煤制天然气甲烷化工艺全流程模拟研究

采用Aspen Plus模拟软件建立煤制天然气甲烷化工艺模型,通过研究循环比对主反应器出口温度、压缩机功耗和产品甲烷纯度的影响,以及原料气分配比(分流率)对主反应器出口温度的影响,模拟计算得到适宜的循环比和分流率、反应器操作压力和产品甲烷纯度的关系等结果,为煤制天然气甲烷化工艺设计提供参考。     

基于Aspen Plus的焦炉煤气甲烷化工艺模拟及分析

焦炉煤气作为优质的二次能源,利用焦炉煤气甲烷化合成天然气(SNG)是焦炉煤气资源化利用的最佳方式。借助Aspen Plus软件,采用BWRS状态方程,设定主要工艺参数,对绝热式三段固定床焦炉煤气甲烷化工艺进行模拟计算分析,通过调节循环率和水蒸汽添加量控制反应器出口温度,模拟结果与实际试验数据较吻合,证明模拟可靠。考察了循环率、分流率、原料气组成、进口气压力和空速对反应器出口温度和组成的影响,结果表明循环率和分流率对反应器出口温度和转化率影响明显。     

基于Aspen Plus的焦炉气制甲烷工艺模拟与分析

利用Aspen Plus模拟软件对焦炉煤气制甲烷工艺进行了流程模拟。分析了甲烷化反应压力、过热蒸汽与反应进料气质量比对反应器出口温度和甲烷产量的影响。结果显示,当反应压力在10×103kPa³0×103kPa时,可调控两个反应器出口温度范围均为0℃30×103kPa时,可调控两个反应器出口温度范围均为0℃⁵0℃,甲烷产量变化很大;当过热蒸汽与反应进料气质量比在0.0550℃,甲烷产量变化很大;当过热蒸汽与反应进料气质量比在0.05⁰.40时,可调控第一、二级反应器出口温度范围分别为0℃0.40时,可调控第一、二级反应器出口温度范围分别为0℃⁵0℃和0℃50℃和0℃²5℃,甲烷产量变化不大。     

合成气完全甲烷化固定床反应器数值模拟

以煤制天然气为背景,研究了反应器高径比、进料温度、操作压力、空速、原料气组成对高温甲烷化反应器内部温度和浓度分布的影响。通过建立固定床反应器拟均相二维模型,模拟合成气完全甲烷化过程,采用MATLAB进行数值求解,并与工业侧线试验数据进行对比。结果表明,高径比为2~3时有助于减小热损,可以控制床层热点温度在700℃以下;进料温度升高到400℃,加快了反应速率,导致热点温度过高,接近800℃;操作压力不适宜,直接影响CO的加氢效果;空速由4000提高到16000 h?1时,床层热点显著向反应器出口移动;原料气氢碳比(H2/(3CO+4CO2))增大到2,促进CO转化,而水气比由0.19增加到0.4,可以有效控制床层温升,热点温度在650℃左右。相关研究结果为反应器设计和工艺参数的优化提供了依据。     

轻质C_5加氢工艺流程的模拟和优化

本文主要利用Aspen Plus软件对轻质C5的加氢工艺流程进行了化工模拟,并对其具体流程以及其中的加氢单元进行了优化。首先对目前轻质C5加氢工艺的原料、机理以及具体的工艺进行了概括与阐述。之后利用Aspen Plus软件先建立了流程模型,并且确定了物性的计算方法。通过模拟探究了反应冷却器的出口温度对循环氢气物料夹带的影响、反应压力对反应器出口温度的影响以及循环比对反应器出口温度的影响。最终得出模拟结果,并探索出了更加优秀的工艺条件,对轻质C5的整个加氢工艺流程进行了优化。     

基于动力学模型的合成气完全甲烷化回路系统模拟分析

为了研究工艺条件对某甲烷化工业装置回路系统的影响,利用Aspen Plus软件建立了多级绝热甲烷化反应器回路系统动力学模型,动力学方程由Fortran编程嵌入模型中,模拟结果与实际运行值吻合较好。本文进而考察了不同工艺参数对甲烷化回路系统的影响,结果表明:循环比对各级反应器的出口温度、热点位置、出口气中CO_2及CH_4含量影响显著,但对产品气中CH_4含量影响较小;增大原料气流量,仅使各级反应器的热点位置后移,对各反应器出口温度、气体组成和产品气质量的影响可以忽略;提高进料温度,各级反应器的出口温度随之升高、出口气中CO_2含量增加、CH_4含量下降,产品气中CH_4含量略微降低;氢碳比的变化,对各级反应器出口气组成及产品气中CH_4含量影响显著,对第四反应器的出口温度影响也很大,但对第一至第三反应器的温度分布影响不大,氢碳比由2.8增至3.2,产品气CH_4含量呈先增大后减小的趋势,验证了氢碳比为3是甲烷化反应系统的最优值。     

天然气制甲醇装置工艺提升研究

研究天然气制甲醇装置工艺的主要提升策略。首先研究天然气制甲醇的主要工艺，然后以此为依据，对主要工艺提升策略进行了研究。经研究发现，在天然气制甲醇装置的实际运行中，通过水碳比、转化炉出口温度、合成塔出口温度及装置开停车的合理控制，可使其工艺得以有效提升。     

超重力法脱除变换气中的CO2

用N2和CO2的混合气体模拟变换气,采用苯菲尔溶液为吸收液进行了超重力法脱除CO2的实验研究,考察了反应温度、系统压力、超重力水平、气液比对反应器出口CO2含量的影响。实验结果表明:随着温度的升高和超重力水平的增强,反应器出口CO2含量先降后升;随着压力的升高,反应器出口CO2含量逐渐降低;液体流量一定时,随着气液比的增大,反应器出口CO2含量逐渐升高。     

垃圾焚烧发电耦合电转气制备合成天然气工艺集成与优化

垃圾焚烧发电耦合电转气技术制备合成天然气工艺可同时实现温室气体减排和大规模储能。由于垃圾发电效率低和甲烷化反应热利用效率不高,此工艺能效偏低。为了提升工艺能效,本文采用Aspen Plus软件对垃圾焚烧发电耦合电转气制备合成天然气过程进行了全流程模拟,基于能量平衡分析,提出了一种利用甲烷化反应热优化垃圾焚烧发电过程的工艺集成方法。针对这个优化过程,设计了一套由一级绝热固定床反应器和一级低温流化床反应器串联组成的甲烷化工艺。借助绝热固定床反应器出口高温气体提升主蒸汽参数、优化蒸汽循环过程,可将发电效率从22.05%提升至31.72%。流化床反应器低温操作有利于提升合成天然气品质,其内置换热管束作为补充蒸发受热面。此外,还考察了垃圾焚烧炉烟气再循环方式对整体工艺的影响,结果表明采用烟气干循环工艺时能效较高。以上结果对于提升工艺经济性和竞争力具有一定指导意义。     

天然气净化装置空气冷却器化学清洗方法探讨

天然气净化装置在运行过程中，出现水解反应器出口的空气冷却器出口物料温度高于工艺控制温度的情况，影响了H2S及CO2的吸收，进而影响了产品天然气的质量。引起空气冷却器换热效率下降的主要原因是冷却器管束内壁结垢，对垢样进行分析，制定了化学清洗方案并进行优化，取得了较好的效果，保证了装置长周期稳定运行。     

新型VESTA甲烷化工艺路线探究

分析了现有煤制合成天然气技术主要存在的问题,介绍了新型无循环、适应宽氢碳比的VESTA甲烷化技术。VESTA甲烷化技术的显著特征是利用合成气中的CO₂和外加水蒸汽来控制甲烷化反应温升,不需要操作条件苛刻的循环气压缩机;在甲烷化反应之前对原料气只脱硫、不脱碳,甲烷化反应之后再集中脱碳;经中试试验得出原料气中的H₂/CO比不影响最终的SNG产品指标;甲烷化后的粗SNG产品气中的CO₂体积分数高达71%,因而可在脱碳前低成本联产中压液体CO₂产品。这部分液体CO₂产品除了可用泵增压输送到粉煤气化单元用作输送气体外,还可以直接作为副产品为企业增加收益,并间接降低了碳排放。新型VESTA甲烷化技术与现有带循环压缩机的甲烷化技术相比,不但更容易操控,而且还提高了操作的稳定性和安全性,同时又能极大地降低净化装置、甲烷化装置及SNG干燥装置的投资和能耗。因此,采用VESTA甲烷化技术,能有效地提高煤制合成天然气的市场竞争力。     

双催化层固定床甲烷化反应器CFD模拟

温度分布直接影响着固定床甲烷化反应器的甲烷产量和设备安全性。以年产12.75亿立方煤制天然气绝热甲烷化反应器为研究对象,在建立真实设备三维模型的基础上,利用ANSYS-CFX有限元数值模拟的方法,建立多孔介质内化学反应、热交换与质量传递的气-固两相反应器模型,获得了双段固定床甲烷化反应器内部温度、压力、速度场的分布规律及甲烷产率分布。对不同床层结构对应的特征场分布进行了探索,分析了床层结构对各特征场分布的影响,确定了床层结构优化方案,MCR催化剂床层出口处支撑延长的结构更有利于温度场沿反应器径向的均匀分布和甲烷质量分数的提高。对反应器入口温度、空速、压力对特征参数分布的影响进行了研究,提出了针对本工艺的允许入口参数波动范围。     

Investigation of the liquid recycle in the reactor cascade of an industrial scale ebullated bed hydrocracking unit

One of the commercial means to convert heavy oil residue is hydrocracking in an ebullated bed. The ebullated bed reactor includes a complex gas–liquid–solid backmixed system which attracts the attention of many scientists and research groups. This work is aimed at the calculation of the internal recycle flow rate and understanding its effect on other parameters of the ebullated bed. Measured data were collected from an industrial scale residual hydrocracking unit consisting of a cascade of three ebullated bed reactors. A simplified block model of the ebullated bed reactors was created in Aspen Plus and fed with measured data. For reaction yield calculation, a lumped kinetic model was used. The model was verified by comparing experimental and calculated distillation curves as well as the calculated and measured reactor inlet temperature. Influence of the feed rate on the recycle ratio(recycle to feed flow rate) was estimated. A relation between the recycle flow rate, pump pressure difference and catalyst inventory has been identified. The recycle ratio also affects the temperature gradient along the reactor cascade. Influence of the recycle ratio on the temperature gradient decreased with the cascade member order.     

采用JT-1G 型加氢催化剂优化制氢工艺

长岭炼油化工总厂20000Nm³/h 制氢装置通过采用JT-1G 型加氢催化剂, 反应器入口温度降至200℃, 停开干法脱硫循环机, 加氢后气体的质量指标达到后工序要求。不但降低了成本, 而且简化了工艺, 操作更方便, 并为制氢工艺进一步优化后, 停开制氢干法脱硫反应器奠定了基础。     

Shell粉煤气化制氨工艺中变换反应的分段研究

采用动力学方程式,针对某厂Shell粉煤加压气化工艺条件,设计了动力学模型,对变换反应的分段问题,特别是第一段反应器反应深度的控制问题进行了研究和讨论;考察了水／气、反应压力和床层热点温度对甲烷化副反应的影响。     

连续换热式耐硫甲烷化反应器的模拟与分析

建立了逆流换热的耐硫甲烷化列管式反应器的拟均相二维模型。运用差分将模型降阶为一阶常微分方程组,采用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ法求解。模拟结果是可信的。分别考察了设备参数和操作条件对反应床层的影响,结果表明：管径对温度分布影响很大;反应温度和压力是反应器操作的控制因素;原料气组成制约反应结果     

3D CFD Simulation of Reaction Cells,Cooling Cells,and Manifolds of a Flatbed Reactor for CO2 Methanation

The methanation of CO₂ has attracted great interest in recent years as a technology to generate renewable synthetic natural gas and to recycle CO₂ from different sectors. The actual development state of a flatbed reactor for the methanation of pure stoichiometric feed gas is presented. Additionally, computational fluid dynamics (CFD)-based design strategies are introduced which can be applied for the development and optimization of different processing units. The results of the reactor development demonstrate a good heat exchange and flow distribution in the reactor.     

RESIDENCE TIME DISTRIBUTIONS IN A JETLOOP REACTOR

The effect of residence time, jet position, jet size, catalyst mass and temperature on the recycle ratio in a jetloop reactor using a residence time distribution model is reported. The recycle ratio goes through a maximum as residence time changes. The recycle ratio increases as jet size, catalyst mass and temperature are reduced. The optimum position of the jet is between 0 and 5 mm above the top of the central draft tube.