焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝中甲烷化反應(yīng)的模擬-閱讀頁
2024-11-26 11:17本頁面
【正文】 主要含有 H CH CO、 CO N2 等，其 中部分氣量氣體進(jìn)入氣體混和器，與循環(huán)氣混合后提溫至 230~300℃進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器 R201，其中 CO 轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 99%，出口溫度可控制在 450℃左右 。出廢鍋的氣體與其余原料氣混合后控制溫度在 230~300℃，進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器 R102 進(jìn)一步甲烷化，出口可控制溫度400~450℃。出廢鍋的氣體經(jīng)回收熱量，將其降溫至常溫，除掉冷凝水，其中部分進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)與新鮮原料氣混合，其余進(jìn)入后續(xù)甲烷提濃工段。甲烷化過程除 CH4 外的輕烴會發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，增加了CH4 產(chǎn)量。解析后的天然氣可根據(jù)產(chǎn)品需要通過壓縮機(jī)增壓至合適壓力并脫水。該流 程經(jīng) DSO 軟件平臺 (DynamicSimulationamp。 根據(jù)該裝置規(guī)模、原料氣中主體成分及含量、雜質(zhì)組成及含量等情況，甲烷化部分采用補(bǔ)加水蒸氣、尾氣不循環(huán)、兩段絕熱的工藝。 圖 3 物料及能量平衡關(guān)系圖 定義進(jìn)口組成為 x，出口組成為 y，則物料平衡方程按照 C、 H、 O、 N 元素為 : (3) 能量平衡方程為 : (4) 式中 : 因為絕熱反應(yīng)，所以 歸一化方程 : (5) 當(dāng)壓力恒定，由式 (1)、 (2)可得化學(xué)反應(yīng)平衡方程 : (6) (7) (8) (9) 式 (3)~(9)為描寫穩(wěn)態(tài)工況下甲烷化塔的數(shù)學(xué)模型。 物料平衡方程 歸一化方程 能量平衡方程 描述帶有控制系統(tǒng)的實際生產(chǎn)裝置，則動態(tài)模型就是符合實際需要的。其一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為 : 其中為純量，代表時刻，為維列向量。但當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生作用時，以上動態(tài)模型就不能反映實際動態(tài)行為。相應(yīng)的求解策略與算法也變得非常復(fù)雜，往往難于套用數(shù)學(xué)手冊上的經(jīng)典算法。也是維向量函數(shù)。對以上模型，如使用最普通的 Euler 法求解，整個計算非常復(fù)雜耗時。其原理大致為 :對于第步積分，以上微分方程組中的代數(shù)方程通常按下式迭代直至收斂。通常要等到此迭代過程收斂后才進(jìn)行后續(xù)的積分運算。并且當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生作用，將過程控制到穩(wěn)態(tài)點時，代數(shù)方程將完全收斂。 模擬與工業(yè) 試驗結(jié)果的比較 表 1 列出此次工業(yè)試驗中甲烷化反應(yīng)器 A、 B 正常運行時的各項運行數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的模擬結(jié)果，可以看出模擬值與實際運行值十分接近。可以看出 CO 濃度在 69%之間波動， CO2 濃度在 %之間波動。在前期提壓時， CO2 總轉(zhuǎn)化率逐漸升高并隨著原料波動而波動，如圖 5 所示。可以看出，試驗過程中兩塔內(nèi)床層溫度分布沒有明顯的變化。B 床層熱點溫度為 440~450℃，位于床層的 1218cm 之間。 圖 6 反應(yīng)器 A 內(nèi)床層溫度分布 經(jīng)過后續(xù)變壓吸附提濃甲烷工序的效果也非常理想，可控制解析氣中甲烷含量在 85~98%之間，完全能滿足 SNG 的要求。根據(jù)模擬計算結(jié)果設(shè)計、 建設(shè)的工業(yè)試驗裝置運行良好，工藝數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果十分接近。裝置的成功運轉(zhuǎn)說明 :焦?fàn)t煤氣甲烷化工藝及催化劑性能已達(dá)到國外同類技術(shù)水平 。 符號說明 : :熱力學(xué)溫度 ,K :系統(tǒng)壓力， Pa :焓， kJ :氣體流量， Nm394Materialsamp。97,1997, [作者簡介 ] 來翊 (1980),男 (漢族 ),遼寧大連人 ,碩士研究生 ,工程師，大連普瑞特化工科技有限公司工程部技術(shù)員，主要研究方向 :化工系統(tǒng)工程。 劉振峰 (1977),男 (漢族 ),遼寧大連人 ,碩士研究生 ,工程師，主要研究方向 :化工工藝。
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