Розробка методу та алгоритму розрахунку рівноваги синтезу метанолу під середнім тиском
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.264755Ключові слова:
синтез метанолу, константа рівноваги, рівноважний склад, колона синтезу, багатоваріантні розрахункиАнотація
Об’єктом дослідження є синтез метанолу під середнім тиском. А предметом дослідження – розрахунок рівноважного складу. Запропоновано метод і алгоритм розрахунку рівноважного складу продуктів синтезу метанолу. Проведено розрахунки за двома механізмами синтезу метанолу. Насамперед застосовано перший підхід до механізму синтезу метанолу, що передбачає утворення метанолу з одночасним перебігом реакцій синтезу метанолу з оксиду карбону (IV) і парової конверсії оксиду карбону (II). Встановлена погана збіжність системи двох рівнянь на основі цього механізму взаємодії, що ускладнюється підбором початкових наближень і вибором дійсного рішення. На другому етапі розглянуто механізм утворення метанолу з оксиду карбону (II) з одночасним перебігом парової конверсії СО у зворотному напрямку. Ступінь рівняння, що описує залежність константи рівноваги від парціальних тисків реагентів, знижується в порівнянні з першим підходом і це обумовлює набагато кращу збіжність при рішенні системи двох рівнянь Запропоновано використання коефіцієнту, що враховує вплив тиску на значення константи рівноваги, та апроксимована його залежність від температури. Розроблений алгоритм реалізовано в пакеті MathCAD, при цьому відносне максимальне відхилення за рівноважною концентрацією метанолу складає 8,53 %. Третій підхід полягає у використанні двох коефіцієнтів, що корегують константу рівноваги в залежності від тиску. У цьому випадку відносне максимальне відхилення за метанолом складає 16,25 %. Програма згідно запропонованого алгоритму враховує багатоваріантність вихідних даних, а саме можливість варіювання складом вихідної суміші, значеннями тиску та температури. Виконано розрахунок за вихідними даними промислової реалізації синтезу метанолу. Порівняння рівноважної концентрації метанолу з реальною на виході колони синтезу встановило ступінь досягнення рівноваги 39,4 %, що свідчить про наявність резерву синтезу метанолу та можливість збільшення практичного виходу метанолу.
Посилання
- Kuznetcov, V. D., Shub, F. S., Belysheva, T. V., Temkin, M. I. (1997). Ravnovesie sinteza metanola. Teoret. osnovy khim. Tekhnologii, XІ (6), 866–871.
- Voronkova, N. S. (1984). Protcess sinteza metanola na nizkotemperaturnykh katalizatorakh pod davleniem 15–30 MPa. Severodonetck. Available at: http://tekhnosfera.com/protsess-sinteza-metanola-na-nizkotemperaturnyh-katalizatorah-pod-davleniem-15-30-mpa#ixzz7BQleLD8C
- Tovazhnianskyi, L. L., Loboiko, O. Ya., Hryn, H. I. et. al. (2007). Tekhnolohiia zv’iazanoho azotu. Kharkiv: NTU «KhPI», 536.
- Karavaev, M. M., Leonov, V. E., Popov, I. G., Shepelev, E. T. (1984). Tekhnologiia sinteticheskogo metanola. Moscow: Khimiia, 240.
- Milani, D., Khalilpour, R., Zahedi, G., Abbas, A. (2015). A model-based analysis of CO2 utilization in methanol synthesis plant. Journal of CO2 Utilization, 10, 12–22. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcou.2015.02.003
- Reichert, J., Maerten, S., Meltzer, K., Tremel, A., Baldauf, M., Wasserscheid, P., Albert, J. (2019). Shifting the equilibrium of methanol synthesis from CO2 by in situ absorption using ionic liquid media. Sustainable Energy & Fuels, 3 (12), 3399–3405. doi: https://doi.org/10.1039/c9se00494g
- Kontsevoi, S., Kontsevoi, A. (2021). Analysis of modeling methanol synthesis column. The scientific heritage, 1 (75), 6–10. doi: https://doi.org/10.24412/9215-0365-2021-75-1-6-10
- Kobl, K. (2015). Aspects mecanistiques et cinetiques de la production catalytique de methanol a partir de CO2/H2. Available at: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01276279
- Mukhlenova, I. P. (Ed.) (1982). Raschety khimiko-tekhnologicheskikh protcessov. Leningrad: Khimiia, 248.
- Graaf, G. H., Sijtsema, P. J. J. M., Stamhuis, E. J., Joosten, G. E. H. (1986). Chemical equilibria in methanol synthesis. Chemical Engineering Science, 41 (11), 2883–2890. doi: https://doi.org/10.1016/0009-2509(86)80019-7
- Timoshin, E. S., Bobylenkov, I. A., Nazarian, M. A., Tikhov, A. V. Zavisimost konstanty ravnovesiia sinteza metanola ot temperatury i davleniia dlia realnykh gazov. Available at: https://www.himagregat-info.ru/science/stati/zavisimost-konstanty-ravnovesiya-sinteza-metanola-ot-temperatury-i-davleniya-dlya-realnykh-gazov/
- Arab, S. (2016). Développement d’un procédé de synthèse de méthanol à partir de CO2 et H2. Available at: https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01751246/document
- Pomerantcev, V. M., Redin, A. V., Tubolkin, A. F. (1998). Ravnovesie sinteza metanola pri povyshennykh davleniiakh. Khimicheskaia promyshlennost, 6, 14.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Sergii Kontsevoi, Andriy Kontsevoy, Sofiia Lyn
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
