两种煤气甲烷化反应器的模拟及比较.pdf

第29卷第2期 煤 炭 转 化 V01．29No．2 2006年4月 CoALCoNVERSIoN Apr．2006 两种煤气甲烷化反应器的模拟和比较 吴连弟D 陈幸达2’ 王文明3’ 王绿芳3’ 摘 要 建立了耐硫甲烷化外冷列管式反应器的拟均相二维模型和外循环式反应器的拟均相 一维模型，考察了设备参数和操作条件对反应床层的影响．从反应工程角度考虑，外冷列管式反应 器优于外循环式：外冷列管式反应器在近于等温条件下进行；外循环式反应器存在大量产品气的返 混，降低了有效气(CO和H。)含量． 关键词 反应器，城市煤气，甲烷化，模拟和比较 中图分类号TQ545 拟均相模型． 0 引 言 1．1数学模型与求解 我国煤炭储量居世界前列，但是大多数城镇居 通过对耐硫甲烷化催化剂的反应特性研究及自 民仍以直接燃煤为主，气化普及率很低，因此，逐步 由度分析，确定该反应体系的独立反应为甲烷化反 实现城乡民用燃料煤气化是节约能源、减少环境污 CO 染和提高人民生活水平的重要措施．目前一些中小 F—CO。+H。)．选择CH。和CO。为关键组分． 城市采用水煤气作为城市煤气气源，但这种煤气热 1．1．1数学模型 值偏低，CO含量过高．煤气甲烷化是城市煤气增热 对单管可导出二维拟均相模型． 的先进技术．煤气甲烷化与生产代用天然气不同，只 物料衡算： 需进行部分甲烷化，它也有别于合成氨原料气中微 量Co的甲烷化．将CO转化为CH。，既可消除CO (1) 的毒性，又可使煤气热值增加．甲烷化是强放热反应 体系，反应放热量大，操作温度相对较高，必须及时 从反应器内取走热量，控制反应温度，才能保证反应 (2) 器的正常运作．为有效地移出大量的反应热，使反应 热量衡算： 器稳定操作，延长催化剂使用寿命，反应器的结构型 式成为甲烷化工艺的核心技术之一．本文对外冷列管 OT／Or)+ OT／Ol=彘(02T／Or¨lr 式与外循环式耐硫甲烷化反应器进行了模拟和比较． 外冷列管式反应器 动量衡算 dp／dl==—— 描述连续换热的列管式反应器采用考虑轴径向 的温度、浓度分布的二维拟均相模型较为合适．该模 +了2d，／Ed。(1一 万—i——一 型为一组抛物线型偏微分方程的边值问题，不能获 得解析解，必须采用数值解法，可采用差分法[1。20和 J f 正交配置法[2。43进行求解．本文采用隐式差分法 』L (Crank—Nicolson格式)求解以摩尔浓度表示的二维