焦炉煤气部分氧化制甲醇合成气研究
作者:jnscsh 时间:2021-07-24 08:52:47 浏览次数:次
单位和热力学模型;
(3)规定进料流股,规定换热器和反应器;
(4)运行模拟,通过菜单Run→Run all选项,运行模拟;
(5)查看结果,对计算结果进行分析,不断修正计算模型。
2 结果与讨论
2.1 水蒸汽量对氢碳比的影响
图3为水蒸汽用量对氢碳比影响关系图。由图3可见,在水蒸汽摩尔流量小于600 kmol/h时,随着水蒸汽摩尔流量增加,氢碳比逐渐降低;当水蒸汽摩尔流量大于600 kmol/h时,随着水蒸汽摩尔流量增加,氢碳比逐渐增加,但增加幅度不大。因为CO变换反应为可逆反应,根据反应平衡理论,在温度一定时,当水蒸气摩尔数增加,反应往右移动,相应H2量增加,与文献[8]的研究结果一致。
由于随着水蒸气摩尔流量的增加,转化炉内催化剂床层的温度降低,使得由CH4转化成的CO量减少[8]。而且,随着水蒸气的摩尔流量的增加,CO变换反应的平衡变换率也随之增加,因此会消耗更多的CO与水蒸气反应,从而使得合成气中CO的含量逐渐减少。
同样,在温度一定时,当增加水蒸气摩尔数,CO变换反应向右移动,相应CO2的生成量增加[8]。
2.2 氧气量对氢碳比的影响
图4是氧气摩尔流量对氢碳比影响规律图。由图4可见,随着氧气的摩尔流量增加,氢碳比逐渐减小,尤其是氧摩尔流量很低时,氢碳比很大,这对甲醇的合成极其不利。
随着氧气摩尔流量增多,合成气中二氧化碳的含量先增多后逐渐减小,由于刚开始,氧气的含量很少,氢气的燃烧反应弱,变换反应区的温度不是很高,变换反应生成二氧化碳的量多;但是,随着氧气量逐渐增多,氢气燃烧反应加强,变换反应区温度升高,一氧化碳变化反应受抑制,使得生成的二氧化碳量减少,从而使得合成气中二氧化碳含量是先增多后减小。
2.3 反应器进口温度对氢碳比的影响
图5是反应器进口温度对氢碳比的影响图。从图5中可以看出,随着反应器进口温度的升高,反应器出口温度也相应得升高,这有利于甲烷转化完全。由图5还可以发现,一氧化碳增加,二氧化碳减少,使得CO/CO2比增加,有利于甲醇的合成;随着反应器进口温度的升高,氢碳比增加,不利于甲醇合成,并且反应器进口温度增加使换热面积增加较多,投资要加大,权衡其利弊,本文选反应器的进口温度为500 ℃。
2.4 二氧化碳补加量和反应压力对氢碳比的影响
图6为二氧化碳补加量对氢碳比的影响图。由图6可以发现,在温度一定时,随着二氧化碳补加量增加,CO变换反应向左移动,CO量增大,导致合成气的氢碳比降低。甲醇合成对原料气的基本要求是氢碳比为2.05[8],由图6可见,二氧化碳的补加量为9.5 kmol/h时满足甲醇合成適宜条件。
图7为反应压力对氢碳比的影响图。由图7可以看出,随着压力的升高,氢碳比逐渐减小,CO/CO2比也逐渐减小,不利于甲醇合成反应。
可见,反应压力过高,不利于甲烷转化反应;如果反应压力过低,氢碳比过高,不利于甲醇合成。为此,本文选取的反应压力为1.85 MPa。
3 结 论
(1)氢碳比随着水蒸气的增多而减小,有利于甲醇合成,但水蒸气增加会使合成气中的CO2量增加,适宜的水蒸汽摩尔流量为600 kmol/h。
(2)在本文模拟计算条件下,适宜的氧气量为21 kmol/h。反应器进口温度为500 ℃,反应压力为1.85 MPa,二氧化碳的补加量为9.5 kmol/h。
(3)进入转化炉的各物流的摩尔流量比为:COG(焦炉煤气):H2O:O2:CO2=1:0.8:0.21:0.095。
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