两种二氧化碳制甲醇技术的反应器数学模拟

二氧化碳利用可减少环境危害,二氧化碳制甲醇技术是近年来研究的重点。介绍了二氧化碳直接制甲醇和二氧化碳经逆变换后制甲醇的技术。采用水冷式管壳型反应器,建立了两种技术的反应器数学模型,并按10×104t/a甲醇规模,进行了数学模拟分析。结果表明,对于二氧化碳经逆变换后制甲醇技术,按1:1体积比将逆变换催化剂和甲醇合成催化剂混装在一个反应器中,有利于反应进行。两种技术的反应器数学模型可分别用于反应器模型化设计。

大型甲醇合成反应器模拟设计

针对上海焦化总厂年产２０ 万吨甲醇装置，提出了绝热－管壳复合型甲醇合成反应器。应用ＣＯ、ＣＯ２ 加氢合成甲醇反应宏观双速率动力学方程，以甲醇和ＣＯ２ 为关键组分，建立了甲醇合成反应器催化床的二维数学模型，用正交配置法求得催化床内各组分摩尔分数和床层温度随轴向和径向的分布。模拟计算了主要操作参数如沸腾水压力和温度、操作压力，对反应器操作性能的影响，讨论了催化剂使用中后期反应器的生产能力。生产操作数据与模型计算预测值吻合良好。

大型甲醇合成反应器工况的数值分析

年产40万吨甲醇合成反应器由两个绝热-管壳复合型反应器并联组成,并共用一个汽包。以CO、CO2加氢合成甲醇的两个平行反应为独立反应,CO和CO2为关键组分建立一维拟均相数学模型,用龙格-库塔法求解,获得催化床内各组分的摩尔分率和床层温度随轴向的分布。针对以天然气为原料的甲醇生产装置,模拟计算了各操作参数,如沸腾水压力和温度、操作压力,对反应器性能的影响,讨论了催化剂不同时期的反应器操作条件。此模型计算预测值与实际生产数据吻合良好。

撞击流反应器用于甲醇合成反应

撞击流反应器用于气液固三相甲醇合成反应可以充分发挥其优良的传热、传质性能。在撞击流反应器内,催化剂浆料经喷嘴雾化后成微米尺度的液滴,气液相间接触面积远大于其他三相合成反应器。考察了温度、压力、气体流量、浆料循环量以及喷嘴个数对甲醇合成反应的影响,结果表明,当压力从3.8MPa上升到5MPa时,反应器的时空产率增长了近1倍,气体流量达22.4L.min-1后时空产率几乎不再变化,增加浆料循环量以及在同一循环量下采用多喷嘴对置都可以增加催化剂时空产率。同时,与固定床、搅拌釜和浆态鼓泡床甲醇合成进行了对比,结果表明,在低空速下撞击流反应器与其他反应器时空产率相当,而在高空速下要优于其他反应器。

管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器的应用

由煤制合成气经合成甲醇制燃料和化工产品的技术路线是煤洁净高效利用的方向之一。根据甲醇合成反应的特点,将管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器应用于甲醇生产中,单塔45万吨/年甲醇合成反应器已设计,单塔30～35万吨/年甲醇合成反应器已投入使用。双塔并联50万吨/年甲醇合成反应技术已经投入使用,工业生产情况表明:甲醇合成反应器结构合理,催化剂装卸方便,催化床温度调节简单,床层热点至出口温差小,回收高位热能、副产蒸汽。正在开展"十一五"国家科技支撑计划课题180万吨/年甲醇合成反应器的研究。

甲醇合成反应器概述

论述了现有工业化装置典型的合成甲醇反应器的基本原理和开发过程 ,介绍了国内外正在开发研究的合成甲醇反应器 ,并对不同反应器的应用前景进行了比较。

合成甲醇反应器流向变换强制周期操作特性

实验研究了合成甲醇固定床反应器流向变换强制周期操作的非定态特性 ,考查了流向变换周期、进料流速和进料组成对床层轴向温度分布、热波在床层内的爬行速度以及反应器流出物组成的影响 .研究发现 ,即使进料中∑COx 总浓度降低至 0 .33 % (mol) 。

对撞流反应器甲醇合成实验研究

液相法甲醇合成由于有惰性液体介质的存在,气液相间传质对反应起到了一定的阻碍作用,对撞流反应器使用喷嘴将催化剂浆料雾化从而强化了气液相间传质。文中在对撞流反应器内对甲醇合成温度、合成气比例、气流量、浆料循环量以及喷嘴个数进行了考察,结果表明,温度控制在230℃左右操作比较适宜,二氧化碳参与反应对甲醇合成较为有利,合成气流量在22.4 L/min以后时空产率几乎不再增加,增加浆料循环量和采用对置式二喷嘴或四喷嘴比单喷嘴时空产率和出口甲醇体积分数都有所增加。由结果可知,利用喷嘴雾化和液体对撞可以显著地增强气液传质从而达到增加液相甲醇合成时空产率的目的。

新型低温合成甲醇反应器系统的设计与研究

设计和建立了一种新型的两段一体化反应器系统,并对其中的低温两步合成甲醇过程进行了研究。结果表明,该反应器系统可以在较宽的操作范围实现连续稳定运行。与浆态床单反应器两步合成甲醇相比,该反应器具有两步反应可以同时在最佳温度下进行,催化剂与产物自然分离,氢解催化剂中毒减缓,氢解速率较高及反应器液位自动补偿等优点。在本实验研究条件下,羰基化阶段为整个过程的控制步骤。相同压力下,在两段一体化反应器中得到了比浆态床反应器中高的甲醇时空收率。两段一体化反应器系统在温和条件下可得到与目前工业合成甲醇CO单程转化率相近的转化率。温度、压力及空速对反应具有重要影响。

Lurgi型甲醇合成反应器的模型化(Ⅰ)MK-101型催化剂上合成甲醇的宏观动力学

在接近工业操作的条件下,采用内循环无梯度反应器,对在原粒度MK-101催化剂上由CO/CO_2/H_2合成甲醇的宏观动力学进行了实验研究,获得了可供实用的宏观动力学方程.研究表明,合成甲醇与变换反应的循环偶合是这一复杂反应体系最显著的动力学特征.

气冷-水冷串联式大型甲醇合成反应器性能模拟

应用CO、CO2加氢合成甲醇反应双速率动力学方程,以甲醇和CO2为关键组分,建立了气冷-水冷串联式大型甲醇合成反应器数学模型。气冷和水冷反应器均采用一维拟均相数学模型。对1.2×106t/a甲醇合成反应器进行了模拟计算,得到了水冷和气冷反应器催化床层中的温度及各组分浓度分布。并讨论了水冷式反应器入口温度、沸腾水温度以及操作压力对反应系统的影响。

三相淤浆床甲醇合成反应器的数学模拟

应用三相淤浆床反应器流体力学和甲醇合成基础数据，以ＣＯ、ＣＯ２加氢合成甲醇为独立反应，以ＣＯ、ＣＯ２为关键组分建立三相淤浆床甲醇合成反应器数学模型。通过计算，得到反应组分沿淤浆床高的分布和有关的设计、操作参数，并分析了反应器的操作适应性。

液相法甲醇合成过程中机械搅拌反应器的模拟

本文对 C30 1及 C30 2两种不同催化剂条件下机械搅拌反应器内液相法甲醇合成过程进行了模拟。模拟中考虑了气液之间的传质过程及催化剂气固相本征反应动力学。主要模拟条件 :温度 483K～ 5 2 8K,压力 2 .0 MPa～ 6 .0 MPa,原料气中 CO浓度 0 .0 6～ 0 .45。模拟结果表明 :在 C30 1与 C30 2催化剂条件下 ,甲醇生成总体速率的模拟计算值与实测值相吻合 ,平均偏差分别为 7.98%和 11.92 %。可以认为 。

浆态床反应器中甲醇合成反应的数学模拟

为了对低温液相甲醇合成反应的模试及进一步的工业应用提供一定的预测和参考 ,用搅拌釜中得出的低温液相甲醇合成反应的动力学方程 ,经过合理的反应器模型假设 ,对低温甲醇合成鼓泡浆态床反应器进行了数学模拟。其中的非线性常微分方程组 ,采用变步长四阶Runge Kutta法进行数值计算。结果表明 ,模试操作条件下对CO转化率和H2 转化率的模拟计算结果与实际的模试值的误差分别为 13 %和 4 % ,模拟结果与模试实验结果比较相符 ;对不同条件下的反应速率和转化率进行了模拟预测。

鼓泡浆态反应器中低温甲醇合成的探索

为了开发低温液相甲醇合成新工艺,使用CuCr/CH3ONa催化体系,在直径40 mm的鼓泡浆液反应器中考察了低温甲醇合成的反应性能. 鼓泡浆液反应器使用的浆液由铜铬催化剂、甲醇钠溶液、乳化剂OP-10和液相介质二甲苯组成.实验结果表明在90 ℃～110 ℃、4.8 MPa和操作气速0.2 cm/s下,前9 h的CO平均转化率达到78%.甲醇是反应的主要产物.与搅拌釜中的实验结果比较,鼓泡浆液反应器的反应效率为搅拌釜的80%.这是由于甲醇钠的消耗和乳化剂的负效应所致.实验结果示范了鼓泡浆态反应器中低温甲醇合成的可行性.

硅橡胶/陶瓷复合膜反应器中CO_2合成甲醇(Ⅰ)反应动力学

在反应温度为 2 0 0～ 2 5 0℃ ,反应压力为 0 .6～ 1.6MPa ,原料气组成为H2 6 0 %～ 75 %、CO2 15 %～30 %、CH4 5 %～ 10 %的条件下 ,在固定床微分反应器中研究了C30 1催化剂上CO2 与H2 合成甲醇的反应本征动力学模型 ,提出了反应的控制步骤、模型鉴别及模型参数估值 ,当表面反应为速率控制步骤时所建立的动力学模型是可行的 。

Lurgi型甲醇合成反应器的模型化(Ⅱ)工况模拟与适宜操作条件

利用在MK-101催化剂上合成甲醇的宏观动力学表达式和以前关于小直径固定床传热特性的研究结果,建立了Lurgi型甲醇合成塔拟均相一维和二维数学模型,据此对Lurgi型甲醇合成塔在一系列不同催化剂剂龄下的工况进行了模拟计算,获得了与生产实际相符的结果和适宜操作参数范围.

甲醇合成反应器评述

详细论述了现有工业化装置典型的合成甲醇反应器的基本原理和开发过程 ,介绍了国内外正在开发研究的合成甲醇反应器[1-2 ] ,并对不同反应器的应用前景进行了比较。

低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器数学模拟

建立了经由甲酸甲酯的低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器的数学模型 ,模拟了实验室鼓泡浆态反应器的行为 ,并利用模型考察了工艺参数如表观气速、催化剂浓度对反应的影响 ,对改进和提高低温液相浆态床反应器甲醇合成提供了信息 。

RBF-LVLS方法用于甲醇合成反应器的软测量建模

及时、准确地测定化工过程变量,对确保生产过程稳定、有效控制产品质量具有重要意义。RBF-LVLS是在分析RBF-PLS的基础上提出的新方法,它保留了RBF-PLS的优点,采用非线性的神经网络结构,又用数学方法直接求解,免去了ANN冗长的训练过程和其他诸多欠缺,同时,它所集成的LVLS方法将PLS的多个目标函数整合为因变量成分拟合误差一个,以此循环迭代求解自变量和因变量的成分及它们间的回归系数,从而使建立的模型既具有很高的预报精度和良好的稳定性,又有简洁的解析形式,便于优化等进一步的计算和处理。RBF-LVLS方法成功应用于甲醇合成反应器的软测量建模。