Повышение эффективности промышленного синтеза метанола в аппаратах полочного типа с применением методов квантовой химии и математического моделирования

• Автор: Попок, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Современное производство и технологии синтеза метанола

1.1 Технологические схемы производства метанола.

1.2 Реакторные устройства синтеза метанола

1.3 Катализаторы синтеза метанола.

Глава 2. Исследование механизма синтеза метанола с применением методов квантовой химии.

2.1 Параметры компьютерных квантовохимических расчетов.

2.1.1 Вычислительные методы квантовохимических расчетов.

2.1.2 Модели компьютерных квантовохимических расчетов.

2.1.3 Стандартные базисы компьютерных квантовохимических расчетов

2.2 Применение квантовохимических методов для исследования гетерогенных каталитических реакций синтеза метанола
2.3 Промотирование катализаторов низкотемпературного синтеза
метанола
2.4 Исследование катализаторов синтеза метанола с помощью квантовохимических методов расчетов.
2.4.1 Исследование механизма адсорбции СО на поверхности катализатора
2.4.2 Исследование реакций, протекающих на поверхности катализатора
2.4.3 Исследование промотированных катализаторов синтеза метанола Глава 3. Разработка математической модели синтеза метанола на 2пСиА1катализаторе
3.1 Кинетические модели синтеза метанола
3.2 Характеристика объекта исследования.
3.3 Составление кинетической модели процесса
3.4 Составление математической модели реактора
3.5 Решение систем дифференциальных уравнений математической
модели
3.5.1 Явные методы численного решения.
3.5.2 Метод Эйлера
3.6 Построение модели дезактивации катализатора
Глава 4. Расчет целесообразности применения способов увеличения производительности установок синтеза метанола.
4.1 Проверка разработанной математической модели на адекватность
4.2 Моделирование реактора предкатализа
4.3 Анализ увеличения эффективности работы схемы с организацией
промежуточных выводов продуктов.
Выводы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Литература


Существующие на сегодняшний день модели реакторов синтеза метанола не обладают достаточной прогностической способностью, так как неизвестны параметры реакций, протекающих на поверхности катализатора. Таким образом, актуальным является исследование поверхностных реакций синтеза метанола с применением методов квантовой химии для дальнейшего создания моделирующей системы процесса. Цель работы заключается в повышении эффективности промышленного синтеза метанола в аппаратах полочного типа с использованием математической модели процесса, разработанной с применением методов квантовой химии. Количественное описание дезактивации катализатора синтеза метанола в зависимости от условий его эксплуатации. О) с адсорбцией газа на меди (энергия связи активный центр - молекула СО 8, кДж/моль, длина связи 1,2 А). Установленная структура активного центра катализатора позволяет определить кинетические параметры реакций, протекающих на поверхности катализатора: скорость лимитирующей стадии процесса, адсорбции водорода составляет ,3 моль/кг^-с. Установлено, что применение методов квантовой химии для определения параметров адсорбированных на поверхности катализатора синтеза метанола поверхностных соединений обеспечило создание моделирующей системы, которая позволяет усовершенствовать технологическую схему производства метанола и повысить ее производительность за счет поддержания условий синтеза с протеканием реакций вдали от равновесия. Результаты работы представляют большую практическую ценность. Разработана кинетическая модель процесса синтеза метанола, положенная в основу компьютерной моделирующей системы. Данная система позволяет прогнозировать оптимальный режим работы установок синтеза метанола, основываясь на данных о составе синтез-газа и геометрических размерах реактора синтеза. Компьютерная моделирующая система внедрена на установке синтеза метанола М-0 ООО «Сибметахим» Создан модуль для разработанной моделирующей системы, описывающий дезактивацию низкотемпературного Ъп-Си-А1-катализатора. Данный модуль, исходя из состава синтез-газа и температурного режима работы установки, способен спрогнозировать уменьшение активности и температурные перепады на полках катализатора. Разработаны рекомендации по увеличению производительности установки синтеза метанола М-0 без увеличения объема катализатора на установке и объема синтез-газа. Разработан способ повышения производительности установки синтеза метанола, основанный на внедрении в технологическую схему синтеза реактора предкатализа. Показано, что максимальная производительность установки достигается при объеме катализатора в реакторе предкатализа м3 - кг/ч метанола-сырца, что на 9,8 превышает проектную производительность. Разработаны способы повышения производительности установки синтеза метанола М-0, основанные на организации промежуточного вывода продуктов синтеза после каждой полки катализатора. Показано, что максимальная производительность установки синтеза достигается при выводе продуктов синтеза после каждой полки катализатора, при этом уровень дезактивации катализатора синтеза превышает проектный примерно в 2 раза, но производительность установки увеличивается на %. Разработка научно-методических основ построения кинетических моделей дезактивации нанокатализаторов» (- гг. ГР№ 1. Глава 1. Метанол по своему значению и масштабам производства занимает сегодня одно из первых мест среди основных полупродуктов химической промышленности. Важнейшие традиционные направления его использования -получение формальдегида, диметилтерефталата и различных растворителей. Метанол применяется также в качестве топлива и как заменитель, частично или полностью, автомобильных топлив - бензина и дизельного топлива [1]. Также метанол используется в газодобывающей отрасли как ингибитор гидратообразования при добыче и транспортировке нефти и газа. Спрос и предложение метанола в мире с начала -х гг до настоящего времени характеризовались соотношениями, приведенными на рисунке 1. Н п? Рисунок 1. Технологические процессы на основе метанола и получаемые при этом продукты приведены на рисунке 1. ЧУксусный ангидридУ Ч. V . Муравьиная Л . Рисунок 1.