论文部分内容阅读
近年来,我国焦炭产量一直高居世界第一,与此同时其也是典型的高污染行业。而随着国内经济运行新常态以及2015年新环保法的实施,对焦化、钢铁行业污染物减排、供给侧改革提出更高要求。本研究针对焦化企业生产过程特点,以分析氮、硫元素迁移转化规律为目标,建立了适用于实际焦化生产系统的静态和动态物质流分析方法,将机理模拟和过程模拟相结合,系统开展了焦化生产系统的碳、氮、硫元素的动态物质流分析,明确了其迁移转化规律。取得主要进展如下:(1)以传统物质流分析方法为基础。针对焦化行业特点,以焦化生产地理区域为系统边界,建立静态物质流分析框架,确立关键流股流量指标、关键节点波动指标、转化效率指标来分析静态物质流及不同工况波动情况。在此基础上建立了机理模拟和过程模拟相结合的动态物质流分析框架,对核心节点焦炉通过机理模拟其热解过程,将CPD模型拓展应用到实际焦炉热解过程结合Aspen Plus实现整个焦化过程的动态模拟。(2)依托静态物质流分析方法,将其应用到案例企业。年产100万吨焦炭时,焦化生产系统输入煤135万吨;碳元素的输入占比为75.4%,大部分以焦炭产品形式输出;氮元素输入量占比为1.4%,大部分随焦炭产品、硫酸铵副产品输出;硫元素输入量占比为0.5%;不同季节(原料煤的输入、组成较大差别)工况下氮、硫元素转化效率差别最大可达9%。静态元素流分析结果表明,不同工况下氮、硫元素波动较大,核心转化环节集中在焦炉,有必要对其进行动态模拟。(3)依托动态物质流分析方法,对于焦炉的动态模拟发现,采用不同配煤比时炼焦过程焦炭、焦油、煤气的收率也不相同;假定焦油二次释放HCN和NH3的比例为3:1时,对CPD模型进行拓展,可以较为准确的模拟出炼焦过程氮元素的释放;假定煤中有机硫裂解生成H2S,黄铁矿硫裂解生成COS,和原CPD模型中氮的释放类似,采用一阶速率方程和分布式活化能对煤中硫的释放进行描述,有机质固硫作用比例去20%时,得出荒煤气中H2S和COS含量随煤种的变化。通过Aspen Plus结合CPD模型模拟数据对案例焦化企业全厂流程进行模拟,连续四个月焦炭的生产数据,模拟值和实际值的相对误差,NH3和H2S都在±20%以内。