关键词:
安全性分析
CH4-CO2重整
HAZOP分析
工艺设计
稳态模拟
摘要:
CO2作为温室效应的重要影响因素能成为热化学能源转化的原料,既减轻了现代生产生活排放的CO2对环境温度升高的影响,同时,又能与甲烷反应产生的氢气和一氧化碳用作其他生产过程的原料,如费托合成、合成氨反应等。由此可见,保证甲烷-二氧化碳重整系统安全地生产具有重要意义,也是未来重要的研究方向。本文利用过程模拟对危险与可操作性分析(Hazard and Operability,HAZOP)方法进行改进,通过该方法对甲烷-二氧化碳重整反应系统进行危险性分析,划分节点分析偏离单元,依据经验假定原因与结果,分析工艺流程的危险性,依靠软件地帮助,稳态与动态相结合,定量地对传统分析方法进行改进。针对化工流程的危险性,基于HAZOP对其进行分析,将流程分为两个节点,对节点中存在的风险定性分析其造成偏差的原因和后果,依据制定好的风险矩阵对催化重整装置进行风险分级。通过HAZOP分析表得到,较高风险中,仪表和设备故障是造成工艺参数产生偏差的主要原因,引起较严重后果的原因为设备泄漏、干烧等。分析出催化重整装置的主要有害物料为甲烷、氢气和一氧化碳。根据危险度和HAZOP分析综合的结果,重整反应器和加热炉及其相关组件需要重点关注。依据Aspen Plus静态模拟过程,分析出反应温度的变化对甲烷-二氧化碳反应过程的影响最大,随着温度的增加,甲烷和二氧化碳的转化率提高;在1130K时,甲烷和二氧化碳转化率的上升趋势逐渐平缓,基于此,最佳反应条件应为101.325k Pa,进料比为1:1,温度1130K。在此条件下,对反应进行静态模拟和动态模拟,利用静态模拟的灵敏度分析和动态仿真引起的响应结果,结合HAZOP方法对工艺流程安全性分析。通过改变系统中控制的阈值或参数,向HAZOP中引入量化偏差。根据后果的不同对偏差实现了量化分析得出结论:为保证反应达到较大转化率,应该将反应温度的下限设为850℃,将反应器的压力上限设定为200 k Pa。通过引入的量化分析,更好的对设备和流程进行危险性评估,为日后的HAZOP分析和提出措施建议提供依据。本文基于过程模拟对HAZOP分析方法进行了优化改进,通过改进的方法对甲烷-二氧化碳重整系统进行危险性分析,为工业化生产的安全提供了指导和参考依据,并且对安全性量化分析与化工过程的工艺设计的结合研究具有一定的指导意义。