第36卷第3期遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.36, No.3.2016年6月Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Jun. 2016本刊核心層次論文DOI: 10.15916/j.sn1674 3261.2016.03.014甲醇反應(yīng)器的模擬與優(yōu)化彭淑靜，周艷軍，劉沖(遼寧工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧錦州121001 )摘要:利用Aspen Plus化工流程模擬軟件，對(duì)錦西天然氣化工有限公司甲醇反應(yīng)器進(jìn)行了模擬。結(jié)合甲醇合成反應(yīng)催化劑動(dòng)力學(xué)方程選擇了合適的甲醇反應(yīng)器模型，將模擬結(jié)果與工廠的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較與分析。通過(guò)考察溫度和壓力對(duì)甲醇含量的影響，確定了適宜的溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲醇反應(yīng)器優(yōu)化的目的。關(guān)鍵詞:甲醇反應(yīng)器: Aspen Plus;模擬;優(yōu)化中圖分類號(hào): TQ223. 12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 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，在各行業(yè)都有廣泛的應(yīng)器參數(shù)設(shè)置中，反應(yīng)器設(shè)置為多管反應(yīng)器，進(jìn)口應(yīng)用。甲醇需求量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。在甲醇的溫度為230 C,壓力為5.05 MPa,換熱系數(shù)為480工業(yè)生產(chǎn)中，溫度和壓力是甲醇合成反應(yīng)過(guò)程的重Watt/sqm.K，高度為11.665 m,直徑為2.4 m。要工藝條件。溫度和壓力的變化會(huì)影響甲醇的產(chǎn)RPLUG量，因此需要對(duì)甲醇反應(yīng)器進(jìn)行模擬與優(yōu)化，找到心MFEED]->工文工[ PRODUCT ]→適宜的溫度和壓力條件，提高產(chǎn)能。目前甲醇合成工藝主要是采用銅基催化劑的低壓法和高壓法1-2。圖1平推流反應(yīng)器示意圖本文選擇銅基催化劑為最終催化劑，結(jié)合其動(dòng)力學(xué)2甲醇合成反應(yīng)平衡及動(dòng)力學(xué)方程方程選擇適宜的反應(yīng)器模型進(jìn)行模擬優(yōu)化。的確定1平推流反應(yīng)器模型2.1甲醇合成反應(yīng)的熱效應(yīng)錦天化甲醇反應(yīng)器采用魯奇工藝，選擇平推流在甲醇合成系統(tǒng)中，通常含有CO、CO2、反應(yīng)器類型為恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器。本論文使CH3OH、H2O、CH4和N2等組分，主要反應(yīng)有以下用平推流反應(yīng)器進(jìn)行模擬計(jì)算，如圖1所示。在反三個(gè)，其中兩個(gè)是獨(dú)立反應(yīng)B1。CO+2H2=CH3OH+AHp1(1)收稿日期: 2014-12- 10基金項(xiàng)目:遼寧省自然科學(xué)基金(201202096)，遼寧省教育廳一般研究項(xiàng)目(L5015236)作者簡(jiǎn)介:彭淑靜(1982-), 女， 江西上高人，講師，博士。第3期彭淑靜等:甲醇反應(yīng)器的模擬與優(yōu)化201CO2+3H2=CH;OH+H2O+OHk2(2)為5.35%，模擬結(jié)果為4.79%，模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)CO2+H2=CO+H2O+OHR3(3據(jù)接近，但有一定程度的偏差。這是因?yàn)榧状己铣墒街?△H1-=-49.143 kJ/mol,副反應(yīng)動(dòng)力學(xué)極為復(fù)雜，模擬只考慮了主反應(yīng)。工△Hr2=-41.112 kJ/mol,廠所用催化劑與本次模擬采用的催化劑不同，催化△Hp3=-90 kJ/molo效果不同。在工廠實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生甲酸甲酯，2.2甲醇合 成反應(yīng)的平衡氬氣等惰性氣體和副產(chǎn)物，所以造成CO、CO2 含理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)Kf隨溫度變化的函數(shù)量有較大差異。式，可用反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)自由焓數(shù)據(jù)及理想表1模擬所得物流組成與工廠實(shí)際數(shù)據(jù)(摩爾分?jǐn)?shù)) %氣體反應(yīng)熱隨溫度變化的關(guān)系式計(jì)算整理得到4:.出塔氣體模擬結(jié)果實(shí)際數(shù)據(jù)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 成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程惰性氣體及微量9.00Luyben'l在水轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基礎(chǔ)上，以反應(yīng)2和表2甲醇反應(yīng) 器內(nèi)溫度、熱量及停留時(shí)間分布表反應(yīng)3為獨(dú)立反應(yīng)得出了甲醇合成銅基催化劑的動(dòng)管長(zhǎng)/m_ 壓力MPa溫度PC熱量/(GJh2)停留時(shí)間/s力學(xué)方程。動(dòng)力學(xué)方程使用LHHW型方程描述，5.0523005.(266.493967.633壓力單位為bar，反應(yīng)速率單位為kmol. min'.kg'。1.1665.05 262 300-1973.56852.142反應(yīng)2與反應(yīng)3反應(yīng)速率方程式為: .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+