煤气化工艺模拟与对比：Texaco vs Shell

"本文主要探讨了煤基多联产中两种煤气化工艺——Texaco气化工艺和Shell气化工艺的模拟与性能比较，利用Aspen Plus软件建立煤气化反应模型，通过分析合成气成分、热值、冷煤气效率、氧耗率、煤耗率等关键指标，揭示了水煤浆浓度、氧煤比、煤种等因素对气化性能的影响。研究表明，提高水煤浆浓度可提升合成气有效气体含量和冷煤气效率，降低氧煤比能优化气化性能，挥发分高、灰分低的煤种更适合气化，而粉煤气化在氧耗率和煤耗率上优于水煤浆气化，表现出更好的气化性能。" 在煤基多联产系统中，煤气化是核心步骤之一，涉及到能源转化的效率和产物的质量。本文采用了Aspen Plus这一专业的化工过程模拟软件，该软件广泛应用于化工行业的工艺设计和优化，能够精确计算反应平衡和过程性能。作者利用Gibbs最小自由能反应平衡方法构建了煤气化模型，这种方法基于热力学原理，可以预测化学反应的平衡状态。 Texaco气化工艺是一种水煤浆气流床工艺，它将煤炭与水混合形成浆液，在高温高压下与氧气或空气发生化学反应生成合成气。Shell气化工艺则采用粉煤气化，煤粉与氧气或空气在流化床内反应。这两种工艺在操作条件和原料处理方式上有显著差异，因此其性能特点也有所不同。 通过对水煤浆浓度的调整，发现适当增加水煤浆浓度可以提高合成气中有效气体（如CO和H2）的含量，从而提升冷煤气效率，即合成气在冷却至常温后的热效率。然而，煤的成浆性是限制水煤浆浓度的重要因素，过高的浓度可能导致浆液稳定性下降。 在保证碳转化率的前提下，降低氧煤比可以减少氧气的消耗，同时可能改善气化性能。这是因为过高的氧煤比可能导致能量损失和副产品生成增多。通过调整这一比例，可以优化工艺条件以实现更高效的气化。 煤种的选择对气化性能也有显著影响。挥发分高的煤种通常更容易气化，因为挥发分在气化过程中起到了媒介作用，而灰分低的煤种则可以减少灰熔点问题，避免堵塞和影响反应过程，因此具有更好的气化性能。 对比两种工艺的模拟结果，粉煤气化显示出较低的氧耗率和煤耗率，这表明其在资源利用率方面具有优势，可能是由于粉煤气化过程中煤粉与氧气接触更充分，反应更彻底。但这也需要考虑工艺的实施难度和对设备的要求。 本文的研究为理解和优化煤基多联产中的煤气化工艺提供了理论依据，有助于在实际操作中选择更适合的工艺条件和煤种，以提高能源转换效率和经济效益。通过深入研究和比较不同的煤气化工艺，可以推动清洁煤技术的发展，减少环境污染，促进能源的可持续利用。