资源描述：
《ASPEN天然气自热重整器模拟及性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷第5期天然气工业工程建设*天然气自热重整器模拟及性能分析张斌李政倪维斗(清华大学热能工程系)张斌等.天然气自热重整器模拟及性能分析.天然气工业,2003;23(5):95~99摘要天然气蒸气重整是传统的合成气制造技术,可以用来制造氢气、甲醇、二甲醚等化工产品,也是天然气制甲醇燃料电池的核心技术部分。自热重整系部分氧化反应与绝热重整反应的组合,不需要外界提供热量而实现绝热操作。该技术采用固定床反应器,具有结构简单、设备投资费用低、操作费用低、操作灵活(可以实现快速启动和变负荷)、
2、较大规模经济优势等优点。作者用AspenPlus建立了天然气自热重整器的模型,与已有工业数据的对比表明,该模型能够较准确地预测重整器出口状态;进而基于该模型,分析了操作参数对自热重整器性能的影响。对基于自热重整技术的合成气化工系统的设计、参数选择及优化具有指导意义。主题词天然气自热重整器合成气体模拟操作参数性能分析自热重整器是一个由耐火材料衬垫的容器,上现绝热操作。混合原料气的组成选用比较灵活,烃部是燃烧室,下部是固定催化剂床。类可以是天然气、炼厂尾气、液化石油气或轻质石脑自热重整系部分氧化反应和绝热蒸气重整过程油。笔者在建模时,采用了天
3、然气(甲烷)原料(模型的结合。首先烃类、氧化剂(可以是纯氧或空气)和使用时,也可以根据进料中的碳原子数折合为等量水蒸气在反应器顶部混合,发生部分氧化反应,然后的甲烷输入)。有时为了调节重整器出口的H2/CO,高温混合气再与催化剂接触发生重整反应生成合成还会在入口处输入CO2。1气。该过程使用非催化部分氧化过程释放的反应基于上述原理,笔者对部分氧化区和绝热蒸气热来供给强吸热重整反应所需的大量热量,不需要重整区分别进行模拟,然后再将它们组合在一起构像蒸气重整那样需要从外界提供热源,因此可以实成绝热的自热重整器模型,如图1所示。模型有4图1自热重整器Aspen
4、模型示意图注:压力单位bar为非法定计量单位,1bar=0.1Pa,下同*本成果属于国家重点基础研究发展规划资助项目(No.G1999022301)。作者简介:张斌,1979年生,博士研究生。地址:(100084)北京市清华大学热能工程系。电话:(010)62795738。E-mail:zb00@mails.tsinghua.edu.cn95工程建设天然气工业2003年9月种输入物流,分别输入天然气、水蒸气、氧化剂(可以表1ATR运行数据文献值与模型计算结果对比表是空气或纯氧)和
5、二氧化碳。甲烷燃烧反应涉及到物流成分输入物流出口物流天然气+水蒸气空气文献值4模型计算结果一系列的自由基反应,为对其进行简化,笔者采用(摩尔分数)2H27.931.3731.34Christensen推荐的反应式(1)来模拟部分氧化区,CO0.0910.2910.23在Aspen中用内置模块RStoic实现。CO24.90.035.535.4930N20.977.330.4730.57CH4+O2CO+2H2O-H298=+519kJ/mol2O220.8(1)CH4330.200.17这是一个快速的亚化学计量燃烧反应,氧气完H2O53.30.92
6、1.7821.83全转化,过量的甲烷和生成物一起进入催化剂床层Ar0.940.360.37温度()598598900907进行绝热重整反应。其他高级烃的燃烧反应可以用压力(bar)15.115.114.214.1类似的反应式模拟。流量(kmol/s)32.87.17.17绝热重整区的反应主要有强吸热的蒸气重整[反应式(2)]和弱放热的水煤气变换[反应式(3)],表2ATR运行数据文献值与模型计算结果对比表在Aspen中用内置模块REquil实现。0输O2/CH40.598CH4+H2OCO+3H2-H298=-206kJ/mol(2)入H2O/CH41
7、.4CO+H0参CO2/CH402OCO2+H2-H298=+41kJ/mol(3)数压力(bar)25自热重整器出口的合成气处于出口温度下的平3出口物流成分(摩尔分数)文献值模型计算结果衡状态,出口温度是由入口物流温度及绝热温升决H245.645.9定的。H2O30.630.9CO16.015.0模型验证CO27.07.2CH40.81.0笔者收集并整理了已发表的自热重整器工业运出口温度()9509332~4行数据,对建立的模型进行了验证,结果如表1注:模型中输入物流的温度均设为300。~3所示。2表3ATR运行数据文献值(用L
8、表示)、模型计算结果(用M表示)和插值
