焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝中甲烷化反應(yīng)的模擬-wenkub
2022-11-17 11:17:00 本頁面
【正文】 和生產(chǎn)操作有著重要意義。焦?fàn)t煤氣制天然氣 工藝 中甲烷化反應(yīng)的 模擬 焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝中甲烷化反應(yīng)的模擬 來翊 *，劉金剛，劉振峰，吳迪鏞 (大連普瑞特化工科技有限公司，大連 116085) 摘要 :焦?fàn)t煤氣制天然氣對拓寬天然氣的供應(yīng)渠道和提高焦?fàn)t煤氣的清潔利用效率具有重要意義。本文通過建立甲烷化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用化工動態(tài)流程模擬優(yōu)化系統(tǒng)(DynamicSimulationamp。甲烷化反應(yīng) 。MethanationReaction。 天然氣在我國是一種極其稀缺的優(yōu)質(zhì)、清潔能源 ,市場發(fā)展迅速 ,但資源緊張、供求矛盾突出 ,顯示出天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量持續(xù)增長的巨大潛力。 我國是世界上最大的焦炭生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國。 在焦?fàn)t煤氣制天然氣技術(shù)方面，可以類比國內(nèi)外煤制天然氣技術(shù)，已相對成熟。在此基礎(chǔ)上 ,1984 年美國大平原建成 389 萬 m3/d 的煤制天然氣工廠 ,利用當(dāng)?shù)馗咚趾置?,采用魯奇純氧干排灰壓力氣化、耐硫耐油變換、低溫甲醇洗凈化 , 高壓下甲烷化。據(jù)已公開的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，英國 DAVY 和丹麥 TOPSφ E 在能耗、催化劑功能以及合成氣轉(zhuǎn)化率等方面略優(yōu)于德國魯奇的技術(shù)，但由于市場需求等原因 ,其工業(yè)化程度落后于德國魯奇公司 ,目前處于工業(yè)化推廣階段 。該技術(shù)于 1987 年 7 月通過了由中國科學(xué)院主持的專家鑒定并由國家計(jì)委確定分別在上海市青浦縣和遼寧省瓦房店市建設(shè)規(guī)模為日產(chǎn) 3~4 萬 m3 管道煤氣示范廠。西北化工研究院也開展了城市煤氣甲烷化催化劑的研究，并建設(shè)了北京順義 4100m3/h 煤氣甲烷化項(xiàng)目 [5]。 2 流程工藝 圖 1 焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝方案圖 圖 1 是焦?fàn)t煤氣制天然氣 (SNG)工藝流程圖，主要 包括 :原料氣壓縮、預(yù)處理、二次升壓、有機(jī)硫水解、精脫硫、甲烷化、甲烷提純幾個工序。因此壓縮工序可采用噴油螺桿壓縮機(jī)將焦?fàn)t煤氣進(jìn)行增壓。 甲烷化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，如何控制反應(yīng)溫升和回收反應(yīng)熱量是整個工序的關(guān)鍵。然后進(jìn)入換熱器及廢熱鍋爐 E102 回收熱量并副產(chǎn)蒸汽。本工藝循環(huán)氣壓縮機(jī)可選用離 心式壓縮機(jī)，壓差只需 即可 。 為進(jìn)一步驗(yàn)證 M849 甲烷化催化劑對工業(yè)氣源的適應(yīng)性及整套工藝流程的可行性，大連普瑞特化工科技有限公司與山東焦化能源煤化有限公司、成都五環(huán)新銳有限公司等單位合作，完成了我國首套焦?fàn)t煤氣甲烷化合成天然氣全流程工藝試驗(yàn)裝置，經(jīng) 1000 小時運(yùn)轉(zhuǎn)并于 2020 年 7 月 31 日通過了山東省科技廳組織的鑒定會。 3 甲烷化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型的建立 通過對 M849 甲烷化催化劑的反應(yīng)特性研究及自由度分析，絕熱固定床反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的獨(dú)立反應(yīng)有 : (1) (2) 穩(wěn)定工況下，甲烷化反應(yīng)滿足以下關(guān)系，如圖 3 所示。從宏觀角度看，動態(tài)模擬的任務(wù)就是求解一組初值問題的常微分方程組。而且由于實(shí)際化工過程的復(fù)雜性，很多變量之間無法用顯函數(shù)形式表達(dá)相互間的數(shù)量關(guān)系，大時滯與小時滯子系統(tǒng)組合在一起使得后者的動態(tài)模型退化為代數(shù)方程，故對應(yīng)的動態(tài)模型也就很難通過數(shù)學(xué)形式的變換化成以上標(biāo)準(zhǔn)的常微分方程組初值問題表達(dá)形式 。為時間的維向量函數(shù)，可稱控制變量，代表了控制系統(tǒng)的控制作用或影響。 其中可以是按照任一代數(shù)方程組迭代解法給出的第輪的 迭代改進(jìn)量。進(jìn)一步用此算法描繪出不同組分下平衡炭生成等溫曲線，為工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)防止析炭反應(yīng)的發(fā)生提供了保障。裝置運(yùn)行 1000 小時中， CO 總轉(zhuǎn)化率接近
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