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二氧化碳加氢制甲醇的轴向反应器模拟及工艺条件的优化

朱恺杰  
【摘要】:二氧化碳替代一氧化碳进行加氢反应制备甲醇是目前比较契合甲醇经济和节能减排的工艺技术。本文根据文献数据结合反应机理建立了动力学模型,建立了以Lurgi轴向列管式反应器为基础的反应器模拟系统,探究了二氧化碳加氢体系的实际操作性和稳定性,研究了反应条件变化和反应器设计对反应体系的影响,并对催化剂失活工况下的可操作性进行了探讨。对二氧化碳加氢制备甲醇反应的机理进行分析,建立了符合L-H-H-W理论的动力学模型并求解了动力学模型参数。对二氧化碳加氢反应进行分析,以二氧化碳和一氧化碳为关键组分进行物料衡算,建立了一维拟均相数学模型,采用Runge-Kutta法求解数学模型。对反应动力学模型中的各参数进行了修正拟合,通过Matlab软件计算了二氧化碳加氢反应器中的反应情况,并优化了反应器的操作参数,得到了较优的反应器操作条件:碳氢比为1:4,CO2:CO=10:1、进料温度为235℃、管外换热水温度230℃、单管进料量为2.1mol/s。在此条件下,二氧化碳的转化率为17.9%,目标产物甲醇的选择性为72.8%,单套生产能力为300kt/a,为工业化反应器设计提供了理论支持。考察了催化剂失活下的反应效率以及通过适当操作后取得的效果,表明工厂可在允许范围内升温、加压操作,延长催化剂使用寿命,使得二氧化碳加氢制甲醇反应系统整体性能维持稳定。


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