甲醇反應器的模擬與優(yōu)化

第36卷第3期遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.36, No.3.2016年6月Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Jun. 2016本刊核心層次論文DOI: 10.15916/j.sn1674 3261.2016.03.014甲醇反應器的模擬與優(yōu)化彭淑靜，周艷軍，劉沖(遼寧工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧錦州121001 )摘要:利用Aspen Plus化工流程模擬軟件，對錦西天然氣化工有限公司甲醇反應器進(jìn)行了模擬。結合甲醇合成反應催化劑動(dòng)力學(xué)方程選擇了合適的甲醇反應器模型，將模擬結果與工廠(chǎng)的實(shí)際數據進(jìn)行了比較與分析。通過(guò)考察溫度和壓力對甲醇含量的影響，確定了適宜的溫度和壓力，實(shí)現了對甲醇反應器優(yōu)化的目的。關(guān)鍵詞:甲醇反應器: Aspen Plus;模擬;優(yōu)化中圖分類(lèi)號: TQ223. 12文獻標識碼: A文章編號: 1674-3261(2016)03-0200-03Simulation and Optimization of Methanol ReactorPENG Shu-jing, ZHOU Yan-jun, LIU Chong(Chemical & Environmental Engineering College, Liaoning University of Technology. Jinzhou 121001, China)Abstract: The methanol reactor based on the actual production of Jinxi Natural Gas ChemicalCo., Ltd was simulated by means of Aspen Plus software and appropriate methanol reactor model wasselected in terms of kinetic equation of methanol synthesis. The simulation results were studied andcompared with the actual data of factory as well. The effects of temperature and pressure on themethanol production were analyzed and appropriate temperature and pressure conditions weredetermined. The optimization of methanol reactor was preliminarily established.Key words: methanol reactor; Aspen Plus; simulation; optimization甲醇是重要的化工原料，在各行業(yè)都有廣泛的應器參數設置中，反應器設置為多管反應器，進(jìn)口應用。甲醇需求量呈現逐年上升的趨勢。在甲醇的溫度為230 C,壓力為5.05 MPa,換熱系數為480工業(yè)生產(chǎn)中，溫度和壓力是甲醇合成反應過(guò)程的重Watt/sqm.K，高度為11.665 m,直徑為2.4 m。要工藝條件。溫度和壓力的變化會(huì )影響甲醇的產(chǎn)RPLUG量，因此需要對甲醇反應器進(jìn)行模擬與優(yōu)化，找到心MFEED]->工文工[ PRODUCT ]→適宜的溫度和壓力條件，提高產(chǎn)能。目前甲醇合成工藝主要是采用銅基催化劑的低壓法和高壓法1-2。圖1平推流反應器示意圖本文選擇銅基催化劑為最終催化劑，結合其動(dòng)力學(xué)2甲醇合成反應平衡及動(dòng)力學(xué)方程方程選擇適宜的反應器模型進(jìn)行模擬優(yōu)化。的確定1平推流反應器模型2.1甲醇合成反應的熱效應錦天化甲醇反應器采用魯奇工藝，選擇平推流在甲醇合成系統中，通常含有CO、CO2、反應器類(lèi)型為恒定冷卻劑溫度的反應器。本論文使CH3OH、H2O、CH4和N2等組分，主要反應有以下用平推流反應器進(jìn)行模擬計算，如圖1所示。在反三個(gè)，其中兩個(gè)是獨立反應B1。CO+2H2=CH3OH+AHp1(1)收稿日期: 2014-12- 10基金項目:遼寧省自然科學(xué)基金(201202096)，遼寧省教育廳一般研究項目(L5015236)作者簡(jiǎn)介:彭淑靜(1982-), 女， 江西上高人，講師，博士。第3期彭淑靜等:甲醇反應器的模擬與優(yōu)化201CO2+3H2=CH;OH+H2O+OHk2(2)為5.35%，模擬結果為4.79%，模擬結果與實(shí)際數CO2+H2=CO+H2O+OHR3(3據接近，但有一定程度的偏差。這是因為甲醇合成式中:△H1-=-49.143 kJ/mol,副反應動(dòng)力學(xué)極為復雜，模擬只考慮了主反應。工△Hr2=-41.112 kJ/mol,廠(chǎng)所用催化劑與本次模擬采用的催化劑不同，催化△Hp3=-90 kJ/molo效果不同。在工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì )產(chǎn)生甲酸甲酯，2.2甲醇合 成反應的平衡氬氣等惰性氣體和副產(chǎn)物，所以造成CO、CO2 含理想氣體反應平衡常數Kf隨溫度變化的函數量有較大差異。式，可用反應物和生成物的標準自由焓數據及理想表1模擬所得物流組成與工廠(chǎng)實(shí)際數據(摩爾分數) %氣體反應熱隨溫度變化的關(guān)系式計算整理得到4:.出塔氣體模擬結果實(shí)際數據Co1.425.52Kn=exp(13.17+9203.26/T-5.93InT-3.9013.85035x10-+0.10x10*r2)(4)71.5157.66Kp=exp(1.67+4553.34/T-2.73InT-:H;OH4.795.351.42x10*2+0.17x104T3)(5)CH415.3514.301.151.23Kp= Kp/ KnH2O1.82.02.3甲醇合 成反應動(dòng)力學(xué)方程惰性氣體及微量9.00Luyben'l在水轉化反應的基礎上，以反應2和表2甲醇反應 器內溫度、熱量及停留時(shí)間分布表反應3為獨立反應得出了甲醇合成銅基催化劑的動(dòng)管長(cháng)/m_ 壓力MPa溫度PC熱量/(GJh2)停留時(shí)間/s力學(xué)方程。動(dòng)力學(xué)方程使用LHHW型方程描述，5.0523005.(266.493967.633壓力單位為bar，反應速率單位為kmol. min'.kg'。1.1665.05 262 300-1973.56852.142反應2與反應3反應速率方程式為: .1.7505.05 258.271-2818.28778.7262.3335.05 254.876-322.111105.641|1- (PuoPR.o/ Po,H)2.916R2=(kPco,PH3.4995.05 249.659-4594.604160.274[1+