焦炉煤气二级加氢脱硫反应动力学及反应器模拟研究

【摘要】：焦炉煤气的合理利用是现阶段煤化工的一个热点,既能为企业实现节约能源减少排放又能大大提高整个产业链的经济效益。目前焦炉煤气多用于合成甲醇,在合成甲醇各个工艺环节中难点是焦炉煤气的脱硫问题,其要求进入合成塔的总硫含量小于0.1ppm,因此研究加氢脱硫反应及其动力学能够更深入的发现和解决制约合成甲醇的瓶颈问题。 虽然二级加氢干法脱硫工艺已经普遍工业化,但是目前国内外在甲醇合成气加氢脱硫反应动力学的研究几乎空白,即使有个别硫化物的动力学研究也存在以下2点问题：其一考虑的硫化物个别单一,没有考虑到硫化物间的交互影响；其二所选用的实验气体多为实验室按比例配成的气体,其组分少造成体系简单,此都很难应用于工业实际生产中。 本文所做得加氢脱硫动力学考虑到了焦炉煤气中所有硫化物,在处理数据时将脱硫动力学方程放在一起回归其参数,充分考虑到了他们之间的相互影响,并且本文所用实验气体均是在开滦集团中润煤化工股份有限公司甲醇分厂一级加氢前的工业气体,因此实验气体组分多,体系复杂更接近实际生产。 研究焦炉煤气加氢脱硫动力学由于其体系复杂难点是确定一种科学合理的分析方法,本文通过大量调研确定外标法测定硫化物组分,烃类及其无机物采用三根色谱柱联立通过甲烷关联用面积归一化法得到其浓度,通过前期的摸索采用全面实验的方法采集动力学数据。 焦炉煤气按理想气体处理,应用幂函数型动力学方程,以matlab作为工具采用坐标轮换法求解动力学参数,得到的计算值与实验值相对偏差基本不超过20%。 以焦炉煤气加氢脱硫动力学为基础,采用最简单的一维拟均相模型,模拟工业二级反应器,得到的结果与实际值较为吻合,例如工业二级反应器出口温度为630.8℃,本模拟结果为627.18℃。 针对前边实验得到的工业加氢脱硫存在的两个问题：其一是无法将COS通过反应降低至设定值；其二是每级反应器后均带有大量的氧化锌脱硫罐增大了设备投资和能耗。我们将石油炼化的一种既有加氢活性又有吸附活性的催化剂应用于焦炉煤气的脱硫,通过实验得到该催化剂性能明显优于现用催化剂。 【关键词】：焦炉煤气 甲烷关联法 反应动力学 反应器模拟
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文献综述13-28
• 1.1 煤做原料合成甲醇13-16
• 1.1.1 煤制甲醇的现状和前景13
• 1.1.2 焦炉煤气概述13-16
• 1.1.3 焦炉煤气合成甲醇难点16
• 1.2 焦炉煤气脱硫相关技术16-20
• 1.2.1 干法脱硫16-19
• 1.2.2 湿法脱硫19-20
• 1.2.3 生物脱硫技术20
• 1.3 二级加氢干法脱硫20-22
• 1.3.1 加氢脱硫概述20-21
• 1.3.2 加氢脱硫催化剂脱硫机理21-22
• 1.4 加氢脱硫动力学模型22-25
• 1.4.1 双曲线型反应速率式23-24
• 1.4.2 幂函数型反应速率式24-25
• 1.5 本实验催化剂简介25-26
• 1.6 论文的内容和意义26-28
• 第二章 实验仪器以及分析方法28-41
• 2.1 实验仪器和试剂28-29
• 2.2 实验装置及分析仪器29-31
• 2.3 仪器校正31-34
• 2.3.1 质量流量计的校正31-33
• 2.3.2 色谱辅助气的校正33-34
• 2.4 实验分析方法34-39
• 2.4.1 硫化物分析方法建立34-36
• 2.4.2 烃类及无机物分析方法建立36-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 焦炉煤气二级加氢脱硫反应动力学41-59
• 3.1 工业二级加氢脱硫概述41-43
• 3.2 加氢脱硫实验流程43-44
• 3.3 实验部分44-49
• 3.3.1 催化剂的硫化44-45
• 3.3.2 JT-8型催化剂的XRD图45-47
• 3.3.3 二级加氢脱硫动力学条件47
• 3.3.4 硫化物动力学数据的采集47-49
• 3.4 实验数据的处理49-52
• 3.5 动力学模型的检验52-55
• 3.5.1 动力学模型的统计检验52
• 3.5.2 动力学模型的误差分析图52-55
• 3.6 二级加氢反应器甲烷化反应动力学55-57
• 3.7 本章实验结果与讨论57-59
• 第四章 工业二级加氢脱硫反应器模拟59-75
• 4.1 二级加氢脱硫反应器的一维拟均相模型59-60
• 4.2 一维拟均相模型参数计算60-63
• 4.3 一维拟均相模型的求解63-67
• 4.4 温度对于绝热反应床的影响67-70
• 4.5 合成甲醇精脱硫工段异常状态下的模拟70-73
• 4.5.1 Z202催化剂失活氧化锌脱硫罐正常的工况下70-71
• 4.5.2 Z202催化剂正常氧化锌吸附接近饱和的工况下71-73
• 4.6 本章小结73-75
• 第五章 结论部分75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 研究成果及发表的学术论文83-85
• 作者及导师简介85-86
• 附件86-87

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