涉及的反應、反應速率R。和R:之間存在如下關系:組分、溫度、組成等變量數(shù)目很多,故需要首先對各Rs=Rt/18 .....化學反應和組分以及元素進行編碼，以方便對反應干餾區(qū)的物料衡算方式同干燥區(qū)類似，也存在器內不同過程的表述。各化學反應及相關組分和元著重量基準和摩爾基準之間的換算問題。按照前面素的編碼結果見表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近似動力學:反應F:煤→yem干餾煤氣(k,A,C,T88315561E-mail :paperchemj@mail. bz. zj cn