W artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznej procesu syntezy metanolu z gazu syntezowego na katalizatorze Cu/ZnO/Al2O3 w reaktorze mikropłytowym. Zaprezentowano opis modelowy wymiany ciepła oraz masy syntezy metanolu w dwufazowym układzie gaz-ciało stałe z wykorzystaniem pseudojednorodnych modeli dyspersji. Do symulacji wykorzystano oprogramowanie COMSOL Multiphysics. Określono stopień konwersji CO oraz dezaktywacji katalizatora. Weryfikację wyników przeprowadzono w oparciu o prace literaturowe. Abstract. This paper presents results of numerical simulation of the synthesis of methanol from syngas in plate microreactor over a catalyst Cu/ZnO/Al2O3. It presents a description of a model of heat transfer and mass of the methanol synthesis in a two phase gas-solid using pseudohomogeneus dispersion models. The simulation used the software COMSOL Multiphysics. The conversion of CO and catalyst deactivation was described. Verification of the results was based on the works of literature.(Modeling of the methanol synthesis in plate microreactor). Słowa kluczowe: mikroreaktory, synteza metanolu, technologia krzemowa. Keywords: microreactors, methanol synthesis, silicon technology. Wstęp Wielkoprzemysłowe technologie syntezy metanolu (Lurgi, ICI) w tym instalacje sprężania i recyklu gazu syntezowego wykazują szereg wad: wysokie koszty operacyjne, energochłonność, duża ilość powstających produktów ubocznych czy kwestia bezpieczeństwa prowadzonego procesu [1]. Powoduje to poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych sprawnych energetycznie instalacji, które pozwolą na optymalne wykorzystanie rezerw gazu ziemnego przy niskich kosztach inwestycyjnych wraz z małym oddziaływaniem procesu na środowisko [2]. W ostatnich latach rozwiązaniem związanych z tym problemów stanowią technologie mikroreaktorowe. W porównaniu z tradycyjnymi reaktorami, mikroreaktory są znacznie mniejsze, wydają szybszą odpowiedź, bardziej elastyczne, tańsze i redukują[...]

  Synthesis of MeOH by hydrogenation of CO2 at varying temp., pressure and syngas compn. was numerically simulated by using Vanden Bussche & Froment kinetic model. Thermodynamic calcns. of equil. concns. of MeOH and CO were carried out. Przeprowadzono obliczenia termodynamiczne syntezy metanolu w wyniku uwodornienia CO2 w różnych warunkach procesowych. Określono wydajność równowagową syntezy metanolu i tlenku węgla(II). W obliczeniach uwzględniono reakcję konwersji gazu wodnego WGSR (water gas shift reaction). Wyniki obliczeń wskazują na znaczący wpływ parametrów procesowych: temperatury, ciśnienia oraz składu mieszaniny wejściowej na równowagową wydajność syntezy metanolu i tlenku węgla(II). Przeprowadzono obliczenia numeryczne syntezy metanolu w homogenicznym reaktorze rurowym z wykorzystaniem modelu kinetycznego Vanden Bussche'a i Fromenta. Metanol w światowym przemyśle chemicznym stosowany jest głównie do produkcji formaldehydu, kwasu octowego, estrów metylowych kwasów tłuszczowych, eteru metylowo-tertbutylowego (MTBE) i dimetylowego (DME). Światowe zapotrzebowanie na metanol wynosi ok. 50 mln t/r1). Stosowany jest również jako nośnik wodoru w ogniwach paliwowych oraz jako paliwo w przemyśle motoryzacyjnym w komponowaniu (blendingu) benzyn. Metanol poprzez transestryfikację triglicerydów używany jest do produkcji biodiesla w celu ograniczenia emisji tzw. "gazów cieplarnianych"2). W USA ok. 30 tys. a w Chinach ok. 50 tys. samochodów (2008 r.)3) jest zasilanych paliwem M-85 (85% obj. metanolu i 15% obj. węglowodorów). Chociaż M-85 znacznie trudniej ulega zapłonowi niż benzyna z powodu wysokiej temperatury zapłonu to emituje znacznie mniej zanieczyszczeń (o ok. 50% zmniejsza emisję acetaldehydu, benzenu i 1,3 butadienu). Ponadto opary metanolu nie są tak łatwopalne, jak opary benzyny i wymagają cztery razy większego stężenia w powietrzu aby ulec zapłonowi4) . Proces uwodornienia ditlenku węgla do metanolu w ostatnic[...]

  MeOH synthesis by conversion of syngas on suspended CuO/ZnO/Al2O3 catalyst was modelled to est. the process balances and kinetics and to optimize the process conditions and its energy efficiency. The Klier and Šetinc-Levec kinetic models were used for numerical calcns. Sporządzono numeryczny model wytwórni metanolu z gazu syntezowego. Przeanalizowano wariant oczyszczania gazu syntezowego ze składników kwaśnych w celu dostosowania jego wymagań jakościowych do syntezy metanolu. Omówiono aspekty technologiczne wytwórni dotyczące ograniczeń procesowych. Na podstawie sporządzonych bilansów masowo- -energetycznych określono sprawność całego procesu wraz ze zużyciem energii elektrycznej. Wykonano obliczenia numeryczne nad syntezą metanolu z wykorzystaniem modeli kinetycznych Kliera oraz Šetinca i Leveca. Przeprowadzone analizy procesowe stanowią dane wejściowe zarówno w badaniach nad optymalizacją procesu, jak i przy obliczeniach związanych z projektem instalacji technologicznej. Metanol w przemyśle chemicznym służy głównie do produkcji formaldehydu, kwasu octowego, estrów metylowych kwasów tłuszczowych, eteru metylowo-tert-butylowego czy dimetylowego. Może być również używany jako nośnik wodoru oraz jako paliwo w przemyśle motoryzacyjnym1). Światowe zapotrzebowanie na metanol wynosi ok. 50 mln t/r i rośnie w tempie 3-7% rocznie2). Największe na świecie zdolności produkcyjne (2,5 mln t/r) mają wytwórnie "megametanolowe" wybudowane w Trinidadzie i Tobago. Zdolności produkcyjne wzrastają średnio o 4-6% rocznie, zgodnie z zapotrzebowaniem rynku. Metanol jest wytwarzany z gazu syntezowego, który może być otrzymywany w wyniku zarówno parowego reformingu metanu, jak i zgazowania węgla lub biomasy3). Efektywna synteza metanolu z gazu syntezowego pochodzącego ze zgazowania węgla znacznie poprawia bezpieczeństwo dostaw energii oraz stanowi jedną z dróg rozwoju utylizacji i zagospodarowania ditlenku węgla4, 5). W Głównym Instytucie Górn[...]

  Three-dimensional computational fluid dynamics numerical model was used for modeling the MeOH synthesis in a 3-phase slurry reactor on CuO/ZnO catalyst slurry in paraffin oil. The syngas hydrodynamics and hold-up, conc. profile and velocity field of slurry in the reactor were detd. For balancing the syngas bubble flow, the population balance model was used. Gas bubble size distribution was based on Sauter diam. value. Numerical calcns. for modelling the MeOH synthesis were performed by using Šetinc-Levec kinetic model with heat removal option through a cooler. Sporządzono trójwymiarowy model numeryczny CFD (computational fluid dynamics) syntezy metanolu w trójfazowym reaktorze zawiesinowym. Przeprowadzono badania nad hydrodynamiką zawiesiny katalizatora CuO/ZnO w oleju parafinowym. Określono stopień zatrzymania gazu syntezowego, profile stężenia oraz pola prędkości zawiesiny w reaktorze. Zastosowano model bilansu populacji dla przepływających pęcherzy gazu syntezowego. Wyznaczono rozkłady wielkości pęcherzy gazowych w oparciu o wartość średnicy Sautera. Przeprowadzono obliczenia numeryczne syntezy metanolu z wykorzystaniem modelu kinetycznego Šetinca i Leveca z odbiorem ciepła reakcji przez chłodnicę reaktora. Reaktory barbotażowo-zawiesinowe SBCR (slurry bubble column reactor) znajdują zastosowanie w biologicznych oczyszczalniach ścieków, procesach fermentacji, odsiarczaniu spalin, w hydrorafinacji ciężkich pozostałości naftowych, reakcji syntezy metanolu oraz Fischera i Tropscha2-4). W porównaniu z tradycyjnymi reaktorami rurowymi ze stałym złożem katalizatora do głównych zalet reaktorów barbotażowo- -zawiesinowych należy możliwość uzyskania dużego stężenia zawiesiny, dużych szybkość międzyfazowego transferu masy przy małym poborze energii oraz wysoka selektywność reakcji syntezy metanolu z gazu syntezowego5). Duża pojemność cieplna zawiesiny umożliwia efektywny odbiór ciepła, zapewniając stabilne izotermiczne środowis[...]

  Flow characteristics of a stack-type microreactor with cylindrical and rectangular pillars were detd. by numerical simulation. In particular, impact of reactor fulfillment on velocity, pressure drop and av. residence time distribution was taken into consideration. A gas mixt. with compn. corresponding to the stoichiometry of MeOH prodn. by conversion of synthesis gas was used in numerical calcns. carried out by using a com. computational fluid dynamics software. The effect of filling shape on parameters of the gas mixt. in the reaction zone of microplaster was evaluated. Przedstawiono porównanie podstawowych charakterystyk przepływowych mikroreaktorów typu plastrowego o wybranym kształcie wypełnienia (cylindrycznym i prostopadłościennym). Określono wpływ wypełnienia reaktora na rozkład prędkości przepływu, spadki ciśnień i średnie czasy przebywania. Modelowano przepływ mieszaniny gazowej zawierającej 0,65% mol. H2, 0,25% CO, 0,05% CO2 i 0,05 N2, (stechiometria reakcji otrzymywania metanolu z gazu syntezowego). Przeprowadzono obliczenia numeryczne przepływów, wykorzystując oprogramowanie ANSYS Fluent 12.1. Określono wpływ kształtu wypełnienia na wybrane parametry mieszaniny gazowej w obszarze reakcyjnym mikroplastra.W trakcie opracowywania technologii procesu syntezy metanolu istotne są takie parametry, jak dobór odpowiedniego katalizatora, ustalenie optymalnych warunków procesu i fizyko-chemicznych właściwości mieszaniny, określenie optymalnego sposobu rozdziału gazów i wypełnienie obszaru reakcyjnego. Ponadto ważna jest optymalizacja kosztowo-ekonomiczna jej funkcjonowania w danych warunkach. Poprawne zaprojektowanie instalacji zapewnia wysoką wydajność oraz selektywność reakcji, redukcję kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych oraz zmniejszenie negatywnego oddziaływania procesu na środowisko. [...]