耐硫变换-甲烷化Mo/TiO_2催化剂的动力学研究

利用浸渍法制备了合成气耐硫变换-甲烷化Mo/TiO_2催化剂,采用正交实验考察了温度、水气体积比、氢气含量、一氧化碳含量和压力等因素对耐硫变换-甲烷化反应Mo/TiO_2催化剂反应性能的影响,并用极差分析法进行了分析,建立了包括15个动力学模型参数的耐硫变换-甲烷化催化剂动力学方程,探讨了动力学方程的适用性。实验结果表明,温度、水气体积比、氢气含量、一氧化碳含量和压力等因素对不同优化目标的影响不同;在实验考察的条件范围内,所建立的反应动力学方程的计算值与实验值较为一致,可以准确描述一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷、乙烷等主要组分的反应速率,满足工业反应器的设计需要。     

三相强制环流反应器局部传质行为的研究

在00 mm×1 700 mm的实验装置内,采用新型的氧气气提-空气解吸法,考察了环流反应器局部流动区域和整体的体积传质系数.研究结果表明,环流反应器整体的体积传质系数随内环表观气速和外循环液速的增加而增加,随固含量的增加略有降低;在各流动区域内,外循环液流影响区的体积传质系数最大,外环环隙区的体积传质系数最小,环流反应器整体的体积传质系数与气液分离区体积传质系数接近.适当扩大内、外环截面积比有利于提高环流反应器的传质性能.     

边界条件和物性对鼓泡床反应器的影响研究

采用计算流体力学(CFD)对鼓泡床反应器内气液两相流场进行数值模拟,考察了3种出口边界条件和1种入口边界条件对模拟结果的影响;比较了水-空气体系和重油-氢气体系的流体力学性质。通过Fluent程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和RNG k-ε两相流模型进行耦合计算,得到气含率和轴向液速分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测鼓泡床反应器内流型的CFD模型。结果表明:出口边界条件为Degassing时对整体气含率的模拟结果较好,但含有气相空间的压力出口对局部气含率和轴向液速的模拟结果较好,二者的数值结果差异较小。当入口空气体积分数大于0.75时,整体气含率的模拟值与实验值相当,数值模拟时将反应器底部简化成均一进气口可以得到合理的结果。水-空气体系和重油-氢气体系的轴向液速和气含率的变化趋势相同,重油-氢气体系的轴向液速在数值上稍低于水-空气体系,而气含率稍高。采用水-空气体系近似替代重油-氢气体系研究鼓泡床反应器具有借鉴意义。     

重整装置燃料气系统的改造

为合理利用重整装置产生的大量的含氢量高达 94 %的副产气———重整氢气 ,对装置燃料气系统进行了改造 ,将重整氢气作为燃料引入加热炉。为此 ,专门开发出适宜燃用重整氢气的新型燃氢燃烧器 ,改进了加热炉安全保障系统 ,增加了以催化干气为燃料的长明灯燃料线 ,以确保燃烧器着火的稳定性。经过一年多的运行 ,对新型燃氢燃烧器和原有燃烧器的应用情况进行了对比 ,结果表明氢气作为燃料在炼化企业加热炉中应用是可行的 ,具有巨大的经济效益 ;还表明燃氢燃烧器采用“弱化燃烧”的原则是合理的和成功的 ,能够解决常规燃烧器燃氢所造成的炉内温度分布不均、回火烧坏燃烧器等弊端     

二甲醚水蒸气重整制氢过程的热力学分析

对二甲醚水蒸气重整制氢体系进行了热力学分析,考察了反应温度、压力、水醚进料比等因素对体系平衡组成的影响,探讨了反应体系达到热力学平衡时二甲醚转化率、氢气产物等的变化情况。分析发现,二甲醚平衡转化率分别随水醚比的增大和温度的增高而增大,随压力升高而降低;氢气组分含量分别随温度和压力的升高略有减少,随水醚比的增加先增后减。反应在水醚比为3～6、温度为200℃～300℃及压力为0.1MPa的条件下,可得到较高的氢气产率与选择性,较好的二甲醚转化率,副产物一氧化碳及甲醇含量较少。     

富氢体系中甲烷化反应器工况的模拟分析

在富氢体系下以CO甲烷化为主要反应建立了一维拟均相数学模型,并采用龙格—库塔法(Runge-Kutta)对方程求解,获得了富氢体系下甲烷化反应器内各组分的摩尔分率和床层温度随轴向的分布,计算结果与实际生产值吻合良好。最后分析讨论了各操作参数,如入口温度、操作压力、物料流量以及入口CO含量对反应器性能的影响。结果表明:反应气入口温度和CO含量对反应器性能影响显著,生产初期、末期可通过改变反应气入口温度来维持反应器性能稳定;生产负荷在471.37kmol/h~785.61kmol/h变化时对CO出口含量稍有影响;压力在2.16MPa~3.41MPa变化时,对生产几乎没有影响。     

重整富余氢气的安全利用

为了能够安全地将重整装置富余的氢气作为燃料引入加热炉，先后研制出了适宜燃用氢气的新型燃氢燃烧器，改造了燃料气压力控制系统和安全保障系统。从而解决了常规燃烧器燃氢所造成的炉内温度分布不均、回火烧坏燃烧器等弊端，并具有明显的经济效益。     

甲醇水蒸汽重整制氢催化剂的研究

对Cu-Zn-A1催化剂上甲醇水蒸汽重整制氢进行了研究,结合燃料电池对氢气中一氧化碳含量的特殊要求,并模拟工业装置测试,讨论了催化剂主成分含量、反应温度、反应压力、液空速等对一氧化碳含量和催化剂时空收率的影响,提出了适合燃料电池使用的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂。     

甲烷氧化偶联反应中氢气生成机理的研究

研究了石英、陶瓷和不锈钢等材质空管反应器中及催化剂上甲烷氧化偶联反应中氢气生成的现象。考察了氢气生成量随反应温度、反应气流速、烷氧比反应条件的变化规律。考察了催化剂存在与不存在下甲烷、乙烷、乙烯的蒸汽重整反应、ＣＯ－Ｈ２Ｏ的水气变换反应，进而研究和讨论了甲烷氧化偶联反应中氢气生成的主要途径和机理     

三组分气体超声速凝结过程数值模拟与实验研究

结合液滴成核与生长模型,以及气、液流动控制方程建立了超声速凝结流动数学模型,对空气+水+乙醇三组分（双可凝）气体超声速流动条件下凝结特性进行了数值计算,研究了三组分气体超声速凝结特性影响因素,通过与空气+水双组分（单可凝）气体对比,分析了第二种可凝组分对凝结成核的影响,并开展了实验验证与对比分析。结果表明：随着三组分气体中乙醇含量的升高,Laval喷管内成核率、液滴数均增大,但成核区收窄,液滴生长区向前移动;在入口可凝气体为饱和状态下,升高入口温度与压力均能促进凝结的发生,使Wilson点向喉部移动,进而提高出口气体湿度;与双组分气体相比,三组分气体发生凝结的Wilson点更靠近喉部,出口湿度更大,说明三组分气体发生凝结时,两种可凝气体的凝结过程是相互促进的;Laval喷管沿程压力及Wilson点测试结果与数值计算结果吻合较好,说明所建立的数学模型具有较高的准确性。     

The Static and Dynamic Modeling of a Steam Methane Reforming Hydrogen Plant

Abstract

Actual hydrogen plant data consisting of temperatures and partial pressures of inlet and outlet gases of the reformer were collected over a five-year period. Subsequently a one-dimensional pseudohomogeneous reactor model comprising the Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson reaction kinetic has been developed. Established intrinsic kinetic parameters from literature were used and the effect of intraparticle gradients was accounted for by incorporation of effectiveness factor. The validated model was used to predict the actual plant conversions and temperature profiles in the reformer tube. The steady-state one-dimensional pseudohomogeneous model was then extended to include the temporal variation of heat and mass transfer phenomena and then the dynamic response of the reformer under sudden disturbances in the feed conditions were studied.     

Universal model for catalytic reforming

A universal mathematical model is derived for a reforming process in a series of three reactors with an intermediate preheated mix. Results are presented for the modeling of reforming processes with a radial axial input of components of the reaction mix; this makes it possible to select the volume of catalyst and inlet temperature, which will ensure a product of the required quality with the reformer operating at a given output.     

连续重整装置经济规模探讨

对不同装置规模和产品苛刻度下连续重整和半再生重整反应特征和经济效益进行了对比,探讨了在不同产品苛刻度要求下连续重整装置的经济规模。文中给出的示例,原料芳烃潜含量约 ４１％;平均反应压力连续重整为 １．２ＭＰａ,半再生重整为 ０．３５ ＭＰａ;反应体积空速连续重整为 ２．２ ｈ－１,半再生重整为 ２０ ｈ－１;连续重整采用铂铼催化剂,半再生重整采用铂锡催化剂。基于给出的原料和产品价格,比较结果表明,以产品ＲＯＮ分别为９５和９７作为产品苛刻度要求的两个点,装置规模低于０．３ Ｍｔ／ａ时,半再生重整的经济性明显优于连续重整;装置规模为０． ４ Ｍｔ／ａ时,在低苛刻度下,半再生重整的经济性好,在高苛刻度下,连续重整优越;装置规模高于 ０ ５ Ｍｔ／ａ时,连续重整经济性更好。     

催化重整装置扩能改造技术总结

中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司催化重整装置由0．32Mt／a扩能至0．50Mt／a,改造内容主要包括：预处理单元采用高空速催化剂,提高预处理单元处理量;采用重整产氢部分氢量一次通过流程,降低临氢系统压力降。重整单元采用四炉四反二段混氢工艺技术,提高装置处理量和反应的选择性,降低重整临氢系统压力降;增加重整产氢再接触流程和液化石油气吸收措施,回收重整产氢中的部分轻烃和燃料气中的C3,C4组分,提高装置经济效益。     

转化炉炉管弯曲的原因分析和对策

某制氢装置在第1次开工时转化炉炉管发生弯曲现象,影响了装置的正常运行.通过对转化炉运行参数进行分析,查明了炉管的弯曲原因、提出技术改造方案,很好地解决了炉管的弯曲问题.     

重整原料掺入焦化汽油后预加氢工艺优化研究

针对重整原料掺入焦化汽油后对预加氢装置的影响，采用200 mL 中试加氢装置评价及响应曲面设计方法对主要影响因素进行研究，结果表明重整原料掺入15 %（w）焦化汽油后预加氢的最优工艺条件为反应温度287 ℃、反应压力2.0 MPa、体积空速2.0 h－1、氢油体积比200；主要影响因素中反应温度及反应压力的影响程度较大；通过Design expert软件得到生成油硫氮模型方程的预测值与实验值的相对误差小于5%，采用模型方程能够准确预测不同工况下的生成油硫氮含量，为重整预加氢工业装置掺炼焦化汽油后的工艺条件优化提供技术支持。     

连续催化重整装置流程模拟与优化

应用Aspen HYSYS软件对中国石化洛阳分公司700 kt/a连续催化重整（简称重整）装置进行流程模拟,得到了与装置实际操作接近的理想模型。通过模型对重整预加氢分馏塔C101操作参数、重整生成油换热流程进行优化,并模拟反应温度对重整汽油辛烷值桶、芳烃收率、纯氢收率等产品指标及积碳速率的影响。结果表明：优化后重整进料中C5组分的质量分数由优化前的3.06%降至2.40%,C101塔底再沸炉瓦斯耗量减少94 m³/h;优化重整生成油换热流程后,重整脱戊烷油热供芳烃温度由70℃提高至95℃,下游芳烃装置3.5MPa蒸汽耗量降低2t/h,重整生成油脱戊烷塔塔底再沸炉瓦斯耗量减少20 m³/h,C101塔顶两台空气冷却器停运,节电248kW.h;结合装置烧焦能力,确定了重整装置适宜的反应温度为520℃。通过上述优化措施,连续重整装置效益可增加 1 358万元/a。     

5万t/a合成氨转化装置优化运行总结

对影响转化出口甲烷含量的各种影响因素进行了全面分析,结合装置实际情况,优化工艺参数,适度放宽一段出口甲烷指标,一、二段兼顾;降低了管壁温度和运行消耗,效益显著。     

��Ȼ������������ģ�⼰���ܷ���

天然气蒸气重整是传统的合成气制造技术，可以用来制造氢气、甲醇、二甲醚等化工产品，也是天然气制甲醇燃料电池的核心技术部分。自热重整系部分氧化反应与绝热重整反应的组合，不需要外界提供热量而实现绝热操作。该技术采用固定床反应器，具有结构简单、设备投资费用低、操作费用低、操作灵活(可以实现快速启动和变负荷)、较大规模经济优势等优点。作用Aspen Plus建立了天然气自热重整器的模型，与已有工业数据的对比表明，该模型能够较准确地预测重整器出口状态；进而基于该模型，分析了操作参数对自热重整器性能的影响。对基于自热重整技术的合成气化工系统的设计、参数选择及优化具有指导意义。     

制氢转化炉内综合数值模拟研究

针对某炼油厂的制氢转化炉,采用流体力学模拟软件Fluent进行了流体力学、传热学和燃烧化学反应的模拟计算,包括现场运行工况下制氢转化炉炉膛内的流场、温度场和组分浓度场的分布情况。计算结果表明,运行工况下的模拟计算数据与工业生产数据基本吻合,验证了模型的合理性与可靠性。