A Modelagem e otimização de Fischer-Tropsch industrial síntese com o reator de coluna de bolha de chorume e à base de ferro catalisador

Manuscrito aceito

Modelagem e otimização de Fischer-Tropsch industrial síntese com o reator de coluna de bolha de chorume e à base de ferro catalisador

Chufu Li

PII: S1004-9541 ​​(17) 31428-3

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.01.002

Referência: CJCHE 1004

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Data de recebimento: 25 de outubro de 2017

Data de revisão: 1 de janeiro de 2018

Data de aceitação: 5 de janeiro de 2018

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Engenharia de Sistemas de Processos e Segurança de Processos

Modelagem e otimização da síntese industrial de Fischer-Tropsch com o reator de coluna de chorume e catalisador à base de ferro1

Chufu Li(李初福)

(National Institute of Clean-and-Low-Carbon Energy, Shenhua Group Co. Ltd., Beijing 102211, China)

Correspondence:

Dr. Li Chufu

Shenhua NICE, Future Science & Technology City, Changping District, Beijing, 102211 Phone: [phone]

E-mail: [e-mail]

Resumo

Para otimizar a síntese industrial de Fischer-Tropsch (FT) com a coluna de bolhas de lama reator (SBCR) e catalisador à base de ferro, um modelo de processo abrangente para síntese de FT que inclui um modelo SBCR detalhado, modelo de separação de gás líquido, modelo simplificado de remoção de CO2 e modelo de ciclo de gás de cauda foi desenvolvido. Um algoritmo de iteração eficaz foi proposto para resolver modelo de processo, e o modelo foi validado por dados de experimentos de demonstração industrial (SBCR 5,8m de diâmetro e 30m de altura), com um erro relativo máximo <10% para prever o Performances SBCR. Posteriormente, o modelo proposto foi adotado para otimizar o Realizações da SBCR considerando simultaneamente variações nos parâmetros do processo e do reator. Os resultados mostram que o rendimento de C5 + aumenta à medida que a carga de catalisador aumenta dentro de 10 ~ 70 ton e syngas o valor de H2 / CO diminui dentro de 1,3 ~ 1,6, mas não aumenta obviamente quando o carregamento do catalisador excede 45 ton (cerca de 15% em peso). Maior carga de catalisador resultará em maior dificuldade para separação de cera / catalisador e maior custo de catalisador. Portanto, a carga do catalisador (45 ton) é recomendada para a demonstração industrial da operação SBCR em syngas H2/CO = 1.3, e o C5+ rendimento é de cerca de 402 ton / dia, que tem um aumento de cerca de 16% do que a corrida de demonstração industrial resultado.

Palavras-chave: síntese de Fischer-Tropsch, reator de coluna de bolhas de chorume, modelo de bolha dupla, simulação e otimização de processos

1. INTRODUÇÃO

Os conbustíveis sintéticos Fischer-Tropsch (FT) têm propriedades muito benéficas, como o baixo conteúdo e aromáticos próximos de zero, o que os torna bons candidatos como alternativa e/ou fontes complementares de combustível. Os combustíveis sintéticos FT podem ser produzidos a partir de carvão ou gás natural. Dois tipos de catalisadores são utilizados comercialmente na síntese de FT, ou seja, à base de ferro (Fe) e à base de cobalto (Co) catalisadores. O catalisador de ferro é mais barato e tem maior atividade de deslocamento de gás de água (WGS), e portanto, é mais adequado para gás sintético rico em CO produzido a partir da gaseificação do carvão. Três tipos de FT reatores estão em uso comercial no momento: eles são reator de leito fixo, reator de leito fluidizado e reator de fase de lama [1]. O reator de coluna de bolhas de chorume (SBCR) possui muitas vantagens, como melhor transferência de massa e calor, menor custo de fabricação e maior rendimento de um único conjunto. Portanto, é uma área de pesquisa ativa para muitos pesquisadores na modelagem, ampliação e otimização do SBCR para síntese de FT.

A escala industrial SBCR (diâmetro 5-10 m, altura 30-50 m) foi simulada e investigada usando o modelo SBCR pelos pesquisadores [2-10]. Trabalhos recentes sobre a intensificação do SPD da Sasol Reator apresentado pela Sasol [9] mostra que o escopo existe para potencialmente duplicar a conversão volumétrica dos reatores de fase comercial G1 existentes da Sasol através de os aumentos relativos na velocidade do gás e na concentração do catalisador. Sehabiague [10] usou o duplo modelo SBCR de bolhas para avaliar o desempenho de um SBCR industrial para a síntese de FT, e previu e otimizou o desempenho de uma balança industrial (ID-5,8 m SBCR) operando com catalisador à base de ferro para síntese de FT, com ênfase na desativação de catalisadores.

Em trabalhos anteriores, a maioria dos pesquisadores investigou e otimizou o desempenho do SBCR usando seus modelos de reator em uma composição de gás de entrada fixa para o SBCR. No entanto, no FT industrial processo de síntese, devido à conversão de passagem única não muito alta, muito gás residual será devolvido para o SBCR. Isso alterará a composição do gás de entrada quando o desempenho da reação mudar. Portanto, os resultados ótimos obtidos na composição de gás de entrada fixa para o SBCR podem não ser razoável. Para resolver este problema, um modelo de processo integrado com um modelo SBCR para FT síntese deve ser usada. Este trabalho desenvolveu um modelo de processo abrangente para síntese de FT que inclui um modelo SBCR detalhado, modelo de separação de gás líquido, modelo simplificado de remoção de CO2 e modelo de ciclo de gás residual, e usou o modelo para investigar e otimizar o desempenho de um  processo de síntese de FT industrial com o SBCR e catalisador à base de ferro.