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合成气完全甲烷化固定床反应器数值模拟
  • ISSN号:1003-9015
  • 期刊名称:《高校化学工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TQ051.14[化学工程] O623.11[理学—有机化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]中国科学院大连化学物理研究所,洁净能源国家实验室,辽宁大连116023, [2]中国科学院大学,北京100049, [3]河南省煤气(集团)有限责任公司,河南郑州450001
  • 相关基金:国家自然科学基金(21276250).
中文摘要:

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16000h^-1时,床层热点显著向反应器出口移动:原料气氢碳HS(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。

英文摘要:

The effects of bed aspect ratio, inlet feed temperature, operating pressure, space velocity and feed composition on temperature and concentration distributions in a methanation reactor were studied using coal-to-SNG (Synthetic Natural Gas) as a model process. A two-dimensional pseudo-homogeneous model was established to simulate the fixed bed methanation reactor. The numerical model was solved by MATLAB code and validated by comparing the numerical results with experimental data obtained from an industrial side-stream test. Results show that a bed aspect ratio of 2-3 is helpful to reduce heat loss and keep the hot spot below 7000C. A feed temperature of 400~C can accelerate reaction rate and lead to a higher bed temperature of-800℃. The CO hydrogenation process is directly affected by operating pressure. The location of the hot spot moves towards the reactor outlet as the space velocity rises from 4000 to 16000 h^-1. When the hydrogen-to-carbon ratio (defined as H2/(3CO+4CO2)) in the feed increases to 2, the CO conversion can be promoted. An increase of the steam-to-gas ratio from 0.19 to 0.4 can effectively control adiabatic temperature with a hot spot temperature of- 650℃.

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期刊信息
  • 《高校化学工程学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:浙江大学
  • 主编:陈纪忠
  • 地址:杭州浙大路38号浙江大学玉泉校区化工系
  • 邮编:310027
  • 邮箱:gxhgxb@zju.edu.cn
  • 电话:0571-87951235
  • 国际标准刊号:ISSN:1003-9015
  • 国内统一刊号:ISSN:33-1141/TQ
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 2000年获浙江省科技期刊编辑学会颁发的“1999-200...,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:14205