Создание кастомной модели биомассового газификатора с использованием сложной субрутины кинетики реакций в AVEVA Process Simulation

Глубокая переработка возобновляемой биомассы и твёрдых автомобильных отходов в синтез-газ требует нестандартных подходов к моделированию реакторов. Большинство коммерческих симуляторов установившихся режимов изначально ориентированы на расчёт жидкостных и газовых фаз и не содержат встроенных строгих кинетических моделей, способных описать многостадийную твердофазную газификацию. Настоящее руководство описывает инженерный процесс разработки пользовательского блока реактора в современной объектно-ориентированной среде AVEVA Process Simulation (APS) в сочетании с классическими алгоритмами AVEVA PRO/II.

Вместо стандартного реактора Гиббса, основанного на минимизации свободной энергии и предполагающего достижение идеального химического равновесия, инженеры разработали собственный пользовательский модуль. Такой подход был вынужденным: равновесная модель часто даёт существенно завышенные выходы водорода и угарного газа при низких температурах, что не соответствует реальной неравновесной картине процесса. Разработанный модуль, функционально аналогичный интерфейсу фортран-подпрограмм USRKIN в PRO/II, позволил интегрировать в расчёт сложную сеть эмпирических кинетических зависимостей для реакций сушки, термического пиролиза, горения и эндотермической газификации углерода, включая реакцию Будуара и паровую конверсию.

Входными макро-данными для реакторного блока служили лабораторные результаты технического и элементного анализа биомассы (Proximate and Ultimate analysis). Эти данные преобразовывались в набор псевдокомпонентов, необходимый для расчёта материального баланса. Термодинамическое равновесие образующейся газовой фазы и свойства технологических потоков рассчитывались с использованием пакета уравнений состояния Пенга–Робинсона (Peng-Robinson).

Основной аналитической задачей исследования являлось проведение анализа чувствительности: определение нелинейной зависимости молярного расхода каждого компонента синтез-газа, в первую очередь водорода, а также температуры в зоне реактора от коэффициента избытка воздуха/кислорода (Equivalence Ratio, ER). Настройка виртуального оборудования потребовала тщательной калибровки коэффициентов теплопередачи внутри модели для интеграции потоков сбросного тепла и снижения общих энергопотерь системы.

Валидация разработанной кастомной кинетической модели была выполнена путём сопоставления предсказанных симулятором составов синтез-газа с эмпирическими данными, полученными на пилотной установке с нисходящим потоком. Итоговый цифровой двойник позволил математически оптимизировать температурный профиль реактора, обеспечив стабильное производство обогащённого водородом газа с минимальным углеродным следом.

Источник

Источник

Теги

• #AVEVA
• #Gasification
• #CustomModeling
• #DigitalTwin
• #Kinetics

Источник: https://www.researchgate.net/publication/393967415_From_Process_Simulation_to_Digital_Twin_Custom_Gasifier_Modelling_Complex_Kinetics_and_Optimisation_in_AVEVA_Process_Simulation

#AVEVA #Gasification #CustomModeling #DigitalTwin #Kinetics