Влияние кинетических моделей на предсказания реактора синтеза метанола: In Silico оценка и сравнение с промышленными данными
В статье сравниваются различные кинетические модели для реакторов синтеза метанола с использованием Aspen HYSYS V11. Результаты верифицированы на основе данных заводов Lurgi, MegaMethanol и ICI. In silico эксперименты показали, что refitted Graaf model обеспечивает наиболее точное прогнозирование выходов продукта.
Влияние кинетических моделей на предсказания реактора синтеза метанола: In Silico оценка и сравнение с промышленными данными
Синтез метанола является ключевым элементом технологий CCUS (улавливание и утилизация углерода) [cite: 12, 13]. Реактор — важнейший аппарат, и для его концептуального проектирования критически важна правильная кинетика [cite: 11]. Цель состояла в сравнении различных кинетических моделей для реакторов синтеза метанола и их верификации на основе реальных данных заводов Lurgi, MegaMethanol и ICI (ныне Johnson Matthey), которые занимают 87% доли рынка [cite: 3].
Используемый софт/версия
Исключительно промышленный симулятор процессов Aspen HYSYS V11 [cite: 3]. Исследователи отметили, что для решения этой задачи не потребовались внешние языки программирования или плагины — встроенных инструментов HYSYS достаточно для сложного реакторного моделирования [cite: 3].
Методы и термодинамика
В качестве реактора использовался блок идеального вытеснения (Plug Flow Reactor, PFR). Для обеспечения высокой точности решения дифференциальных уравнений по длине реактора была применена дискретизация интегрального домена: продольная ось реактора была разбита на 100 узлов дискретизации (discretization points) [cite: 3]. Для описания термодинамических свойств неидеальной смеси (влажный синтез-газ и метанол) было выбрано уравнение состояния Soave-Redlich-Kwong (SRK), что подтверждает выводы из предыдущего кейса [cite: 3].
Валидация и результат
Проведено строгое сравнение трех признанных кинетических моделей: оригинальной модели Граафа (Graaf), модели Ванден Бюссе-Фромента (Vanden Bussche-Froment) и "перенастроенной" (refitted) модели Граафа. In silico эксперименты в HYSYS показали, что именно refitted Graaf model обеспечивает наиболее точное прогнозирование выходов продукта для современных конфигураций петель синтеза метанола. Моделирование в HYSYS позволило также рассчитать материальный и тепловой балансы без проблем со сходимостью [cite: 3, 12, 13].
Источник
Теги
- #AspenHYSYS
- #ReactorModeling
- #Methanol
- #Kinetics
- #PFR