[發明專利]一種多組分有機廢物高溫氣化爐內鹵化氫的預測方法

在審

• 申請號: 202210405150.5
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114694764A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 楊彬;鄧春暉;雷樂成
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明涉及一種多組分有機廢物高溫氣化爐內鹵化氫的預測方法。針對傳統氣化爐數值模擬方法的局限性，本方法首先進行物理建模并對其進行網格劃分，然后采用Fluent軟件進行數值模擬。結合多組分有機廢物性質及氣化工藝特點，選取了組分輸運模型中Finite?Rate/Eddy?Dissipation作為燃燒模型，并對多組分有機廢物氣化過程進行合理的簡化，最終通過CFD?Post的后處理得到了氣化爐內鹵化氫氣體生成量的分布云圖，同時也獲得了合成氣、溫度等指標的數值分布規律。本發明通過選取合適模型和合理假設，成功模擬了多組分有機廢物高溫氣化爐內的反應過程，合成氣預測誤差在2％以內，同時獲得了難以實際測量的爐內鹵化氫的分布規律。

技術領域

本發明屬于能源工業和化學工程領域，具體而言是一種多組分有機廢物高溫氣化爐內鹵化氫的預測方法。

背景技術

高溫氣化熔融爐主要包括Shell、GSP、Prenflo、Eagle等用于干煤粉進料的氣化爐和德士古、E-GAS、多噴嘴對置式等用于水煤漿進料的氣化爐，主要生產合成氨與CO，H₂等化工產品。傳統水煤漿氣化工藝中由于煤中含鹵素含量較低，少見對鹵化氫產生預測研究。近年來，利用有機廢物替代部分煤作為氣化爐的進料已成為研究熱點，一方面可以實現有機廢物的無害化處置和資源化利用，另一方面也減少了化石燃料的消耗，實現了碳的減排。工業有機廢物主要包括精餾殘渣、廢活性炭、廢催化劑、工業污泥、廢舊輪胎、廢印刷電路板等固體廢物和廢有機溶劑、廢礦物油等液態廢物。由于多組分工業有機廢物中含有有機氟、有機氯等有機鹵素化合物以及氟化鈉、氯化鈉等無機鹽，其鹵素含量通常是水煤漿幾十倍以上。在氣化爐內，傳統的水煤漿在高溫條件下發生熱解和氣化，生成以CO、CO₂、H₂為主的合成氣，無機物則會熔融固化成玻璃態爐渣。高溫氣化產生的鹵化氫會對氣化爐內耐火材料產生酸性腐蝕，從而降低氣化爐的使用壽命。

由于多組分有機廢物具有高含鹵素的特征，其中還含有大量低沸點易揮發、性質不穩定的有機物，經一定溫度烘干后不可避免會損失其有機物質量及成分，因此無法進行常規的、準確的全元素分析和工業分析。在實際生產過程中，由于入爐原料的差異較大，現有技術無法準確預測爐內的鹵化氫氣體生成及分布規律，因此探索一個適用于高溫熔融氣化爐內鹵化氫氣體的預測方法極其重要。論文(馮昱恒，化工危廢在燃燒熱解過程中氟氯氣體的析出和脫除機理的研究[D]，浙江大學，2014：17-18)利用TG-FTIR技術對生產磷酸二氫鉀工藝中的廢渣熱解析出氟化氫、氯化氫氣體進行了實驗分析。對有機廢物燃燒過程鹵化氫氣體析出需要在實驗室中進行小試試驗，現有工藝聚焦于有機危廢的焚燒爐，缺乏氣化爐內鹵化氫氣體析出的研究，氣化爐內高達2000℃且物料停留時間小于5s，現有實驗室技術也無法測量其鹵化氫氣體的產生。綜上所述無論是工廠實地取樣還是實驗室小試均無法測量多組分有機危廢氣化爐內鹵化氫氣體。

計算機模擬也稱數值模擬，通俗的來說是指用計算機做實驗，以計算機為計算平臺解決一些工程問題、物理問題等。數值模擬的方法可以提供爐內溫度、壓力、產物濃度等，為氣化爐的實驗研究與工業運行提供便利。論文(Luan Y T，Chyou Y P，Wang T.Numericalanalysis of gasification performance via finite-rate model in a cross-typetwo-stage gasifier[J].International Journal of HeatMass Transfer，2013，57(2)：558-566.)中采用歐拉-拉格朗日的方法對三維E-GAS水煤漿氣化爐進行數值模擬，主要考察氧煤比對出口合成氣溫度以及合成氣中CO含量的影響情況。CN105930585A中發明人利用Fluent中非預混燃燒的方法完成了對Shell氣化爐流場和溫度場的模擬，對Shell氣化爐內主要合成氣體提供了完整的數據。現有氣化爐數值模擬的進料組成均為煤或水煤漿。

本發明所針對的多組分有機廢物氣化爐內鹵化氫氣體預測，其難點在于：