关于甲醇装置补碳的模拟研究..docVIP

关于甲醇装置补碳的模拟研究 闪俊杰 （开滦集团唐山中润煤化工有限公司，河北唐山 063611） 摘要：以流程模拟软件为基本工具，对补碳对甲醇生产装置的影响进行了分析研究，指出了补碳的最佳位置，同时对补碳量与气体成分、产量之间的关系进行了灵敏度分析，发现并分析了补碳量过大会影响甲醇产量的原因，并提出了实际生产中补碳操作的依据。 关键词：流程模拟；甲醇生产装置；补碳 Simulation and Study on Carbon Supplementing for The Methanol Production Unit Shan Junjie (Tangshan Zhongrun Coal Chemical Company Limited，Kailuan Group，Tangshan Hebei 063611) Abstract：The effect of reinforcing carbon for methanol production device is analyzed and studied，the process simulation software was used as the basic analysis tools. The best position of carbon compensation was pointed out，and sensitivity analysis of the relationship between carbon content and gas fill composition, yield was done，and the reason of effect of carbon supply excessive for methanol production was found and analyzed，the basis of actual production of carbon compensation operation was proposed. Key words：Process simulation；methanol production unit；carbon supplementing 1、前言 焦炉煤气制甲醇工艺是一种比较成熟的煤化工工艺，目前该生产装置已经遍布我国各个工业地区，如何在现有装置基础上提产增效是各煤化工企业都在考虑的问题。补碳，作为一种提高产量的方式已经被很多企业所采用。补碳指的是由于焦炉煤气中H2一般过剩，为了提高甲醇合成气中的有效气体（CO、CO2）含量，调节氢碳比，促进合成反应的正向进行，而向原料气中补充CO2的做法。该方式虽然很多企业都在采用，但却一直鲜有明确的理论指导依据，导致多数企业存在补碳不到位或者浪费碳源的现象，本文将利用流程模拟技术对甲醇生产装置进行数据模拟，从而得到补碳的理论指导依据，以知道实际生产中的补碳操作。 2、模型的建立 转化单元与合成单元是焦炉煤气制甲醇装置的核心单元，也是该工艺的核心反应过程，因此本次模拟主要针对转化与合成两个单元建立数学模型。由于反应动力学方面需要催化剂相关参数，这样不但数据搜集难度很大，而且容易将模拟复杂化，影响数据的准确性，同时由于催化剂的作用仅仅是加快反应速度，而非改变反应平衡常数，并不会对反应程度造成较大影响，加之本次模拟的目的是从理论的基础上获取指导参数，因此本次模拟计算仅从反应热力学的角度进行考虑即可，所建立的模型见图1。本次模拟分为转化、合成两个部分，以年产10万吨甲醇生产装置为模型，基础数据见表1。其中转化、合成两个单元涉及到的反应见表2。转化单元反应很多，本次模拟只选择几个影响较大的主要反应，包括转化反应、提供热量的放热反应，还有CO与CO2之间的变换反应。合成单元包括以CO为反应物的合成主反应、以CO2为反应物的合成副反应、CO与CO2之间的变换反应。 图1 转化合成工艺模型 表1 基础数据 进料量 转化炉 合成反应器 焦炉气量Nm3/h 氧气量 Nm3/h 水蒸气量 t/h 温度 ℃ 压力 MPa 温度 ℃ 压力 MPa 30000 6500 14 1000 2 220 5.4 表2 转化、合成单元存在的反应 转化 合成 转化反应 CH4 + H2O -- CO + 3 H2-Q 主反应 CO + 2 H2 -- CH4O+Q 变换反应 CO + H2O -- H2 + CO2+Q 副反应 CO2 + 3 H2 -- CH4O + H2O+Q 其他反应 CO2 + CH4 -- 2H2 + 2CO-Q 变换反应 CO + H2O -- H2 + CO2+Q 放热反应 2 H2 + O2 -- 2 H2O+Q 2 CH4 + O2 --