焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝中甲烷化反應(yīng)的模擬(完整版)
【正文】 是項(xiàng)目的核心部分，因此對(duì)甲烷化反應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬計(jì)算，對(duì)于指導(dǎo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作有著重要意義。本文通過(guò)建立甲烷化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用化工動(dòng)態(tài)流程模擬優(yōu)化系統(tǒng)(DynamicSimulationamp。MethanationReaction。 我國(guó)是世界上最大的焦炭生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)。在此基礎(chǔ)上 ,1984 年美國(guó)大平原建成 389 萬(wàn) 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。該技術(shù)于 1987 年 7 月通過(guò)了由中國(guó)科學(xué)院主持的專家鑒定并由國(guó)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(wàn) m3 管道煤氣示范廠。 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(gè)工序。 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(gè)工序的關(guān)鍵。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 。 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(guò)對(duì) 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。而且由于實(shí)際化工過(guò)程的復(fù)雜性，很多變量之間無(wú)法用顯函數(shù)形式表達(dá)相互間的數(shù)量關(guān)系，大時(shí)滯與小時(shí)滯子系統(tǒng)組合在一起使得后者的動(dòng)態(tài)模型退化為代數(shù)方程，故對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模型也就很難通過(guò)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(wèn)題表達(dá)形式 。 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。裝置運(yùn)行 1000 小時(shí)中， CO 總轉(zhuǎn)化率接近 100%，生成甲烷的選擇性為 100%。 4 結(jié)論 我們提出了焦?fàn)t煤氣制天然氣專利工藝流程，建立了甲烷化反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，并且采用跟蹤逼近法求解模型，減少了大量復(fù)雜的代數(shù)計(jì)算，明顯提高了計(jì)算的效率，解決了甲烷化裝置的動(dòng)態(tài)模擬問(wèn)題。Technology,BUCTCNU,Beijing [7]RealTimeDynamicSimulationofFreeRadicalPolymerization[R].CIESCAIChE39。 劉金剛 (1978),男 (漢族 ),湖北人 ,碩士研究生，工程師，主要研究方向 :化工工藝。該項(xiàng)目已通過(guò)山東省科技廳主持的技術(shù)成果鑒定。 圖 4 氣源組成變化 圖 圖 7 分別給出了連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中反應(yīng)器 A 和 B 的床層溫度分布變化曲線，其中每條曲線時(shí)間間隔約 90 小時(shí)。但是，對(duì)于在動(dòng)態(tài)過(guò)程中那些大時(shí)滯的變量或其某些分量，在相鄰兩次時(shí)間積分之間其數(shù)值變化很小，故可采用如下的計(jì)算策略求解整個(gè)微分 代數(shù)混合方程組 : 該算法將每一步積分時(shí)都要迭代至完全收斂的代數(shù)方程求解計(jì)算，分散到后續(xù)的積分步驟中進(jìn)行，減少了大量復(fù)雜的代數(shù)計(jì)算，提高了計(jì)算的效率。此時(shí)，符合實(shí)際的動(dòng)態(tài)問(wèn)題數(shù)學(xué)模型表達(dá)應(yīng)當(dāng)如下面的微分 代數(shù)混合方程組 : 為時(shí)間的維向量函數(shù)，可稱狀態(tài)變量。 模型的求解 經(jīng)過(guò)對(duì)計(jì)算系統(tǒng)物性所需的狀態(tài)方程進(jìn)行篩選，最后確定選用 PengRobinson 狀態(tài)方程，對(duì)整個(gè)流程采用了序貫?zāi)K法進(jìn)行求解。提濃甲烷工序不宜采用膜分離，而宜采用變壓吸附技術(shù)。典型流程如圖2 所示，采用兩段或三段絕熱尾氣循環(huán)甲烷化技術(shù)工藝，同時(shí)獲取高品質(zhì)蒸汽。
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