合成气直接合成二甲醚过程化学平衡分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com石油化工2002年第31卷第2期PETR()CHEMICALTECHNOLCKgY合成气直接合成二甲醚过程化学平衡分析王志良，王金福，刁杰，韩明汉，金涌(清华大学化工系，北京100084)【摘要j选用合适的热力学模型，对合成气直接合成二甲醚的反应进行了化学平衡抒析。主要考察了反应温度、压力和原料组成等因素对化学平衡的影响通过分折，获得了该过程更探^的反成热力学规律．为二甲醚台成过程反应器的模拟计算和研究开发提供了必要的理论依据：关t词]二甲醴i甲醇；台成气；化学平衡：文章鳙号]10043—8144(2002)02—00

2、89—06l中图分羹号TQ22324【文碱标识码：A二甲醚是一种重要的清洁能源和环保产品，由应系统理想状态下的平衡常数可由式(5)计算。于其十六烷值高于柴油，且燃烧过程可实现低NOdlnK1=lnKf—lnKf29815(5)和无硫排放，因此可作为柴油的理想替代燃料l10J。二甲醚在低压下压缩为流体，性质与石油aT液化气相近，因此还可作为民用燃料，以缓解我国石油液化气与煤气的不足。。它还可替代氟里昂甩其中：作气雾剂、发泡剂，且对臭氧层的破坏系数(ODP)为ln。(6)零6～。由合成气直接合成二甲醚，由于反应协同效应，AtG'~8】5=VLAtG~"，L_298l5+

3、MG．M，298l5PAafG~i9¨5一B△fG％l5甲醇一经生成，马上进行脱水反应转化成二甲醚，突(7)破了单纯甲醇台成中的热力学平衡限制，增大了反理想气体状态的反应热或标准反应热AH可应推动力，使CO转化率较单纯甲醇台成时大幅度以由恒压热容计算得到提高。该法具有流程短、设备规模小、操作压力低和CO单程转化率高等特点，设备投资和操作费用大△rH一ArHl5AC~dT(8)l5大减少，生产成本较两步法大大降低。式(8)中△TH2l5为298．15K时的标准反应本工作通过理论计算，对合成气直接合成二甲热，即产物与反应物于298．15K时的标准生成热醚过程的化学反应平

4、衡进行了较系统的研究和分△fHm98l5之差：析，获得了一些必要的基础数据和理论，可用于二甲△TH29H_ls=∑△fHm98l5(9)醚台成反应器的模拟计算和研究开发。由标准反应热和恒压热容数据[，可计算l化学反应平衡常数的计算出理想气体状态的化学平衡常数K。文献[。]中也给出了一系列计算该反应系统化学平衡常数的一步法合成二甲醚过程中采用甲醇合成和甲醇关联式。脱水两类活性中心的复合催化剂。在复台催化剂为计算平衡组成，还需知道组分的逸度系数。上，甲醇台成反应(1)、水煤气变换反应(2)及甲醇脱由于组分i的逸度^等于分压P与逸度系数≠的水反应(3)同时进行。乘积，即C

5、O+2H2；—CH3OH(1)=P=PY≠(10)CO+H2OCo2+(2)则K可写成2CH3OHcOC+H2O(3)可将以上方程写成通式：[收藕日期]2001—03—29；[改藕日期2001—05—16。AA+BB一vLL+MM(4)[怍者筒介]王志良(1971一)，男，河北省玉田县^，博士，电话010式(4)中A、B表示反应物，L、M表示产物，vA、卧—62789041电邮wng【@263．net。联系^：王金福，电话010分别为反应物和产物的化学计量系数。该反—62785464。、M维普资讯http://www.cqvip.com石油化工PETROCHEMIC

6、ALTECHN0LOGY2002年第31卷K：一喈(一(盟．：，一P≠≥：K’K(11)一各组分的逸度系数可由以下热力学关系式结合M—B状态方程计算得到：RT=删i(v[一，【v()]V_lnz图2压力对平衡转化翠的影响，f12)型进行理论计算与实验结果吻合很好，所以，此后的宋维端等【。应用SHBWR状态方程计算加压模拟计算均选用Reid的热容数据和SRK方程的热力学平衡模型。下甲醇合成的反应热和平衡常数，计算结果精度较高。但由于SHBWR方程计算复杂，所以较少采用。2反应热力学平衡趋势分析在计算中通常使用Peng—Robinson(PR)方程-和根据以上建立的化学

7、反应热力学平衡模型，计s0aveRedlichKw0ng(SRK)方程。依据文献ll1中的热力学数据，分别采用PR和算了反应温度、压力和原料气组成(包括()／n(CO+C02)、CO2含量和H2O含量)对二甲醚反SRK方程计算合成气初始组成为(H2)／((20)／(C02)=0．6667／0．3200／0．0133的反应体系在应体系化学平衡的影响。通过计算，求得了反应的250℃和5．0MPa条件下的平衡组成，其结果如表平衡转化率、收率和选择性并将部分结果与相应条1所示；表1中的数据表明，对于二甲醚合成体系，件下甲醇合成时达到的平衡结果进行了对比。使用PR和SRK