甲醇变换工段工艺计算.docx

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甲醇变换工段工艺计算

甲醇二期变换计算

以1h为计算基准。

煤气进系统压力3.3MPa（表压），温度202℃。

1、1#废热锅炉计算

1.1物料恒算

1.1.1计算变换系统煤气的组分

进系统的水煤气202℃，查表可知此条件下的汽气比为0.9。

进变换系统的湿水煤气的总量：

69000m3

水煤气中的水含量：

VH2O=69000*（0.9/1.9）=32684m3=32684*1000/22.4mol=mol

水煤气的干气量：

V干=69000*（1/1.9）=36316m3=36316*1000/22.4/1000kmol=1621.25kmol

已知煤气中各组分的含量，计算各组分的摩尔数：

CO%=36316*43%*1000/22.4=697137mol

CO2%=36316*20%*1000/22.4=324250mol

H2%=36316*36.29%*1000/22.4=588351mol

O2%=36316*0.3%*1000/22.4=4863mol

H2S%=36316*0.29%*1000/22.4=4701mol

COS%=36316*0.031%*1000/22.4=502mol

Ar%=36316*0.09%*1000/22.4=1459mol

表1.1干基煤气的组分

组分

干基的百分含量

摩尔数/kmol

CO

43%

697.137

CO2

20%

324.25

H2

36.29%

588.351

O2

0.3%

4.863

H2S

0.29%

4.701

COS

0.031%

0.502

Ar

0.09%

1.459

总含量

100%

1621.25

表1.2湿基煤气的组分

组分

湿基的百分含量

摩尔数

/mol

CP，200

kJ/（kmol·℃）

放出的热量

/KJ

CO

22.63%

697.14

30.5

591454

CO2

10.53%

324.25

46.8

424897

H2

19.10%

588.35

29.2

481035

O2

0.16%

4.86

30.8

4191

H2S

0.15%

4.70

36.5

4803

COS

0.02%

0.50

30.5

427

Ar

0.05%

1.46

33

1349

H2O

47.37%

1459.11

54.41

2222925

总量

100.00%

3080.37

——

1.1.2计算经过废热锅炉后煤气的组分

水煤气通过废热锅炉的进口温度202℃，出口温度174℃，则：

出废热锅炉的水煤气的温度为174℃，此温度的饱和蒸汽压为900kPa（绝压），

出气液分离器之后，干水煤气中与水蒸气含量比值为：

0.9/（3.3+0.1-0.9）=0.36

水煤气中H2O蒸汽含量为：

1621.24*0.36=607.97kmol

液态水含量为：

1459.11-607.97=851.14kmol=851.14*18kg=15320.52kg≈15.32t

表1.3经过废热锅炉的湿基煤气组分

组分

湿基的百分含量

摩尔数

/mol

CP，200

kJ/（kmol·℃）

放出的热量

/KJ

CO

697.14

30.5

591454

CO2

324.25

46.8

424897

H2

588.35

29.2

481035

O2

4.86

30.8

4191

H2S

4.70

36.5

4803

COS

0.50

30.5

427

Ar

1.46

33

1349

H2O（气态）

607.97

54.41

总量

2229.23

——

1.2、热量恒算

水煤气放热量的计算

水煤气通过废热锅炉的进口温度202℃，出口温度174℃，则：

CO放出的热量：

Q1=30.5*697.14*（202-174）=591454KJ

CO2放出的热量：

Q2=46.8*324.25*（202-174）=424897KJ

H2放出的热量：

Q3=29.2*588.35*（202-174）=481035KJ

O2放出的热量：

Q4=30.8*4.86*（202-174）=4191KJ

H2S放出的热量：

Q5=36.5*4.70*（202-174）=4803KJ

COS放出的热量：

Q6=30.5*0.50*（202-174）=427KJ

Ar放出的热量：

Q7=33*1.46*（202-174）=1349KJ

H2O放出的热量：

QH2O=Ｑ8+Ｑ9+Ｑ10=

Ｑ8为H2O蒸气的冷凝热，Ｑ9为H2O蒸气冷却放出的显热，Ｑ10为液态H2O冷却放出的显热。

Ｑ8=M*△vapHm=15320*2087.1=31974372kJ

Q9=54.41*607.97*（202-174）=926230kJ

Q10=851.14*18*4.312*（202-174）=kJ

H2O放出的热量：

QH2O=Ｑ8+Ｑ9+Ｑ10=31974372+926230+=kJ

水煤气放出的总热量

Q总=Ｑ1+Ｑ2++Ｑ3+Ｑ4+Ｑ5+Ｑ6+Ｑ7+Ｑ8+Ｑ9+Ｑ10

=591454+424897+481035+4191+4803+427+1349+31974372+926230+=kJ

废锅副产蒸汽量的计算：

Q’1锅炉副产蒸汽的压力为0.5MPa（表压），查询饱和蒸汽压数据表可知，此条件下蒸汽的温度为：

158℃，汽化热为2087.1KJ/kg，在108~158℃之间，水的平均比热容为：

4.280kJ/（kg·℃）。

废热锅炉吸收的热量：

设副产蒸汽摩尔量为xKmol，则设废热锅炉排污水量按2%计算，则排污摩尔量为：

2%xKmol。

排污带走的显热：

Q’1=x*2%*18*4.280*（158-108）

脱盐水升温的显热：

Q’2=x*18*4.280*（158-108）

脱盐水汽化的潜热：

Q’3=x*18*2087.1

对废热锅炉作能量恒算：

热损失取10%：

x*2%*18*4.280*（158-108）+x*18*4.280*（158-108）+x*18*2087.1=*（1-10%）

77.04x+3852x+37568x=*（1-10%）

41494x=*（1-10%）

则副产蒸汽的摩尔数：

x=786.44Kmol

则副产蒸汽的质量：

786.44*18=14155kg=14.15t

实际蒸汽产量为：

12t/h。

2、气液分离器排水量的计算

前面已经计算出来，水煤气经过废热锅炉后，液态水含量为：

15.32t

分离器的排液量为：

15.32t

3、经过变换炉后的物料恒算

计算说明：

在CO变换反应中，主反应CO+H2O=CO2+H2反应前后分子数不变，为了简化计算过程，可以认为经过变换炉后煤气的总摩尔数不变，H2S、COS、Ar的摩尔数也不发生变化。

求参加变换反应的CO摩尔数

已知变换炉出口变换气干基的CO%=12.2%，设变换气中CO的摩尔数为xkmol，则

则x/（1621+697.14-x）=12.2%

解此方程，可以求出：

x=252kmol

即变换气中CO的摩尔量：

252kmol

根据反应方程式CO+H2O=CO2+H2计算，

参加反应的CO摩尔数：

MCO=697.14-x=697.14-252=445.14kmol，则可以计算出参加反应的H2O摩尔数：

MH2O=445.14kmol

反应产物CO2摩尔数：

MCO=445.14kmol

反应产物H2摩尔数：

MCO=445.14kmol

根据反应式，2H2+O2=2H2O，

已知半水煤气中O2的摩尔数为4.86kmol，为简化计算，认为O2全部参加反应，则可以计算出：

参加反应的H2摩尔数：

9.72kmol，

反应产物H2O的摩尔数：

9.72mol

根据以上两个反应方程式计算，可以求出：

变换气中H2O的摩尔数：

607.97-445.14+9.72=172.55kmol

变换气中CO2的摩尔数:

324.25+445.14=769.39kmol

变换气中H2的摩尔数：

588.35+445.14-9.72=1023.77kmol

表1.4变换气中的各组分

组分

湿基的百分含量

摩尔数/Kmol

C平均

（kJ/kmol·℃）

放出的热量/kJ

CO

11.33%

252

30.5

CO2

34.59%

769.39

48.2

H2

46.03%

1023.77

29.2

O2

0.00%

0

30.8

0

H2S

0.21%

4.70

36.5

32937.6

COS

0.02%

0.50

30.5

2928

Ar

0.07%

1.46

33

9250.56

H2O

7.76%

172.55

54.41

总量

100%

2175.37

——

4、变换气废热锅炉蒸汽量的计算

进口温度/℃

出口温度/℃

变换气

372

180

变换气放出的热量计算：

CO放出的热量：

Q1=30.5*252*（372-180）=KJ

CO2放出的热量：

Q2=48.2*769.39*（372-180）=424897KJ

H2放出的热量：

Q3=29.2*1023.77*（372-180）=KJ

O2放出的热量：

Q4=0

H2S放出的热量：

Q5=36.5*4.70*（372-180）=32937.6KJ

COS放出的热量：

Q6=30.5*0.50*（372-180）=32937.6KJ

Ar放出的热量：

Q7=33*1.46*（372-180）=9250.56KJ

H2O放出的热量：

Q8=54.41*172.55*（372-180）=1802582

变换气放出的总热量：

Q总=Ｑ1+Ｑ2++Ｑ3+Ｑ4+Ｑ5+Ｑ6+Ｑ7+Ｑ8=kJ

已知计算数据：

副产蒸汽规格：

1.0MPa（表压），180.2℃，汽化热2019.7kJ/kg。

脱盐水：

进口108℃，出口179.9℃，脱盐水在此温度区间的平均比热容为4.31kJ/（kg·℃）

吸收热量的计算

设副产蒸汽量为x千克，设排污量为2%

脱盐水温度升高吸收的显热：

x*（1+2%）*（179.9-108）*4.31

脱盐水汽化吸收的潜热：

x*2019.7

能量恒算：

x*（1+2%）*（179.9-108）*4.31+x*2019.7=

解方程计算出：

x=6928kg≈6.9t

即：

变换气废热锅炉副产蒸汽量为：

6.9t

实际流量计显示：

8t/h

4、经过水解脱硫槽之后的物料衡算

反应方程式为：

CS2+4H2=2H2S+CH4

MoO3+2H2S+H2=MoS3+3H2O

CoO+H2S=CoS+3H2O

为了简化计算，经过水解脱硫槽，因为反应量很小，所以认为总摩尔数不变，除COS和H2S之外的组分摩尔数不发生变化。

组分

湿基的百分含量

摩尔数/Kmol

C平均

（kJ/kmol·℃）

放出的热量/kJ

CO

11.33%

252

30.6

370137.6

CO2

34.59%

769.39

49.2

H2

46.03%

1023.77

29.1

O2

0%

0

30.8

0

H2S

0.21%

4.56

36.5

7989.12

COS

0.01%

0.25

30.5

366

Ar

0.07%

1.46

33

2312.64

H2O

7.76%

172.55

54.41

450645.4

总量

100%

2175.37

——

4、变换气冷却器循环水量的物料衡算

进口温度/℃

出口温度/℃

变换气

78

30

变换气放出的热量：

CO放出的热量：

Q1=30.6*252*（78-30）=KJ

CO2放出的热量：

Q2=49.2*324.25*（78-30）=424897KJ

H2放出的热量：

Q3=29.1*588.35*（78-30）=481035KJ

O2放出的热量：

Q4=30.8*4.86*（78-30）=4191KJ

H2S放出的热量：

Q5=36.5*4.70*（78-30）=4803KJ

COS放出的热量：

Q6=30.5*0.50*（78-30）=427KJ

Ar放出的热量：

Q7=33*1.46*（78-30）=1349KJ

H2O放出的热量：

Q8=54.41*172.55*（78-30）=1802582

总放热量：

Q总=Ｑ1+Ｑ2++Ｑ3+Ｑ4+Ｑ5+Ｑ6+Ｑ7+Ｑ8=kJ

循环水温差为8℃，所以

循环水的质量为：

m=Q总/m/

tm=/4.174/8=122138kg=122t

所以，循环水的流量为122t。

5、变换气分离器的计算

变换气分离器温度30℃，饱和蒸汽压为4.247kpa，总压为3.3MPa，则水含量为：

4.247/（3300+100）=0.12%

设水含量为xkmol，冷凝分离的水量为（172.55-x）kmol，则总变换气为2175.37-（172.55-x）=（2002+x）kmol

x/（2002+x）=0.12%

解方程可以得到：

x=2.61kmol

则冷凝水的量为：

172.55-x=172.55-2.61=169kmol=169*18=3042kg≈3.04t

即：

变换后气液分离器的分离量为：

3.04t

结论

蒸汽

1、1#废热锅炉副产蒸汽的质量：

786.44*18=14155kg=14.15t/h

实际蒸汽产量为：

12t/h。

2、2#变换气废热锅炉副产蒸汽量为：

6.9t/h

实际流量计显示：

8t/h

3、总量

总蒸汽产量：

14.15+6.9=21.05

实际流量计显示：

12+8=20t/h.

冷凝液

1、1#废热锅炉的气液分离器分离H2O量：

15.32t/h

2、变换后气液分离器分离H2O量：

3.04t/h

3、总冷凝液量：

15.32+3.04=18.36t/h.

循环水

1、循环水流量为122t/h。