甲醇合成過(guò)程的建模、分析與優(yōu)化

Feb.2005化肥設計第43卷第1期●16●Chemical Fertilizer Design2005年2月I化學(xué)工程甲醇合成過(guò)程的建模、分析與優(yōu)化孟慶軍(.上海焦化有限公司，上海200241)商要:通過(guò)物料衡算與熱量衡算,對甲醇合成反應過(guò)程進(jìn)行了建模，以matlab語(yǔ)言為工具進(jìn)行了多元非線(xiàn)性方程組的求解與驗證，從而定量給出了各種工況下的工藝指標、各股物料參數，定量分析和探討了各操作參數對合成反應過(guò)程的影響。關(guān)鍵詞:物料平衡;熱力學(xué)平衡;建模;甲醇合成;操作優(yōu)化中圖分類(lèi)號: TQ223. 121文獻標識碼: A文章編號: 1004 - 8901 (2005)01 -0016-06Module Build-up, Analysis and Optimization for Methanol Synthesis ProcessMENG Qing.jun(Shanghai Coking Company Ltd., Shanghai 200241 China)Abstract: Through both material balance calculation and heat balance calculation, module was established for synthetic reaction of methanol, tak-ing matlab language as a tool, the solution and verification were made for multi-element and non-linear equation group, so the process indexes under vur-ious working conditions and the material paurameters of each stream were given, the effect of operating parameters on synthetic reaction was quantita-tively analyzed and discussed.Key words; material balance; thermodyamicelly balancing; module building; methanol synthesis; operation optimization如二甲醚等，以及未反應的H2、CO、COr和惰性1甲醇生產(chǎn)控制因素分析氣，如CH、N2。出塔氣經(jīng)過(guò)與入塔氣和循環(huán)水換甲醇合成反應工藝是一種較為成熟的技術(shù)，最.熱冷卻后，甲醇與水冷凝下來(lái)，在分離器中進(jìn)行氣常見(jiàn)的是魯奇工藝,采用銅基催化劑低壓法等溫合液分離。分離下來(lái)的粗甲醇人閃蒸槽，閃蒸出溶解成。其主要工藝流程見(jiàn)圖1。氣后,送人精餾工段。分離器頂部出來(lái)的氣體，一循環(huán)氣部分排放,除去原料氣中夾帶的惰性氣,以維持整入塔氣工個(gè)系統的壓力,其余的氣體循環(huán)返回，與新鮮氣加新鮮氣壓混合后,再次人塔進(jìn)行反應。-弛放氣影響合成反應的條件較多,如原料氣的組成,聯(lián)合循環(huán)惰性氣含量, S、As等雜質(zhì)濃度,壓縮機的能力,合| 壓縮機成塔反應壓力,催化劑性能的好壞及溫度控制，弛系統2一1冷卻器租甲醇」閃蒸精放氣量的多少，換熱器與冷卻器的冷卻效果等。這一粗甲醇些條件均會(huì )直接影響甲醇的產(chǎn)量、濃度、消耗與質(zhì)圖1甲醇合成 系統流程圖量。根據甲醇合成反應化學(xué)方程式，原料氣的氫/氫/碳摩爾比適宜的新鮮氣與循環(huán)氣經(jīng)壓縮機碳摩爾比應該控制在2.0(通常為了保持良好的反加壓到約5.0 MPa,與合成塔出塔氣換熱到約215應條件,氫氣略微過(guò)量，氫/碳摩爾比一般控制在心后，進(jìn)入合成塔。在管殼式合成塔中裝有銅基催2.05~2.10)。實(shí)際上受原料來(lái)源等條件限制，有化劑的列管內CO、CO2 與H2反應生成CH,OH,時(shí)氫/碳摩爾比遠高于這- -數值,從而出現氫氣大反應在約250 C的溫度下進(jìn)行。反應熱通過(guò)管間鍋作者簡(jiǎn)介:孟慶軍(1971年-),男,吉林白山市人, 1993 年畢業(yè)于爐水的蒸發(fā)帶走，以維持整個(gè)反應器內的恒溫。出華東理工大學(xué)煤化工專(zhuān)業(yè)，工程師，從事化工工程的設計、開(kāi)發(fā)和塔氣含有甲醇蒸氣、水蒸氣和少量的反應副產(chǎn)物，技術(shù)管理工作。第1期孟慶軍甲醇合 成過(guò)程的建模、分析與優(yōu)化.17●量過(guò)剩,造成消耗較高的局面。原料氣中的惰性氣給出各種工況條件下的工藝指標、人塔氣、出塔.組分如果較高，則弛放氣就必須維持較高的量,以氣、 循環(huán)氣、弛放氣、粗甲醇等各股物料流量及組保持平衡,從而會(huì )影響甲醇的產(chǎn)量和消耗。壓縮機成, 并定量分析各個(gè)操作參數的變化對運行工況的的能力也是決定甲醇合成生產(chǎn)負荷的一個(gè)因素,性影響,為甲醇合成的設計和操作提供依據。能較差或者進(jìn)入壽命后期的催化劑,因其合成單程2建模轉化率較低,往往需要更大的循環(huán)量才能保持生產(chǎn)負荷。甲醇合成反應是體積縮小的反應，反應壓力甲醇合成主反應及平衡常數如下:的提高無(wú)論是從反應平衡角度還是從反應速度角度0O+ 2H2 = CHOH(1)來(lái)考慮,都有利于甲醇的生成。催化劑的性能決定fa.a;了甲醇的反應速度，從而控制著(zhù)生產(chǎn)能力。其他影f∞xm響甲醇合成的條件,如冷卻溫度以及分離器的分離CO2 + 3H2 = CH2OH+ H2O(2)效果，如果冷卻效果不好、溫度較高或者液體甲醇fayauX fro分離不下來(lái)，則循環(huán)氣中甲醇含量就較大,那么不.faxfh但在一一個(gè)循環(huán)中分離下來(lái)的甲醇量會(huì )下降,從而降低了甲醇產(chǎn)能,而且循環(huán)氣中高濃度的甲醇還會(huì )使因為合成反應在相對高溫和高壓下進(jìn)行，合成人塔氣中甲醇含量提高,不利于合成反應的進(jìn)行。塔內的各種物料已經(jīng)偏離了理想氣體狀態(tài),所以這以上所述各種操作條件是甲醇生產(chǎn)控制因素,里的平衡常數應該用逸度而不是用分壓來(lái)表示:而在工廠(chǎng)生產(chǎn)操作中，實(shí)際工況是千變萬(wàn)化，如負逸度f(wàn)=p:Xφ;=psXy;Xφ;荷的波動(dòng)、原料氣組成的變化、不同時(shí)期的催化劑式中，f為某組分的逸度; p;為某組分的分壓; φ:性能、塔壓的變化等，此時(shí)操作人員需要根據經(jīng)驗為某組分的逸度系數; ps為總壓; y; 為某組分的判斷，對操作條件進(jìn)行調整。至于不同工況下操作摩爾分率。以上兩式以摩爾分率的形式表示如下:條件是否調到最佳，以及不同的操作參數對產(chǎn)量、中MoHX yMoH①消耗等重要工藝指標的影響程度,則常常無(wú)法給出幅Xφ∞Xy∞X帽x難定量分析,從而無(wú)法有效地指導操作。中MoHX YMoH X φroX Yho筆者試圖從物料平衡與化學(xué)反應平衡角度進(jìn)行P隱X中q xy∞2 x帳X館②半理論半經(jīng)驗建模,并采用近年來(lái)在工程計算中廣這里，逸度系數可用以下經(jīng)驗公式"計算:泛采用的matlab語(yǔ)言為工具進(jìn)行求解，從而定量地如=exp[(-0.09326- + 189.156 39990 181.527xx + 10.001x2)]③T-.下T1.01325x下」428.45_ 69217000_ 327.402x v∞_ 374.95x 減ps中∞q =exp[( -0.343 605+1.01325X T」④帆=exp (0.110 785+35.3324 - 5005.74.19.6109X 20:977 9X情Pe_⑤1.013 25x下」997.85_ 100 000 000_ 729. 109XywoH_ 803.4X yoP路中wan=exp|(-1.496 96⑥tpo-=x(-1.7852+ 108.9.183 9000 3648.32X2M _ 16.x Dhoe1.01325xT」⑦1因為公式中含有組分含量y,因此還不能根據kr=exp(1. 6654+553.34-2. 726 13x In溫度直接求出逸度系數,必須通過(guò)解聯(lián)立方程組求T-1.422 914X10-2XT+1.7206x10~*xT-得。出塔氣的物料組成受以上2個(gè)反應的化學(xué)平衡1.106 294X10~8XT+3.196 98x10-"2xT*)控制,其平衡常數是反應溫度的函數,公式[1]如下:如果合成催化劑的性能足夠好，并且裝填量足k,= exp(13. 165 2+9 203.26-5.928 39X In夠多,則同時(shí)受反應動(dòng)力學(xué)控制的合成反應在出塔T-3.52404X10-3xT+ 1.022 64x10~*xT2-時(shí)可以達到熱力學(xué)平衡。當催化劑使用后期，催化7.694 46X10~9x T3+2.385 83x10~12XT")劑活性便會(huì )降低，出塔物料的平衡組成便可能不再18 .化肥設計2005年第43卷受熱力學(xué)平衡控制，轉而由反應動(dòng)力學(xué)控制。當反F■Xym.∞- FmXy她.∞q = F粗.ho+ FgX應器容積較小、催化劑裝填量不夠時(shí)，出塔氣組成y新:Ho也由反應動(dòng)力學(xué)控制。反應生成的甲醇來(lái)自于新鮮氣中的∞和02本文建模計算與分析引入平衡溫距的概念，即與H的反應,根據反應式(1)和(2), 1摩爾CO和通過(guò)對合成塔內實(shí)際溫度加上某-修正的平衡溫距CO2反應生成等摩爾的甲醇，即新鮮氣中的Co和Ot來(lái)確定熱力學(xué)平衡常數。Ot取值的依據是:CO2減去未反應而從弛放氣中放掉的∞0和CO2加上某一Ot值后,再應用本模型計算,直到能夠量,等于生成的甲醇量,即粗甲醇和弛放氣中所含與實(shí)際數據相符合。通過(guò)對出塔氣的實(shí)測數據分析的甲醇量。表明，在整個(gè)催化劑的壽命期內,出塔氣的組成基FXyr.∞-FmXy熱.∞+ FrXy新.∞- F她本能夠符合以上2個(gè)經(jīng)過(guò)平衡溫距修正的熱力學(xué)平Xy她，o =FE.MoH+ FgXy%, MOH .衡。另一個(gè)解決的辦法是用00和0O2與H2反應.根據反應式(1)和(2)中的化學(xué)計量數, 1摩爾生成甲醇的2個(gè)動(dòng)力學(xué)方程“"1來(lái)代替本文前面的2∞0 參加反應就要消耗2摩爾H, 1摩爾02參加個(gè)熱力學(xué)平衡方程,同樣解17元非線(xiàn)性方程組,便反應就要消耗3摩爾H,參加反應的某物料即等能夠求得相應結果。有所不同的是動(dòng)力學(xué)方程是以于新鮮氣中的某組分減去未反應而從弛放氣中放掉微分形式表達的,所以需要用到matab中解多元微的某組分,從而列出方程如下:分方程組的辦法來(lái)求解，本文在此不展開(kāi)討論。FwXyr.n一F拖Xy強比=2(F新X y新.∞-合成系統的各物料組成還受物料平衡控制，為Fa Xya.∞o) +3(FmXym.q - FnXym.cq①⑦此給出以下物料平衡方程:方程①~⑦個(gè)共有27個(gè)未知數，即有10個(gè)自出塔氣量等于循環(huán)氣、弛放氣、粗甲醇中甲醇由度,構成1個(gè)27元非線(xiàn)性方程組,而設計及操作量與粗甲醇中水量之和?？梢钥刂频淖兞繛樾迈r氣量F新，新鮮氣組成，即Fx=F+F% + F粗. MoH+ F粗. noy新H ym.∞、y斯.a、y新.情，循環(huán)氣量F麗(由壓對圖1中系統1的進(jìn)出物料列物料平衡方程:縮機能力決定),合成壓力pa,冷卻后進(jìn)分離器的出塔氣中H2、CO、CO2的量分別等于循環(huán)氣加弛溫度,根據該溫度可知道弛放氣中的飽和甲醇蒸氣放氣中H2、C0和0O2的量。這里,循環(huán)氣與弛放與水蒸氣含量Y她, vor和Y性. no,以及合成反應溫氣的物料組成相同。⑨度T這10個(gè)變量,從而上述方程組可以變成求解F出Xy出.比=(Fx+ Fx)x Y德.比具有17個(gè)未知量的17元非線(xiàn)性方程組問(wèn)題。F出Xyw.∞=(Fm+ F)Xy她.∞F出Xy出.∞q=(Fx+ F班)X Y她.∞2D3方程組的求解與驗證出塔氣中CH]OH和HO的量分別等于循環(huán)氣解前述17元非線(xiàn)性方程組,用常規數學(xué)方法和弛放氣加上粗甲醇中CHgOH和H2O的量:無(wú)法解決,因此擬采用目前廣泛使用的matlab工程FmXy出,mou=(F循+ Fy)X y%. Ma;+ F粗. MOH計算工具來(lái)解決。采用其中的‘fsove" 函數工具，D~通過(guò)迭代求解。為驗證模型的準確性,現選取某月FmXy由,ho=(Fx +Fm)x Y他.ho+ Fe.no穩定工況條件下實(shí)際控制指標的基礎數據(月平均B值):新鮮氣體積分數H2 =67. 8%，CO= 28.9% ,對圖1系統2列物料平衡方程:新鮮氣中惰性002 =2.98% ,惰性氣=0.39% ,新鮮氣量為100%滿(mǎn)負荷;循環(huán)比=4.36;分離器溫度40 C;合成壓.組分的量等于弛放氣中惰性組分的量。FwXy新.情=FnXy弛.悄=FnX(1- Y弛比力46. 22 MPa(絕);合成溫度t。=251.5 C(平衡溫距取7 C)。以這些條件作為基本控制參數,代人Y熱.∞- Y勉.∞- Y施. MOH- Y熟. ho)程序,并運行,程序計算結果與工廠(chǎng)“實(shí)測值對照見(jiàn)反應生成的水均來(lái)自于新鮮氣中的COn,根據表1。由表1看出，模擬計算值與實(shí)測值比較吻合。反應式(2), 1摩爾CO2反應生成1摩爾水，即新鮮運用以上程序,在設計或操作過(guò)程中，只要提氣中的Co2減去未反應而從弛放氣中放掉的CO2出變 化條件.如改變原料氣的組成、循環(huán)氣量等，的量等于生成的水量,即粗甲醇加弛放氣中所含的便 可詳細計算各物料組分、預測變工況條件下的甲水量。醇生產(chǎn)能力與消耗。第1期孟慶軍甲醇合成過(guò)程的建模、 分析與優(yōu)化●19●CO2和惰性氣含量,使H2與00含量在一定范圍4操作參數對合 成反應過(guò)程的影響內反向變化,從而改變氫/碳摩爾比，以觀(guān)察其影運用上述程序計算探討各操作參數對合成反應響。為此對程序適當修改,加入循環(huán)語(yǔ)句。程序運的影響。討論工況以60 km2? /h凈化氣量為基準。行結果見(jiàn)圖2和表2。從圖表中可以看出,隨著(zhù)氫/4.1氫/碳摩爾比對甲醇產(chǎn)量 t及消耗的影響碳摩爾比的提高，甲醇產(chǎn)量近似呈線(xiàn)性下降趨勢,設想其他工況條件保持不變，固定原料氣中的而消耗呈近似線(xiàn)性上升趨勢。表1 模型計算值與實(shí)測值比較計算值某月穩定工況平均實(shí)測值項目新鮮氣人塔氣 :出塔氣循環(huán)氣 弛放氣 新鮮氣 人塔氣 出塔氣循環(huán)氣弛放氣流量(以?xún)艋瘹饬繛?00%計) 1004734362.9536無(wú)計量2.2H0.6777 0.7124 0.6686 0.7203 0.7203 0.6777 0.7462 不分析 0.7482 0.7482∞00.2886 0.1044 0.0577 0.0621 0.0621 0.288 60.0837不分析0.0501 0.050 1.0020.0298 0.0652 0.0681 0.0734 0.0734 0.0298 0.0342 不分析 0.0336 0.033 6惰性氣0.0039 0.110 40.1252 0.1348 0.1348 0.0039 0.1359 不分析0.1681 0. 168 1CHgOH00.006 30.0736 0.0077 0.007 7不分析不分析不分析 不分析H2O0.0013 0.0068 0.0016 0.001 6不分析不分初氫/碳摩爾比2.032.03 .∞單程轉化率/%S1.351.05甲醇單耗/m2.t-12 2282 264表2氫/碳摩爾比變化的影響2.012.022.042.052.062.072.082.09甲醇產(chǎn)量/t-h~27.8627.727.5527.4027.2727. 1627.0126. 8726.7226.58甲醇單耗/m?.t" L 2. 192.202.212.222.232.242.252.272.282.2946降0.238 to舉例來(lái)說(shuō)，對于60 km'/h的固定原料5.5氣量,如果氫/碳摩爾比由2. 02提高到2.06,則甲4544.5醇日產(chǎn)量將減少13.7 t。道理很簡(jiǎn)單,氫氣越過(guò)44量,反應不掉的原料就越多。43.5,2.022.042.062.082.12.124.2循環(huán)氣量對合成反應的影響n(yōu)(H2 )/n (CO) .設想其他工況條件保持不變，使循環(huán)氣量從小圖2氫/碳摩爾比變化對甲醇產(chǎn) t的影響到大變化，計算并觀(guān)察其對合成的影響，并給出擬為便于指導操作,在程序中加入了擬合語(yǔ)句,合經(jīng)驗公式。計算結果見(jiàn)表3和圖3。利用10次計算結果對單位原料氣的精甲醇產(chǎn)量相15.5[對于氫/碳的關(guān)系進(jìn)行擬合。圖2中,星點(diǎn)為10次計算的離散點(diǎn),連續線(xiàn)為擬合的曲線(xiàn)。擬合的經(jīng)驗公式為:單位原料氣的甲醇產(chǎn)量(t/km2' )= 93.555- 23.845 X氫/碳摩爾比。227282930在原料氣氫/碳摩爾比>2的前提下，氫/碳摩循環(huán)氣量/r=.h)“爾比每提高0. 01,將使每km3原料氣甲醇產(chǎn)量下圍3循環(huán)氣變化對甲醇產(chǎn)的影響表3循環(huán)氣f 變化的影響循環(huán)氣量/km2'h~'250.0255.0● 260.0265.0270.0275.0280.0285.0290.0295.0精甲醇產(chǎn)量/t+h-25.9026.6427.0527.2527.3927.4527.5127.5327. s527. 5s5精甲醇單耗/m2.t-12.35當循環(huán)氣量從低到高變化時(shí),單位原料氣的甲過(guò)一定的循環(huán)量時(shí)產(chǎn)量增大或者說(shuō)原料氣消耗下降醇產(chǎn)量增大,在低循環(huán)氣量時(shí)產(chǎn)量增加明顯，但超就變得緩慢。因此在實(shí)際操作中，不能為了片面追，20●化肥設計2005年第43卷求增加一點(diǎn)甲醇產(chǎn)量而將循環(huán)氣量控制得過(guò)大,這甲醇產(chǎn)量(t/km')= -25. 60x10~°x (循環(huán)量)* +是以犧牲大量循環(huán)機的動(dòng)力消耗為代價(jià)卻只獲得有28. 69x 10-4 X (循環(huán)量) - 0.1206 X (循環(huán)量)2 +限的甲醇增產(chǎn)回報,得不償失。特別是在催化劑的2.253X (循環(huán)量)- 15. 743?；钚猿跗诤椭衅?，此時(shí)催化劑活性足夠好,不需要4.3反應壓力對合成過(guò)程的影響借助于加大循環(huán)量的手段就可以獲得較高的并且較其他可控操作條件保持不變,反應壓力從小到經(jīng)濟的產(chǎn)量。當然，具體控制多少循環(huán)量,要視合大變化,計算并觀(guān)察其對合成的影響,并給出擬合成催化劑性能、裝填量等因素而定，每套裝置的最經(jīng)驗公式。由圖4和表4可以看出，提高合成壓佳循環(huán)量都會(huì )不同，而且在催化劑的壽命周期間最力,會(huì )增產(chǎn)甲醇并降低消耗,特別是如果原來(lái)壓力佳循環(huán)量也會(huì )不同。擬合經(jīng)驗公式為:單位原料氣處于較低范圍,提高壓力對增產(chǎn)甲醇效果明顯。表4 反應壓力變化對合成的影響反應壓力/MPa4.5504.6004.6504.7004.750 4. 8004.8504.9004. 9505.000精甲醇產(chǎn)量/(+h-27.5227.5327.5427.54. 27. 5427.5527.55 .27. s精甲醇單耗/km'.r12.21_2.2將循環(huán)氣中以液滴形式存在的甲醇完全分離下來(lái)。.45.25p如果分離器的結構簡(jiǎn)單,那么循環(huán)氣帶液現象將更為嚴重。特別是當分離器長(cháng)時(shí)間運行后,由于結蠟等因素，導致帶液現象更加嚴重。循環(huán)氣帶液-方面對聯(lián)合循環(huán)壓縮機的穩定運行產(chǎn)生影響,甚至會(huì ).4.55 4.6 4.65 4.7 4.75 4.8 4.85 4.9 4.95 5.0由于液擊而加速機器的損壞;另一方面由于已經(jīng)合壓力，p/MPa圖4 單位氣量的甲醇產(chǎn)量與反應壓力的關(guān)系成生成的甲醇不能被有效地分離下來(lái)形成產(chǎn)能，將壓力對合成影響的擬合經(jīng)驗公式為:單位原料導致產(chǎn)能下降，能耗增加?，F保持其他工況條件不氣的甲醇產(chǎn)量(t/km')=49.35x 10~*X(反應壓變,假定帶液量從小到大變化，計算并觀(guān)察其對合.力)+(-72.66)x 10-3x(反應壓力)2 +3.571x成的影響，并給出擬合經(jīng)驗公式。計算結果見(jiàn)表5和圖5。(反應壓力)-13.38。44.81r該3次方程在壓力超過(guò)4.65MPa時(shí)可近似地44. 844. 79-用1次線(xiàn)性方程代替:單位原料氣的甲醇產(chǎn)量=44. 78-72.56X 10~*x (反應壓力) +44.87。i 44.77-44. 76-對于新鮮氣量約60 km2/h的工況，如果反應44. 75-壓力提高0.3 MPa,則在原料氣不變的情況下，每44. 74}i 44.735天可增產(chǎn)0.3 t甲醇。4.714.4循環(huán)氣帶液對合成過(guò)程的影響0.008 0.009 0.01 0.011 0.012 0.013 0.014前述計算均是基于循環(huán)氣中甲醇含量為相應溫循環(huán)氣中的甲醇含量，四/%度下的飽和蒸汽壓基礎上,但實(shí)際上分離器并不能圖5循環(huán)氣中甲醇含對產(chǎn)量的影響表5帶液量大小對工況的影響循環(huán)氣中甲醇含量0.0082 0.0087 0.0092 0.0097 0.0102 0.0107 0.0112 0.0117 0.0122 0.012 7甲醇產(chǎn)量/t+h-127.2827.2727.2627.2527.2427.23甲醇單耗/km2.tr-12.232.242. 24擬合經(jīng)驗公式:單位原料氣甲醇產(chǎn)量( t/km2)4.5原料氣中惰性氣含t對合成的影響=-11.58X 10' X (循環(huán)氣中甲醇含量)3 +34.87x原料氣中的惰性組分，如甲烷、氮氣、氬氣等103 X (循環(huán)氣中甲醇含量)= - 360x循環(huán)氣中甲醇不參與合成反應，如果不排放則會(huì )在系統中積累。含量+ 46.04。根據計算結果,當循環(huán)氣中除飽和因此需要從循環(huán)氣中連續排放掉一部分氣體， 稱(chēng)為甲醇蒸氣以外，所夾帶的液體量達到0. 4%時(shí)，其弛放氣。弛放氣量有一個(gè)最佳值。弛放氣量越大,對甲醇產(chǎn)量損失的影響近似為1. 67 t/d。如果帶液則弛放氣也即循環(huán)氣中的惰性組分含量就低，這量超過(guò)0. 5% ,則甲醇的損失將加快增長(cháng)。樣,與新鮮氣混合后進(jìn)塔氣中的惰性氣含量也就越.第1期孟慶軍甲醇合 成過(guò)程的建模、分析與優(yōu)化，21●低，而H2、CO、和0O2等有效氣含量也就越高,合都會(huì )影響弛放氣量,從而也就帶來(lái)甲醇的產(chǎn)量和消成塔的能力也就越高。但弛放氣量大將造成甲醇消耗的變化。其中新鮮氣中的惰性氣含量對甲醇的單耗的增加，因為弛放氣中也同時(shí)含有大量的有用組耗影響最明顯。分。根據前述的具有10個(gè)自由度的27元非線(xiàn)性方運用本模型來(lái)分析其影響。假設其他工況條件程組，當新鮮氣量及其惰性氣含量- -定時(shí),一旦選保持不變，而使原料氣中的惰性氣含量從小到大變定某一恒定的系統壓力,那么弛放氣量就是-一個(gè)固化(其他組分按比例降低),計算其對合成的影響見(jiàn)定的值。在10個(gè)可調參數中，任何一個(gè)發(fā)生變化，表 6及圖6,并給出擬合經(jīng)驗公式。表6惰氣含量 對甲醇產(chǎn)的影響新鮮氣中惰性氣含量0.0059 0.0079 0.0099 0.0119 0.0139 0.0159 0.0179 0.0199 0.0219 0.0239甲醇產(chǎn)量/*h-'27.3927.2427.0926.9426.7826.6326.4826.3326. 1826.03甲醇單耗/km2.t~'2. 222.242.252.262.29_2.312.345r爐制氣時(shí)高壓保護氮漏人系統、天然氣- -段轉化所制的甲烷含量高達4%的合成氣等。當新鮮氣中惰性氣含量分別為0.59%和1.19%時(shí)的計算結果見(jiàn). 43.5表7。結果顯示了為維持合成壓力和化學(xué)平衡等條件,當新鮮氣中惰性組分增加時(shí)各股物料的量及其40.00.00.00.010.020.0140.0.0180.020.02組分的變化，如弛放氣量增加、甲醇產(chǎn)量降低,各新鮮氣中情性氣含量中/%物料中H2、惰性氣含量上升, CO、CO2含量下降，圖6惰氣含量對甲醇產(chǎn)量 的影響出塔氣中甲醇含量下降等。擬合經(jīng)驗公式:單位原料氣甲醇產(chǎn)量(t/km2 )當原料氣中的惰性氣含量由0. 59%上升到.= 45.712 - 124. 609x新鮮氣中惰性氣含量。1.19%時(shí),弛放氣量也大為增加，精甲醇的原料氣根據計算結果，新鮮氣中的惰性氣含量每增加消耗由2 223 m'/t上升到2261 m'/t,即使扣除惰0.1%，單位新鮮氣甲醇產(chǎn)量將降低0.12 thkm’。性氣含量折算成有效氣(H、 ∞和00)消耗,甲例如，60 km'/h的固定新鮮氣量,如果其中的惰性醇純有效氣消耗也由2 210 m'/t上升到2 234 m'/t,氣含量上升0.6%，則每天甲醇產(chǎn)量損失將達到消耗上升的部分就是弛放氣多帶走的有效氣。10.78 t。這種情況是經(jīng)常存在的,例如采用德士古表7惰性組分增加時(shí)各股物料的 及其組分的變化原料氣中惰性氣含量0. 59%原料氣中惰性氣含量1. 19%項目新鮮氣人塔氣出塔氣循環(huán)氣弛放氣循環(huán)氣弛放氣流量/m2.h60 00326 227287 693265 3261 62660 000288 315265 3262 677H67.6366.9361.9666.7767.2354.4458.5728.809.704.935.315..28.6310.836.276.750022.974.534.544.89.892.965.986.206.67惰性氣0.5918.0820.5022.0922.2425.1727.0727. 07CHgOH0.000.637. 380.770.63 .7.26H2O0. 130.700.160. 160.130.66matlab的強大數學(xué)能力來(lái)解決問(wèn)題，希望能夠用于5結語(yǔ)指導生產(chǎn)。在此需指出的是，本文的論述均忽略了高產(chǎn)與降耗是化工生產(chǎn)所追求的重要目標，而合成反應中雜質(zhì)的生成。因為這些副反應的機理更在實(shí)際生產(chǎn)中,根據定性判斷來(lái)指導操作,可能不加復雜，并且可以獲得的數據不多，鑒于生成的雜會(huì )使工況控制在最佳狀態(tài)?；どa(chǎn)過(guò)程由于流程質(zhì)量相對較少，不足以明顯影響甲醇合成主反應的長(cháng)、反應機理復雜,所以很多時(shí)候我們都面臨大量進(jìn)行，所以一般的考慮是在計算得出的甲醇生成量無(wú)法通過(guò)手工計算加以解決的問(wèn)題，從而難于從理中簡(jiǎn)單地減去這些有機雜質(zhì)而獲得最后的結果。論_上獲得用于指導生產(chǎn)的數據。但是目前不斷推出參考文獻:的用于工程計算的實(shí)用工具，如Aspen、Pro II等為[1]汪壽建,劉亦武.天然氣綜合技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.我們提供了解決問(wèn)題的有效手段。筆者試圖借用收稿日期: 2004 09-10