焦爐煤氣二級加氫脫硫反應(yīng)動力學(xué)及反應(yīng)器模擬研究

【摘要】：焦爐煤氣的合理利用是現(xiàn)階段煤化工的一個熱點,既能為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)約能源減少排放又能大大提高整個產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟效益。目前焦爐煤氣多用于合成甲醇,在合成甲醇各個工藝環(huán)節(jié)中難點是焦爐煤氣的脫硫問題,其要求進入合成塔的總硫含量小于0.1ppm,因此研究加氫脫硫反應(yīng)及其動力學(xué)能夠更深入的發(fā)現(xiàn)和解決制約合成甲醇的瓶頸問題。 雖然二級加氫干法脫硫工藝已經(jīng)普遍工業(yè)化,但是目前國內(nèi)外在甲醇合成氣加氫脫硫反應(yīng)動力學(xué)的研究幾乎空白,即使有個別硫化物的動力學(xué)研究也存在以下2點問題：其一考慮的硫化物個別單一,沒有考慮到硫化物間的交互影響；其二所選用的實驗氣體多為實驗室按比例配成的氣體,其組分少造成體系簡單,此都很難應(yīng)用于工業(yè)實際生產(chǎn)中。 本文所做得加氫脫硫動力學(xué)考慮到了焦爐煤氣中所有硫化物,在處理數(shù)據(jù)時將脫硫動力學(xué)方程放在一起回歸其參數(shù),充分考慮到了他們之間的相互影響,并且本文所用實驗氣體均是在開灤集團中潤煤化工股份有限公司甲醇分廠一級加氫前的工業(yè)氣體,因此實驗氣體組分多,體系復(fù)雜更接近實際生產(chǎn)。 研究焦爐煤氣加氫脫硫動力學(xué)由于其體系復(fù)雜難點是確定一種科學(xué)合理的分析方法,本文通過大量調(diào)研確定外標法測定硫化物組分,烴類及其無機物采用三根色譜柱聯(lián)立通過甲烷關(guān)聯(lián)用面積歸一化法得到其濃度,通過前期的摸索采用全面實驗的方法采集動力學(xué)數(shù)據(jù)。 焦爐煤氣按理想氣體處理,應(yīng)用冪函數(shù)型動力學(xué)方程,以matlab作為工具采用坐標輪換法求解動力學(xué)參數(shù),得到的計算值與實驗值相對偏差基本不超過20%。 以焦爐煤氣加氫脫硫動力學(xué)為基礎(chǔ),采用最簡單的一維擬均相模型,模擬工業(yè)二級反應(yīng)器,得到的結(jié)果與實際值較為吻合,例如工業(yè)二級反應(yīng)器出口溫度為630.8℃,本模擬結(jié)果為627.18℃。 針對前邊實驗得到的工業(yè)加氫脫硫存在的兩個問題：其一是無法將COS通過反應(yīng)降低至設(shè)定值；其二是每級反應(yīng)器后均帶有大量的氧化鋅脫硫罐增大了設(shè)備投資和能耗。我們將石油煉化的一種既有加氫活性又有吸附活性的催化劑應(yīng)用于焦爐煤氣的脫硫,通過實驗得到該催化劑性能明顯優(yōu)于現(xiàn)用催化劑。 【關(guān)鍵詞】：焦爐煤氣 甲烷關(guān)聯(lián)法 反應(yīng)動力學(xué) 反應(yīng)器模擬
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TQ546.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文獻綜述13-28
• 1.1 煤做原料合成甲醇13-16
• 1.1.1 煤制甲醇的現(xiàn)狀和前景13
• 1.1.2 焦爐煤氣概述13-16
• 1.1.3 焦爐煤氣合成甲醇難點16
• 1.2 焦爐煤氣脫硫相關(guān)技術(shù)16-20
• 1.2.1 干法脫硫16-19
• 1.2.2 濕法脫硫19-20
• 1.2.3 生物脫硫技術(shù)20
• 1.3 二級加氫干法脫硫20-22
• 1.3.1 加氫脫硫概述20-21
• 1.3.2 加氫脫硫催化劑脫硫機理21-22
• 1.4 加氫脫硫動力學(xué)模型22-25
• 1.4.1 雙曲線型反應(yīng)速率式23-24
• 1.4.2 冪函數(shù)型反應(yīng)速率式24-25
• 1.5 本實驗催化劑簡介25-26
• 1.6 論文的內(nèi)容和意義26-28
• 第二章 實驗儀器以及分析方法28-41
• 2.1 實驗儀器和試劑28-29
• 2.2 實驗裝置及分析儀器29-31
• 2.3 儀器校正31-34
• 2.3.1 質(zhì)量流量計的校正31-33
• 2.3.2 色譜輔助氣的校正33-34
• 2.4 實驗分析方法34-39
• 2.4.1 硫化物分析方法建立34-36
• 2.4.2 烴類及無機物分析方法建立36-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 焦爐煤氣二級加氫脫硫反應(yīng)動力學(xué)41-59
• 3.1 工業(yè)二級加氫脫硫概述41-43
• 3.2 加氫脫硫?qū)嶒灹鞒?/span>43-44
• 3.3 實驗部分44-49
• 3.3.1 催化劑的硫化44-45
• 3.3.2 JT-8型催化劑的XRD圖45-47
• 3.3.3 二級加氫脫硫動力學(xué)條件47
• 3.3.4 硫化物動力學(xué)數(shù)據(jù)的采集47-49
• 3.4 實驗數(shù)據(jù)的處理49-52
• 3.5 動力學(xué)模型的檢驗52-55
• 3.5.1 動力學(xué)模型的統(tǒng)計檢驗52
• 3.5.2 動力學(xué)模型的誤差分析圖52-55
• 3.6 二級加氫反應(yīng)器甲烷化反應(yīng)動力學(xué)55-57
• 3.7 本章實驗結(jié)果與討論57-59
• 第四章 工業(yè)二級加氫脫硫反應(yīng)器模擬59-75
• 4.1 二級加氫脫硫反應(yīng)器的一維擬均相模型59-60
• 4.2 一維擬均相模型參數(shù)計算60-63
• 4.3 一維擬均相模型的求解63-67
• 4.4 溫度對于絕熱反應(yīng)床的影響67-70
• 4.5 合成甲醇精脫硫工段異常狀態(tài)下的模擬70-73
• 4.5.1 Z202催化劑失活氧化鋅脫硫罐正常的工況下70-71
• 4.5.2 Z202催化劑正常氧化鋅吸附接近飽和的工況下71-73
• 4.6 本章小結(jié)73-75
• 第五章 結(jié)論部分75-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-83
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-85
• 作者及導(dǎo)師簡介85-86
• 附件86-87

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