煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
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煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
第36卷第7期化学工程
V01.36No.7
2008年7胄
C珏E蜒至cA毛ENGl黻El珏嚣G<C珏凑A)
斌.20隧
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
王明华,李政,倪维斗
(潘牮大学热能工程羝,l芝索l∞隧4)
攮要:文章建立了国产B302Q镶化剂变换反应As就N用户动力学乎模块,经验证其用予摸拟计算较为霹靠。在对
shell煤气化工艺制甲醇的∞交换过程分析的基础上,研究了8种工艺方案,探讨了不同工艺的变换条件、限制隗
素和相应的熊量消耗。模拟计算表明,实际可能的工艺有方案l,方案2,方案4,方案5和方案8共5种。其中,方寨8每方案2梧毙,汽气毙下降了57%;警交换搴繇隽阳%泼主时,蒸汽清糍最少蠡鼋方案8工艺掰器蒸汽廷占了气
化炉产生蒸汽量的1/4左右。
关键谰:eO变换;As飚N模拟;co-楚。动力学方程;Sbell气化工艺
中圈分类号:TQr
116.2
文献标识弼:A
文章编号:l∞5硝幽.(2008)ar7删6JD5
CO曲【i髓proce豁mod舔forcoal
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methanol
WANG蛐ng-hl捡,LI
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在含成F.T液态燃料、甲醇和DME等化工产品AsPEN动力学模型基础上,分析了8种不同的变换时,需要通过CO变换反应来调整H:与CO:的比组合方式,探讨了不同工艺的变换条件、限翩因素和例,以满足生产工艺的要求川。工业中,CO变换反相应的蒸汽消耗,从而得到切实可行的变换工艺路应均在催化剂存在下进行,主要有Fe.Cr、Cu—zn和线,为指导生产过程提供一定的借鉴。
Co-Mo三大催化剂系列旧J。开发Co—Mo系催化剂的
掰的就是为了满足重油、煤气纯制讫工产品流程中
薹Cb一轰勤僖能蘩动力学方程可以将含硫气体直接进行cO变换,再脱硫脱碳的1.1平衡常数计算
霈要,从褥篱纯工艺路线瞄l。
一氧纯碳程水蒸气的变换反应是一个可逆的敦由予变换过程需要消耗大量的水蒸气,通过改热过程,反应放出的热量,随着温度升高而降低;不进工艺过程阪尽量减少蒸汽耗爨对整个生产的节麓同温度下反应热效应采用如下的公式进行计算。
一△群=9512+1.619r一3。ll×
降耗具有重要的意义。而目前对变换工艺的模拟计10—3r2+1.敖×10’6r
3
(1)
算仅是在规定c0转化率的前提下得裂水蒸气的淡式中,醒为反应络,彬mol;歹为反应温度,K。
耗,从工艺本身而言,并不能确定最小的蒸汽耗量。
平衡常数通过范特霍夫方程计算:
本文基于煤制甲醇C0变换工艺组合方式的研究,在建立国产B302QCo-Mo宽温变换催化剂
d
k砗=帮r
A辩
(2)
基金袋蠢:蓄家鑫然辩学基金重大研究诗麓舔瓣(9。2l∞32);善家蘩豢基磷疆究发展诤麓瑗蟊(2005e罄2212孵)
作者简介:王明华(19∞一),男,博士研究生,主癸从事双气头多联产系统设计和分析研究,E-mBil:waIIg mh05静煳ils.tsin曲I鲰edu.蝴。
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
王明华等煤制甲醇C0变换工艺组合方式的研究
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式中,K为以分压表示的平衡常数;R为气体常数,
8.3145
J/(m1.K)。
1.3
K,=巧
ASPEN模拟结果与工程数据比较
(6)
由式(1)、式(2)积分,得到
hl
K:_o-318+掣_o.815
2
为了衡量动力学方程的计算精度,以某一实际
lllr+
工厂的工程数据作为比较的基准,结果如表1所示。从表中可以看出,动力学模拟结果准确度较好,由此采用本文编制的ASPEN动力学模块进行变换过程的模拟计算具有一定的可靠性。
表l
Tablel
1.566×10—3丁一3.702×10—7r
(3)
1.2
B302Q动力学方程
工业用原粒度的B302Q型催化剂宏观动力学
方程H1如下:
邮o:)=鼍笋圳oo唧(警)×p
ASH烈模拟结果与工程数据比较
Cc髓p碰sonbe附eensimIIlation蛐den西neering凼土a
(co)n6p(H20)p(c02)-o’_(H2)_0一(1一卢)
式中,移(C02)为CO:反应速率,kmoL/(L h);Ⅳ(C02)为CO:摩尔流量,kmoL/h;y为催化剂体积,L;p(co)为cO分压,kPa;p(H20)为H20分压,kPa;p(C02)为C02分压,kPa;p(H2)为H2分压,kPa;菇(C02)为C02摩尔分数;鬈(H2)为H:摩尔分数;茗(CO)为CO摩尔分数;算(H20)为H20摩尔分数;疋为以摩尔表示的平衡常数;口为比例因子。
在计算变换反应平衡常数时,用各组分分压表
示就足够准确了,即
其中卢=乏勰
(4)
(5)
2气化工艺煤制甲醇变换流程的ASn烈模拟2.1计算基准与模拟说明
气化煤气组成体积分数[51如表2,流率为
100841460012500
kmoL/h,压力为3kPa,温度为566℃。
500
kPa;高压给水为
kPa,温度为215℃,产生的高压蒸汽为
表2气化煤气组成体积分数
’I铀le
2
V01岫e如cti叩ofcoal
g鹊comp∞iti∞
变换过程加入的蒸汽参数4000kPa,280℃,加入的激冷水为4000kPa,95℃。将气化煤气的显热用于这股低参数的水和水蒸气,则所产生的水蒸气量和高压水蒸气是相近的;此结论是为了比较后续工艺中对变换过程水蒸气消耗占气化过程产生的水
蒸气的多少。
l,图中&表示加入的蒸汽量,下同。
&1
田1全部气体一段变换流程
Fig.1
矾州di89I姗ofall
g聃∞e—sta驴蛐
宽温变换催化剂进口温度是主要控制指标口],通过氢碳比的要求来控制蒸汽的量,经过气气换热器后使得进入变换反应器的气体的温度升到226℃。在此情况下,蒸汽量的下限就是使变换满足氢碳比的要求,上限就是不使热点温度超过450℃,以防止失活。为了满足氢碳比的要求而超过热点温度的话,就需要采取二段甚至多段变换工艺。2.2不同方案分析与模拟结果讨论
方案1:全部气体一段变换调氢碳摩尔比,如图
根据计算,CO的变换率为56.2%,实际消耗的汽气摩尔比(干气)为O.406,变换气进出口温度分别为226℃和447.6
cC。
由于它是最基本的变换形式,在后续工艺的优化中,将采用CO变化率56.2%作为最低衡量基准,当变换率大于此值时,对反应器而言具有操作可行性;当变换率大于70%,对反应器而言是较优的指标。以下的汽气摩尔比都是指实际消耗的水蒸气与
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
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化学工程20∞年第36卷第7期
干气的摩尔比值。
方案2:部分气体一段变换,部分气体混合调氢碳摩尔比,如图2,图中菇代表气体分流摩尔比,以
下同。
蔫翳,函;磐:
lJ2
r…………一1
在此工艺中,有2个调节变量:也和S圮。故在
一定氢碳摩尔比的条件下,菇2与勉互为函数关系。
图3为分流比与cO变换率的关系,从图可以看出,当分流比大于0.184,一段反应器的cO变换率才高于70%,此时汽气摩尔比为0.65。
l1OOOOO
OO
’,2
圈3勉与c0变换搴和汽气摩尔比的关系
fk.3
m^8ti蛆b哪mn
52∞dCOshiftdegr∞
对以上的2个方案进行比较可以发现,对于以Shen气化炉得到的气化煤气,由于CO体积分数过高,当使用一段变换时,其蒸汽消耗量就较大;如果又采用部分煤气调氢碳摩尔比,就要提高变换部分的汽气摩尔比,以提高CO一次变换的变换率;从而就导致能耗增高,并且在一定的汽气摩尔比条件下,部分煤气分流调节氢碳摩尔比的比例偏小。
方案3:全部气体通过二段变换调节氢碳摩尔比。通过计算可知,全部气体通过二段变换能满足氢碳摩尔比的要求,且蒸汽消耗量较少;但是2个变换反应器都在效率很低的情况下运转,从设计和运行来看,都是不合理的。
方案4:原料气分成2股,一股二段变换,一股调氢碳摩尔比,如图4,图中埘代表激冷水量,以下同。
工艺的可调变量为3个:姒,埘珥和拼。使用一
变的C0变换率(变化范围为56.2%12%)作为
控制条件来确定S珥;利用氢碳摩尔比来确定分流比拼。进入一变的气体的温度通过换热器的负荷控制
在露点温度25℃以上,进人二变的气体的温度通过加入的埘珥保持在露点温度25℃以上。
圈4部分气体二段变换漉程田fk.4
noW
d妇咿哪ofp8rtg∞t帅一8ta即8hifI
图5说明了讲与汽(水)气摩尔比,一段与二
尔比增加的幅度大于水气摩尔比,这是因为一变中CO体积分数较高,要达到规定的转化率需要较高的汽气摩尔比。同时也可以发现,要提高一变变换率,同时满足二变调温和分流原料气调氢碳比的要求。 段CO变换率
圈5讲与汽I水)气●尔比,一段变换率与二段变换率/分漉比的关系
Fig.5
Rela咖bt}t’嘴n硝r舳dw毗眈,雠朗m/g明
方案5:原料气分成3股,一股进一变、一股进审湮匦
Sf5。
Il。写磷默!晶
气体53
J52
圈6原料气部分一变和部分二变流程田
隐6Fh
di哪0f叫鲫㈣一8tage强dother俨咻5tage
5h洫
在此工艺中,可调变量有:脯,硝,巧1和疮2;
段CO变换率的关系。随着分流比的增大,汽气摩加入蒸汽量和分流比都需要同时增加。从计算的结果来看,一变的变换率不能高于72%,否则就不能到二变时,cO体积分数降低,从一变来的水蒸气体积分数仍较高,此时加入水主要是起激冷作用,从图也可以看出,在同一分流比的情况下,二变的cO变换率要高于一变。
二变、一股调氢碳比,如图6。
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
王明华等煤制甲醇C0变换工艺组合方式的研究
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需要将2个变换反应器的CO变换率作为控制参来看,这也是很不合理的。
方案7:原料气分成2股,一股变换,一股调氢碳摩尔比。由方案4可知,为了使得3个变换反应器都能维持在56.2%以上的变换率,则分流调氢碳摩尔比的气量则会增加,但随着分流比的增加,汽气摩尔比的增加幅度也较大。由于要变换的气体总量是减小的,而一变和二变的变换率又要保持在最低基准之上,此时新增的三变从变换率上也能保证在基准之上,但是处理的气量却很少,导致空速降低,装置处理能力上不去,显然是不经济的。
方案8:原料气分成3股,一股进一变、一股进二变、一股调氢碳摩尔比,二变之后串三变,如图8。
Sf8
数:由一变调节舾,由二变调节埘巧。氢碳摩尔比
的量由硝2调节,此时巧1将是一个自由变量,可在0—1内调节,当为0时就等同于方案4,当为1时就等同于方案2。
图7展示了西1与汽气摩尔比和二变CO变换率的关系。从图可以看出,随着硝1的增加,二变cO变换率和汽气摩尔比都下降,但是二变变换率受到最低基准56.2%的限制,从而菇5l不能任意增大,相应的汽气摩尔比也不可能无限降低。如果还需降低总的汽气摩尔比,那么在规定的一变变换率下,就要提高岱1,此时只能通过三段变换来实现。
0.55
O0O
I曼坚!.;.…………………..{
O.50丑0 45
妊O.40登
扩O.35《O.30
O.25O.20
O.05
0O
气体83
馨轼锹o锹¨
Fig.8
善82
O
圈8三段变换漉程圈
O
O
O
0.15
O.25
O.35
O.45
0.55
n哪diagram
0ftlIr∞一sta伊蛐
O.65O.75
,5l
此流程是在方案5的基础上,为了进一步降低汽气摩尔比而设计的。工艺增加了一个新的可调变
d孵∞
田7巧l与汽气●尔比和二变变换率的关系
玩.7ReM∞be晰m巧1,咖Ⅲ/俨and
2nd出ift
量钾t82,它将控制进三变的气体温度;其他参数的控制条件如方案5。模拟计算结果如表3,分析与方案5类似。
方案6:全部气体三段变换,从对方案3的分析
表3备段变换率与分漉比和汽(水)气摩尔比的关系’I铀le3
Relationbetweenshmdegree册d
8te姗/g够mole
ralio
从以上的分析可以看出,如果以一变变换率为56.2%为基准,实际可能的工艺有方案1,2,4,5和8这5种;如果要求所有变换反应器的变换率都在70%以上,则可能的工艺有方案2,4,5和8这4种;对它们的汽气摩尔比进行比较如图9所示。
从图中可以看出,随着工艺的改进,汽气摩尔比有较大的降低,方案8与方案2相比,就下降了57%。图中也展示了在变换率都为70%以上时,变换所消耗的蒸汽占气化炉产生的蒸汽的比值,最优的方案8只占了1/4左右。
圈9不同变换工艺的能耗比较
№.9
En嘲compari嘲ofdi鼬c蝴
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
70
化学工程2008年第36卷第7期
3结论参考文献:
[1]唐宏青.碳一化工新技术概论[M].成都:氮肥与甲醇
编辑部,2006.
[2]陈五平.无机化工工艺学(1)合成氨[M].北京:化学
工业出版社,1996.
[3]许世森,李春虎,郜时旺.煤气净化技术[M].北京:化
学工业出版社,2006:387_391.[4]
(1)建立了国产B302Q催化剂的变换反应ASPEN用户动力学子模块,并与实际工程数据比较,验证了其用于模拟变换工艺的可靠性。
(2)对SheU煤气化工艺制甲醇的CO变换过程进行了分析,分析了8种工艺的组合方式,探讨了不同工艺的变换条件、限制因素和相应的能量消耗。
(3)模拟计算表明,实际可能的工艺有方案l,2,4,5和8这5种。其中,方案8与方案2相比,汽气摩尔比下降了57%;当变换率都为70%以上时,蒸汽消耗最少的方案8工艺所需蒸汽只占了气化炉产生蒸汽量的l/4左右。
孔渝华,陈劲松,王先厚,等.耐硫变换催化剂∞02Q
的研制[J].催化学报,1990,11(5):425-428.
[5]
SHELTONw,IⅣONsJ.ProcessEngineeriIlgDiviBi∞ ‘SheHGa8ifierIGCCBa8e
2000.
C姗’[R].uSA:NlHL,
【上接第57页】
验中生物膜填料的苯吸附常数6=4.0554×l旷
[3]完莉莉,汪玉庭.室内空气有机污染的研究现状[J].
环境监测管理与技术,200l,13(2):12一16.[4]
王桂华,周中平,傅立新.室内空气中苯和甲苯浓度分布特征调查[J].上海环境科学,2003,12(22):9r77-
982.
叫(m3 h),苯在生物膜表面的吸附系数A=
O.0016
m3/mg;生物膜填料的甲苯吸附常数6=
mg/(m3 h),甲苯在生物膜表面的吸
3×10一m3/mg。
2.9966×106
附系数A=3.227
3结论
[5]WIESLANDERG,NORBACKD,BJORNssONE,et
a1.A8th撇彻dtIle
of
(1)在实验的质量浓度范围内,生物滴滤塔去除苯、甲苯效果一直很好,苯的去除率为65%,甲苯去除率为93%。
(2)通过分离筛选,菌株L4对苯、甲苯降解效果显著,苯降解率为83%、甲苯降解率为92%。经过生理生化鉴定、Shedock脂肪酸鉴定系统分析,可基本确定菌株L4为B∞i肛w.sp。
(3)应用“吸附.生物膜理论”模型对生物法净化苯、甲苯废气的动力学过程研究表明,模型的计算值和实验值相关性良好。苯的相关系数砰=
0.999
eIniBsi帆删debyde舳d
ind00r
emriIo咖ent:tllesi舯逾c锄ce
vohlileorgaIIiccomp曲d8
Areh0ccup
hQmnewlypaintedindoor8IlIf如es[J].Int
En、,iMlHealth,1997,69(2):115—124.[6]
吴玉霞.环境苯暴露与儿童白血病[J].国外医学卫生
学分册,2002,29(4):225-227.
[7]戚海,裴秀坤.室内空气污染现状及防制对策[J].中
国公共卫生管理,2003,19(1):81-82.[8]
赵厚银,邵龙义,时宗波,等.室内空气污染物的种类及控制措施[J].重庆环境科学,2003,25(7):3石.
[9]uJiIIg.Impr}oveofLAQby
on
8new
bal【e删tmethod
cr75.30r79.
based
ch删Ibertest8[C]//uuJiIlg,LuYaIlg.Ind∞rAir.
5,甲苯的相关系数舻=0.9996。
Beijing:Tsinglluaunive玛时,2005:3
[10]孙佩石,杨显万.生物法净化低浓度挥发性有机废气
参考文献:
[1]
张胜军,姚晓青,蒋欣.室内装修后苯、甲苯、二甲苯和
的动力学问题探讨[J].环境科学学报,1999,19(2):
154.158.
甲醛污染调查[J].中国环境监测,2004(20):23么.
[2]
姜安玺.空气污染控制[M].北京:化学工业出版社,
2003:45-56.
[11】张鹤清,胡洪营.6种挥发性有机物在甲苯驯化微生物
中的好氧生物降解性能[J].环境科学,2003,24(6):
83.89.
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
煤制甲醇CO变换工艺组合方式的研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
王明华, 李政, 倪维斗, WANG Ming-hua, LI Zheng, NI Wei-dou清华大学,热能工程系,北京,100084化学工程
CHEMICAL ENGINEERING2008,36(7)
参考文献(5条)
1.唐宏青 碳一化工新技术概论 20062.陈五平 无机化工工艺学(1)合成氨 19963.许世森.李春虎.郜时旺 煤气净化技术 2006
4.孔渝华.陈劲松.王先厚 耐硫变换催化剂B302Q的研制 1990(05)
5.SHELTON W.LVONS J Process Engineering DivisionShell Gasifier ICCC Base Cases 2000
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