化学平衡类有关论文例文,与林业废弃物氧气—水蒸气气化的AspenPlus模拟相关论文格式

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[摘 要]近些年来,随着科技水平的发展,氧气-水蒸气气化以其能量转化率高、焦油含量少等种种优点引起了相关专家和学者的广泛关注,一些专家也进行了相关的实验,分析影响气化过程的因素.但是,由于各种客观因素的显著,这些实验存在成本高、设备复杂、误差大、周期长的缺陷,而模拟方法就可以在一定程度上弥补这些实验的不足,能够对氧气-水蒸气气化的热力学特征、反应机理等规律进行深入的研究.本文使用AspenPlus软件对林业废弃物氧气-水蒸气气化进行模拟实验.

[关 键 词]林业废弃物氧气-水蒸气气化AspenPlus模拟

[中图分类号]X72[文献标识码]A[文章编号]1003-1650（2013）05-0098-01

林业废弃物气化利用是解决现阶段下环境危急以及能源危机的重要方法之一,常规气化方式投入少、操作简单,但是其应用范围有限,近些年来,随着科技水平的发展,氧气-水蒸气气化以其能量转化率高、焦油含量少等种种优点引起了相关专家和学者的广泛关注,一些专家也进行了相关的实验,分析影响气化过程的因素.但是,由于各种客观因素的显著,这些实验存在成本高、设备复杂、误差大、周期长的缺陷,而模拟方法就可以在一定程度上弥补这些实验的不足,能够对氧气-水蒸气气化的热力学特征、反应机理等规律进行深入的研究.AspenPlus作为一种常用的化工设计和模拟软件,已经在煤燃烧气化模拟中得到了广泛的应用,但是在林业废弃物的气化模拟方面还尚未得到普遍应用,为了更好的对林业废弃物氧气-水蒸气气化实验进行模拟,本文基于AspenPlus软件基础上进行林业废弃物氧气-水蒸气气化的模拟实验.

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一、气化模型

由于林业废弃物中氧气-水蒸气的反应机理十分复杂,因此,其化学动力学的模型也较为复杂,通用性不足,但是其反应的过程中包含着较多的多相平衡和化学平衡,那么就可以利用自由能量最小化原则来建立气化模型.基于模拟方法的特征,需要假设废弃物的颗粒均匀不存在温度的梯度、反应器中温度恒定,可以稳定的运行,且不存在压力损失,反应可以在短时间内达到化学平衡、原料灰分和气化床料不会参与化学反应、气化的产物不包括焦油组分,系统内化学反应转化完全,不会对气化反应产生影响.

林业废弃物氧气-水蒸气气化的模拟图如图1,废弃物的颗粒在会从裂解模块到分离模块再到气化模块中,反应的颗粒粒径位于0.25到1.0mm范围内,反应器能够将原料分解为单分子灰分和组分,气化模块采用RGibbs反应器,该反应器能够运行水蒸气和氧气的气化反应,并可以将剩余能量的一部分排除,将另外一部分能量分流至裂解模块之中,以便达到裂解所需要的温度.

在模型中考虑的反应主要有以下几种：

C+O2等于CO2

C+CO2等于2CO

C+H2O等于CO+H2

C+2H2O等于CO2+2H2

CO+H2O等于CO2+H2

CH4+H2O等于CO+3H2

二、模型的验证

为了验证模型的可靠性,下面使用S/F表示气化时水蒸气参与反应废弃物的质量比,其中,气化效率的计算方式为：

根据分析可以得出,模拟气体产率、产气组分以及气化效率会随着S/F的变化趋势产生变化,其中CO和CO2模拟结果的吻合度良好,H2在S/F较高的情况下吻合度良好,此外,整个模型对于气体的产率有着较好的预测度,由于模型中不会考虑到焦油的组分,但是在实际的反应过程中焦油的气化会导致CH4和H2产量减少,这就在一定程度上导致模型对CH4和H2预测度偏高,尤其是在S/F较小的情况下,焦油的产量会更高,模拟误差就会更大,在相关的文献报道中也出现过类似的情况,虽然经过简单的模拟可以真实的反应出装置中的工作情况,但是从多相平衡和化学平衡的角度来看,模拟实验能够更好的反应出实际情况的变化,能够用于研究林业废弃物的气化规律中.

三、模拟结果和分析

1.气化温度对结果的影响

在量比为0.22,0.1MPa,S/F为0.435时,模拟结果显示,在气化温度的升高下,CO和H4的含量会逐渐增加,CH4和CO4的含量会逐渐减少,气化效率和气体产率也会逐渐增加,这就在一定程度上加剧Boudouard反应,烃类和半焦裂解的程度也会加深,CO4和CH4会逐渐转化为H4和CO,虽然水煤气反应能够生成CO4,但是生成CO4和CO反应平衡常数有着一些不同之处,温度升高时更多的水煤气会生成CO,这就导致气体产率和热值升高,气化的效率也会不断的增加.在800℃时,气化效率、气体产率、H4的产量会达到最大值,随着温度的继续升高,气化的效率不会发生太大的变化.

2.气化压力