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研究生:林俊達
研究生(外文):Jyun Da Lin
論文名稱:由天然氣生成二甲基醚之反應與分離系統動態模擬
論文名稱(外文):Dynamic Simulation of Reaction and Separation Systems for the Production of Dimethyl Ether from Natural Gas
指導教授:王國彬
指導教授(外文):G. B. Wang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:72
中文關鍵詞:二甲基醚天然氣穩態模擬最適化整廠控制
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以天然氣生成二甲基醚(DME)為90年代開始發展的新製程,是由天然氣生產液體產品的技術。它之所以受重視,乃因環保的推動、考慮能源安全與充分利用,並可促使國際能源多元化,目前此生產製程已逐漸趨於成熟,現今主要運用者為南非的Sasol公司。
本研究首先將天然氣生成DME之製程分為前段與後段,前段製程將研討文獻中所提之各種反應系統之優劣,並應用商業製程設計模擬器來分析穩態模擬結果,使其結果與文獻一致;再配合後段製程所需之進料,探討前段反應系統之最適化進料條件;接著參考陳宥亘(2008)所提出後段反應之最適化條件,進而建立二甲基醚製程之穩態模式。接著探討加入分離與迴流單元後之DME製程整廠控制系統設計,有效分析各環路間之交互作用並調諧合宜之PI控制器參數,由設定點及擾動變化操控模擬結果,可得到不錯之平穩控制成效。
The production of dimethyl ether (DME) from natural gas is a new process from the 90s. It is one of the technologies for producing liquid products from natural gas. It is certain to carry weight, because it is promoted by environmental protection, considered the safe and sufficient use of energy. It can globally impel energy pluralism. Now this process is already more and more mature and mainly used by Sasol Co. in South Africa.
The production of DME from natural gas can be divided by two reaction processes. The first reaction is production of syngas by natural gas and the second is production of DME from syngas. In this study, the kinetics of the first reaction process shown in the literature are first studied. The optimal feed conditions are then determined by the commercial process design simulator. According to the optimal operation conditions of the second reaction process provided by Chen(2008), the steady-state process flow diagram of this DME process can be obtained. After combining the separation and recycle units, the control loop interactions are analyzed and suitable PI controller parameters are tuned for the overall DME process. Finally, the simulation results for setpoint tracking and disturbance rejection demonstrate the effective performance of the proposed control system design for the production of DME from natural gas.
目錄
摘要………………………………………………………………............I
Abstract…………………………………………………………………II
目錄.……………………………………………………………………III
附圖目錄………………………………………………………………..IV
附表目錄………………………………………………………………...V
第一章 緒論…………………………………………………………...1
1.1 前言…………………….…………………………………...……..1
1.2 文獻回顧……………………………………..……………………2
1.3 亞洲天然氣供需趨勢分析………………………………..………8
1.4 研究背景與動機…………………………………………….……11
1.5 組織章節………………………………….………………………15
第二章 ATR反應系統與反應條件之最適化………………………16
2.1 前言………………………………………………………………16
2.2 SRM反應系統之穩態模擬……………………………….……..16
2.3 ATR反應系統之穩態模擬………………………………………19
2.4 以不同進料條件在ATR反應系統下之穩態模擬………….…..23
2.5 ATR系統下探討反應器進料條件之最適化……………………25
第三章 以天然氣生產DME之整廠穩態模擬……………………..30
3.1 前言………………………………………………………....……30
3.2 以天然氣生產DME之熱力學模式校正與分析…………….…30
3.3 以天然氣生產DME之反應系統穩態模擬……………….……32
3.4 以天然氣生產DME之整廠穩態設計…………………….……34
3.5 DME製程之熱交換網路設計…………………………………..39
第四章 以天然氣生產DME之整廠動態操控模擬………….……40
4.1 前言………………………………………………………………40
4.2 天然氣生產DME動態製程之環路設計概念………………….40
4.3 天然氣生產DME動態製程之開環測試………………….……45
4.4 天然氣生產DME動態製程之環路交互作用分析…………….51
4.5 天然氣生產DME動態製程之設定點與擾動變化…………….53
第五章 結論與未來方向…………………………………………..…56
符號說明………………………………………………………………..58
參考文獻……………………………………………………………..…60

附圖目錄
圖1-1 二甲基醚(DME)多重來源與多重應用(Ohno,2007)………………………2
圖2-1 SRM系統下採用絕熱固定床反應器之溫度分布………………………...19
圖2-2 ATR系統下採用絕熱固定床反應器之溫度分布…………………………22
圖2-3 進料條件為S/C=6及O/C=0.45之反應器內部濃度分布…………………24
圖2-4 進料條件S/C=6及O/C=0.45之反應器內部溫度分布…………………..24
圖2-5 探討不同的S/C進料比例對產物H2/CO比例的影響……………………25
圖2-6 S/C比例對H2/CO比例和甲烷轉化率的影響……………………………26
圖2-7 S/C=0.04及O/C=0.5之進料溫度對甲烷轉化率的影響…………………27
圖2-8 S/C=0.04及O/C=0.5之進料溫度對O2流量的影響………………………27
圖2-9 S/C=0.04及O/C=0.5之進料壓力對剩餘O2流量的影響…………………29
圖2-10 S/C=0.04、T=900 K及P=1.4 bar之O/C流量比影響效應………….……29
圖3-1 使用NRTL回歸各成分P-XY相圖(Chen,2005) …………………………32
圖3-2 洋蔥型模式示意圖(Smith,1995) ………………………………….………33
圖3-3 以天然氣生產DME之反應系統穩態流程圖…………………………..…34
圖3-4 以天然氣生產DME之整廠流程圖………………………………………..35
圖4-1 以天然氣生產DME之整廠動態操控系統………………………………..42
圖4-2 天然氣生產DME製程第一支蒸餾塔不同板層的溫度分布…………..…44
圖4-3 天然氣生產DME製程第二支蒸餾塔不同板層的溫度分布…………..…44
圖4-4 天然氣生產DME動態架構之TC1開環測試結果………………………..47
圖4-5 天然氣生產DME動態架構之TC2開環測試結果……………….……….47
圖4-6 天然氣生產DME動態架構之PC1開環測試結果………………………..48
圖4-7 天然氣生產DME動態架構之PC2開環測試結果………………………..48
圖4-8 天然氣生產DME動態架構之PC3開環測試結果………………………..49
圖4-9 天然氣生產DME動態架構之PC4開環測試結果………………………..49
圖4-10 天然氣生產DME動態架構之PC5開環測試結果………...…………….50
圖4-11 天然氣生產DME製程進料流量設定點變化之操控結果………………54
圖4-12 天然氣生產DME製程冷卻水溫度擾動變化之操控結果………………55









附表目錄
表1-1 天然氣成分…………………………………………………………………..3
表1-2 甲烷重組生成合成氣之反應式(Halabi等人,2008) ………………………3
表1-3 合成氣生成甲醇之反應動力式 (陳宥亘,2008) ………………………….6
表1-4 甲醇生成二甲基醚(DME)之反應動力式(陳宥亘,2008) ………………...7
表1-5 亞洲各國天然氣供給概況(IEA,Natural Gas Information,2003) ……….9
表1-6 台灣液化天然氣現有合約…………………………………………………10
表1-7 國際能源價格波動趨勢(經濟部能源局,2008) …………………….……10
表1-8 二甲醚(DME)與柴油物性比較 (賴適存,2003) ………………………...12
表2-1 SRM反應動力式(De Smet等人,2001) …………………………….…….17
表2-2 SRM反應平衡常數與阿瑞尼士參數(De Smet等人,2001)…………….17
表2-3 SRM反應平衡常數與凡特赫夫參數(De Smet等人,2001)…………….18
表2-4 採用絕熱固定床反應器之SRM穩態模擬結果…………………………..19
表2-5 甲烷重組生成合成氣之反應動力式(Halabi等人,2008) ……………….…20
表2-6 POX反應平衡常數與阿瑞尼士參數(Armor, 2005)………………………21
表2-7 採用絕熱固定床反應器之ATR穩態模擬結果……………………………22
表2-8 反應器進料條件與反應器尺寸(Halabi等人,2008) ……………………...24
表3-1 對NRTL進行回歸之熱力學參數………………………………………….31
表3-2 以天然氣生產DME之穩態模擬結果……………………………………..34
表3-3 蒸餾塔D1之穩態模擬結果……………………………………………..…38
表3-4 蒸餾塔D2之穩態模擬結果……………………………………………..…38
表3-5 DME製程中冷凝器及加熱器所需能量模擬結果………………………...39
表4-1 DME動態製程模擬之流量與液位控制器參數(Luyben, 2004)……….….45
表4-2 天然氣生產DME動態製程之溫度與壓力控制器參數………………….46
表4-3 七個操作變數對七個受控變數應答結果之程序增益值…………………52
表4-4 七個操作變數對七個受控變數之RGA分析結果………………………...52
Armor, J. N., “Catalysis and the Hydrogen Economy,” Catal. Letter, 101, 131–135 (2005).

Bristol, E., “On a New Measure of Interaction for Multivariable Process Control,” IEEE Trans. Auto. Control, AC-11, 133-134 (1966).

Bercic, G., and Levec, J., “Intrinsic and Global Reaction Rate of Methanol Dehydration over γ-Al2O3 Pellets,” Ind. Eng. Chem. Res., 31, 1035-1040 (1992).

Bussche, K. M. V., and Froment, G. F., “A Steady-State Kinetic Model for Methanol Synthesis and the Water Gas Shift Reaction on a Commercial Cu/ZnO/ Al2O3 Catalyst,” Journal of Catalysis, 161, 1-10 (1996).

Crookes, R. J., and Bob-Manuel, K. D. H., “RME or DME: A Preferred Alternative Fuel Option for Future Diesel Engine Operation, ” Energy Conversion and Management 48, 2971–2977 (2007).

Chen, J., “Phase Equilibrium Calculation for Binary Systems with Dimethyl Ether and the Effects on Its Separation Process,” Sinopec Lanzhou, 730060 (2005).

De Smet, C. R. H., De Croon, M. H. J. M., Berger, R. J., Marin, G. B., and Schouten, J. C., “Design of Adiabatic Fixed-Bed Reactors for the Partial Oxidation of Methane to Synthesis Gas. Application to Production of Methanol and Hydrogen for Fuel Cells,” Chemical Engineering Science, 56, 4849-4861 (2001).

Halabi, M. H., De Croon, M. H. J. M., Van Der Schaaf, J., Cobden, P. D., and Schouten, J. C., “Modeling and Analysis of Autothermal Reforming of Methane to Hydrogen in a Fixed Bed Reformer,” Chemical Engineering Journal, 137, 568-578 (2008).

Luyben, W. L., “Use of Dynamic Simulation to Converge Complex Process Flowsheets,” Chemical Engineering Education, 142-149 (2004).

Mleczko, L., and Baerns, M., “Catalytic Oxidative Coupling of Methane—Reaction Engineering Aspects and Process Schemes,” Fuel Process Technology, 42, 217–248 (1995).

Ohno, Y., Inoue, N. T., Ogawa, M., Shikada, T., and Hayashi, H., “Slurry Phase Synthesis and Utilization of Dimethyl Ether,” NKK Technical Review, 85, 23-28 (2001).

Ohno, Y., “New Clean Fuel DME,” Global Methanol & MTBE Conference DeWitt (2007).

Smith, R., “Chemical Process Design,” McGraw-Hill, NY (1995).

Xu, J., and Froment, G. F., “Methane Steam Reforming Methanation and Water–Gas Shift: I. Intrinsic Kinetics,” AIChE. J, 35, 88–96 (1989).

Xiu, G., and Rodrigues, P. Li. A., “Sorption Enhanced Reaction Process with Reactive Regeneration,” Chemical Engineering Science, 57, 3893-3908 (2002).

陳宥亘,由合成氣製造二甲基醚(DME)之穩態及動態模式建立,長庚大學化工與材料工程研究所碩士論文,桃園,台灣(2008)。

賴適存,“21 世紀新清潔能源DME 二甲基醚”,瓦斯季刊,74-80
(2003)。
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