煤气甲烷化反应器数学模拟

【摘要】：本文对合成气甲烷化系统进行了模拟。选取一氧化碳甲烷化反应和水煤气变换反应为独立反应,CH4和CO2为关键组分,建立了绝热式固定床甲烷化反应器的一维拟均相数学模型。标准工况：原料气流量26.90kmol·h-1,各组分摩尔分率：CH40.1188、CO0.0879、 CO20.1032、H20.6498、H2O0.00、N20.0396,循环比2.053,第一甲烷化反应器进口压力2.741MPa,第一、二、三甲烷化反应器进口温度分别为290℃、345℃和257℃。模拟了含有三个甲烷化反应器、第一甲烷化反应器出口气体部分循环的甲烷化系统试验装置,模拟结果与实验结果吻合良好,得到了反应器中各组分浓度分布。 基于甲烷化系统数学模型,考察了工艺条件对系统的影响。由于循环气的作用,原料气CO/CO2在9～15范围内对甲烷化系统影响甚微；氢碳比(H2-CO2)/(CO+CO2)在2.8～3.2范围内的增加,提高了CO2转化率,而对床层温度分布影响很小。原料气流量(20kmo·h-1～40kmol·h-1)、甲烷含量(0%～20%)、水含量(0%～10%)、进口温度、进口压力(1MPa～4MPa)或循环比(1～3)的改变主要影响第一、二甲烷化反应器的温度分布及产物分布,对系统出口总转化率和甲烷含量影响不大。 【关键词】：合成气 甲烷化 固定床反应器 数学模拟
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ545
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 前言9-10
• 1.1 研究背景9
• 1.2 主要研究内容9-10
• 第2章 文献综述10-28
• 2.1 合成气甲烷化10-20
• 2.1.1 甲烷化反应及热力学分析10-12
• 2.1.2 甲烷化催化剂12-15
• 2.1.3 反应机理15-18
• 2.1.4 反应动力学18-20
• 2.2 合成气甲烷化工业应用20-25
• 2.2.1 甲烷化反应器20
• 2.2.2 甲烷化工艺20-23
• 2.2.3 工业化现状23-25
• 2.3 甲烷化反应器数学模拟25-28
• 2.3.1 反应器数学模拟25-26
• 2.3.2 甲烷化反应器数学模拟进展26-28
• 第3章 甲烷化系统模型的建立与模拟28-40
• 3.1 甲烷化数学模型建立28-32
• 3.1.1 甲烷化固定床反应器一维拟均相数学模型28-31
• 3.1.2 甲烷化系统的分析及求解31-32
• 3.2 模型参数32-35
• 3.2.1 混合气体定压热容32-33
• 3.2.2 混合气体粘度33-34
• 3.2.3 甲烷化体系热力学参数34
• 3.2.4 甲烷化反应动力学34-35
• 3.3 模型验证及结果讨论35-40
• 3.3.1 模拟计算条件35
• 3.3.2 模型验证及讨论35-40
• 第4章 工艺条件对甲烷化系统的影响40-62
• 4.1 原料气组分浓度对系统的影响40-49
• 4.1.1 原料气CO/CO_240-42
• 4.1.2 原料气氢碳比(H_2-CO_2)/(CO+CO_2)42-45
• 4.1.3 原料气甲烷含量45-47
• 4.1.4 原料气水含量47-49
• 4.2 原料气流量对系统的影响49-51
• 4.3 循环比对系统的影响51-53
• 4.4 温度对系统的影响53-57
• 4.4.1 第一甲烷化反应器进口温度对系统的影响53-55
• 4.4.2 第二甲烷化反应器进口温度对系统的影响55-57
• 4.5 压力对系统的影响57-59
• 4.6 第一甲烷化反应器长径比对系统的影响59-62
• 第5章 结论62-63
• 符号说明63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69

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