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第3期胡亮华等：焦炉煤气甲烷化工艺过程的AspenPlus模拟53

焦炉煤气甲烷化工艺过程的AspenPlus模拟

胡亮华，冯再南，姚泽龙，刘维，申屠梁，王俊峰

(杭州林达化工技术工程有限公司，浙江杭州310012)

摘要：利用化工流程模拟计算软件AspenPlus,对焦炉煤气合成天然气甲烷化工艺流程进行模拟计算分析，建立了工业过程详细流程，提供了流程模拟所用的物性参数及相关反应数据，模拟结果与实际试验数据吻合，很好的说明了模拟的可靠性。考察循环比和副产蒸汽压力变化等操作条件对反应器内催化剂床层温度的影响。

关键词：焦炉煤气；甲烷化；SNG;AspenPlus;流程模拟

中图分类号：TQ522.61;TQ221.11文献标识码：B文章编号：1001-9219(2013)03-53-04

从目前我国能源结构看，天然气供需严重不足，“十二五”期间，天然气占一次能源消费的比重将由目前4%上升到8%。开辟新的清洁能源，将焦炉煤气甲烷化制合成天然气(SNG),是重要的发展方向。丹麦托普索(Topspe)公司、德国鲁奇(Lurgi)公司、英国戴维(Davy)公司都能提供高温甲烷化的成套技术，其反应器大都采用的是绝热式反应器。国内的杭州林达化工技术工程有限公司结合自身反应器的技术优势，与太原理工大学、山西同世达煤化工集团、大连普瑞特化工科技有限公司共同开发出了中低温甲烷化技术。2011年该项技术已在山西同世达焦炉煤气甲烷化制天然气工业示范装置上取得成功并得到关键数据2,试验以同世达煤化工集团焦化分厂的焦炉煤气为原料，通过净化，压缩，除氧，H?与CO、CO?进行甲烷化制得富甲烷气。其中甲烷化反应器选用换热式反应器，反应热由饱和水带出，副产中压蒸汽，相对于目前国内外普遍采用的绝热式反应器来说，在工艺和设备上均开辟了新的途径。本文的目的是运用AspenPlus工具，对焦炉煤气制天然气中甲烷化合成回路进行模拟，模拟结果与山西同世达焦炉煤气制天然气甲烷化试验实际工况所得数据进行对比分析，并为焦炉煤气制天然气甲烷化合成工业化装置的设计与优化提供基础数据。

收稿日期：2012-12-19;作者简介：胡亮华(1986-),男，硕士，电话05718206),电邮wshlh86@163.com。

1工艺流程模拟

1.1甲烷化反应过程

焦炉煤气制SNG,工艺的核心是甲烷化反应。净化后的焦炉煤气主要由H?、CO、CO?、CH?和惰性气体N?组成，此外还含有少量的CnHm和O?,在甲烷化合成回路中发生式(1)~(6)这6个反应，(1)~(3)为甲烷化合成主反应，其中(1)和(2)为独立的化学反应。式(4)为除氧反应。在一定的条件下，可能还会有副反应(5)和(6)发生3。

CO+3H?=CH?+H?O+206kJ(1)

CO+H?O=CO?+H?+41kJ(2)

CO?+4H?=CH?+2H?O+165kJ(3)

O?+2H?=2H?O+484kJ(4)

2CO=C+CO?+17.3kJ(5)

Ni+4CO=Ni(CO)?(6)

甲烷化反应是强放热反应，每转化1%的CO的绝热温升为72℃,每转化1%的CO?的绝热温升为65℃4。焦炉煤气中φ(CO+CO?)为8%~12%,实际生产中如果焦炉煤气不循环，一次通过反应器，反应(1)、(2)和(3)放出的热量可使甲烷化反应器内绝热温升超过650℃,这不仅可能会使催化剂由于副反应积炭，还有可能使催化剂烧结失活。因此，如何将甲烷化反应器内的热量带出及回收是很关键的问题。

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54天然气化工(C?化学与化工)