甲醇反应器的模拟与优化

第36卷第3期辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.36, No.3.2016年6月Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Jun. 2016本刊核心层次论文DOI: 10.15916/j.sn1674 3261.2016.03.014甲醇反应器的模拟与优化彭淑静，周艳军，刘冲(辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁锦州121001 )摘要:利用Aspen Plus化工流程模拟软件，对锦西天然气化工有限公司甲醇反应器进行了模拟。结合甲醇合成反应催化剂动力学方程选择了合适的甲醇反应器模型，将模拟结果与工厂的实际数据进行了比较与分析。通过考察温度和压力对甲醇含量的影响，确定了适宜的温度和压力，实现了对甲醇反应器优化的目的。关键词:甲醇反应器: Aspen Plus;模拟;优化中图分类号: TQ223. 12文献标识码: A文章编号: 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，在各行业都有广泛的应器参数设置中，反应器设置为多管反应器，进口应用。甲醇需求量呈现逐年上升的趋势。在甲醇的温度为230 C,压力为5.05 MPa,换热系数为480工业生产中，温度和压力是甲醇合成反应过程的重Watt/sqm.K，高度为11.665 m,直径为2.4 m。要工艺条件。温度和压力的变化会影响甲醇的产RPLUG量，因此需要对甲醇反应器进行模拟与优化，找到心MFEED]->工文工[ PRODUCT ]→适宜的温度和压力条件，提高产能。目前甲醇合成工艺主要是采用铜基催化剂的低压法和高压法1-2。图1平推流反应器示意图本文选择铜基催化剂为最终催化剂，结合其动力学2甲醇合成反应平衡及动力学方程方程选择适宜的反应器模型进行模拟优化。的确定1平推流反应器模型2.1甲醇合成反应的热效应锦天化甲醇反应器采用鲁奇工艺，选择平推流在甲醇合成系统中，通常含有CO、CO2、反应器类型为恒定冷却剂温度的反应器。本论文使CH3OH、H2O、CH4和N2等组分，主要反应有以下用平推流反应器进行模拟计算，如图1所示。在反三个，其中两个是独立反应B1。CO+2H2=CH3OH+AHp1(1)收稿日期: 2014-12- 10基金项目:辽宁省自然科学基金(201202096)，辽宁省教育厅一般研究项目(L5015236)作者简介:彭淑静(1982-), 女， 江西上高人，讲师，博士。第3期彭淑静等:甲醇反应器的模拟与优化201CO2+3H2=CH;OH+H2O+OHk2(2)为5.35%，模拟结果为4.79%，模拟结果与实际数CO2+H2=CO+H2O+OHR3(3据接近，但有一定程度的偏差。这是因为甲醇合成式中:△H1-=-49.143 kJ/mol,副反应动力学极为复杂，模拟只考虑了主反应。工△Hr2=-41.112 kJ/mol,厂所用催化剂与本次模拟采用的催化剂不同，催化△Hp3=-90 kJ/molo效果不同。在工厂实际生产中，会产生甲酸甲酯，2.2甲醇合 成反应的平衡氩气等惰性气体和副产物，所以造成CO、CO2 含理想气体反应平衡常数Kf随温度变化的函数量有较大差异。式，可用反应物和生成物的标准自由焓数据及理想表1模拟所得物流组成与工厂实际数据(摩尔分数) %气体反应热随温度变化的关系式计算整理得到4:.出塔气体模拟结果实际数据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 成反应动力学方程惰性气体及微量9.00Luyben'l在水转化反应的基础上，以反应2和表2甲醇反应 器内温度、热量及停留时间分布表反应3为独立反应得出了甲醇合成铜基催化剂的动管长/m_ 压力MPa温度PC热量/(GJh2)停留时间/s力学方程。动力学方程使用LHHW型方程描述，5.0523005.(266.493967.633压力单位为bar，反应速率单位为kmol. min'.kg'。1.1665.05 262 300-1973.56852.142反应2与反应3反应速率方程式为: .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+