年產(chǎn)量6000噸低壓法冷激式甲醇合成工段工藝流程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ） 注：括號內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（ 1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 表 合成反應(yīng)中生成物情況 生成項(xiàng) 單位 生成物組分 CH4 CH3OH （ CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 反應(yīng)（ 1） m3/h 504 反應(yīng)（ 3） m3/h 反應(yīng)（ 4） m3/h 反應(yīng)（ 5） m3/h 反應(yīng)（ 6） m3/h 反應(yīng)（ 7） m3/h 表 其他情況原料氣消耗 消耗項(xiàng) 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 粗甲醇中溶解 m3/h 擴(kuò)散的甲醇 m3/h 弛放氣 m3/h % G %G %G % G % G % G 馳放氣中甲醇 m3/h % G % G 注： G 為馳放氣的量， m3/h。 14 新鮮氣和弛放氣氣量的確定 CO 的各項(xiàng)消耗總和 = 新鮮氣中 CO 的量，即 504+2++4+8+%G+%G =+%G 同理 原料氣中其他各氣體的量 =該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表： 表 新鮮氣組成 組分 單位 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 氣量 m3/h +9.77%G + %G + %G + %G + %G + %G 新鮮氣 m3/h + 新鮮氣中惰性氣體（ N2 + Ar）百分比保持在 %，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（ N2 + Ar） =+%G，則 +=（ +%G） /% 解得 G=，即弛放氣的量為 ，由 G 可得到新鮮氣的量 由弛放氣的組成可得出下表 表 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 1 新鮮氣組成 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % % 氣量 m3/h 循環(huán)氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8 式中： G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ； 15 G5 主反應(yīng)生成氣量； G6 副反應(yīng)生成氣量； G7 主反應(yīng)消耗氣量； G8 副反應(yīng)消耗氣量； G5= 504++%= m3/h G6= 2+2+4+9+2= m3/h G7=5043+++%3= m3/h G8=6+4+12+25+2= m3/h 已知出塔氣中甲醇含量為 %，則 （ G4%+%++） / G1= 解得 G4= 表 1循環(huán)氣組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量m3/h 循環(huán)比， CO 及 CO2 單程轉(zhuǎn)化率的確定 循環(huán)比 R= G4/G 3 =CO 單程轉(zhuǎn)化率： (+)= 即 % CO2 單程轉(zhuǎn)化率： (+)= 即 % 入塔氣和出塔氣組成 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8=G2= G3+G4 =(G2 為入塔氣氣量 ) 表 1 入塔氣組成 G2= 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 體積m3/h 摩爾量 kmol/h 16 表 1 出塔氣組成 G1= 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 組成 % % % % % % 體積 m3/h 摩爾量kmol/h 氣體 CH4 （ CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 組成 % % % % % 體積 m3/h 摩爾量kmol/h 計(jì)算過程 : 入塔氣 CO=循環(huán)氣中 CO+新鮮氣中 CO 即 += m3/h 同理可得其他氣體氣量 。 出塔氣中 CO=入塔氣中 CO－反應(yīng)消耗的 CO+反應(yīng)中生成的 CO 即 － － － － － －%+= m3/h 。 同理可得其它氣體量 甲醇分離器出口氣體組成的確定 分離器出口氣體組分 =循環(huán)氣氣體組分 +弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中 CO氣量 =循環(huán)氣中 CO+弛放氣中 CO=+=；同理可算的其他氣體的氣量。 表 1分離器出口氣體組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 體積 17 m3/h 摩爾量kmol/h 能量衡算 煤發(fā)電量 每噸煤發(fā)電 1200 1200=（ ） /h 合成工段 合成塔的熱平衡計(jì)算 （ 1）計(jì)算公式 全塔熱平衡方程式為： ∑Q1 + ∑Qr = ∑Q2 + ∑Q3+ Q （ 1） 式中： Q1——入塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Qr ——合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Q2 —— 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Q3 ——合成塔熱損失， kJ/h； Q——沸騰水吸收熱量， kJ/h。 ∑Q1=∑（ G1Cm1Tm1） （ 2） 式中： G1——入塔氣各組分流量， m3/h； Cm1 ——入塔各組分的比熱容， kJ/（ ）； Tm1——入塔氣體溫度， k； ∑Q2=∑（ G2Cm2Tm2） （ 3） 式中： G2——出塔氣各組分流量 m3/h； Cm2 ——出塔各組分的熱容， kJ/（ ）； Tm2—— 出塔氣體溫度， k； ∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6+ Qr7 （ 4） 式中： Qr Qr2 、 Qr Qr Qr5 、 Qr ——分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱， kJ/h； Qr7——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h Qr=Gr△ H （ 5） 式中： Gr——各組分生成量， kmol/h； 18 △ H——生成反應(yīng)的熱量變化， kJ/mol （ 2）入塔熱量計(jì)算 通過計(jì)算可以得到 ， 225℃ 時各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表： 表 1 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量kJ/（ ） 入塔熱量合計(jì)為 kJ/（ ） 所以 ∑Q1== KJ/h （ 3）塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算 忽略甲醇合成塔中的反應(yīng) (2)生成的熱量，按反應(yīng) (1) (3) (4) (5) (6) (7)生成的熱量如下表 : 表 1 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH C8H18 CH4 CO 生成熱kJ/mol － 生成量kmol /h 反應(yīng)熱kJ/h 反應(yīng)熱合計(jì) = kJ/h （ 4） 塔出口氣體總熱量計(jì)算 表 1 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ） 19 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 氣體 CH4 （ CH3） 2O C4H9OH C18H18 H2O 合計(jì) 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 出塔氣體溫度 255℃ 即 Q2==（ 5）全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為 4%,即 Q3=(∑Q1 + ∑Qr)4%=(+) 4%= kJ/h （ 6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式 (1)可得 Q=∑Q1 + ∑Qr － ∑ Q2 － ∑Q3= 入塔氣換熱器的熱量計(jì)算 （ 1） 入換熱器的被加熱氣體熱量的確定 表 1入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ ） 合計(jì)：入換熱器的被加熱氣體熱量為 （ ），入口溫度為 40℃ ， = kJ/h 20 （ 2）出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱 =入合成塔氣體的顯熱，即 KJ/h （ 3）入換熱器的熱氣體熱量的確定 入換熱器的加熱氣體顯熱 =出合成塔氣體的顯熱，即 （ 4）出換熱器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量 =出換熱器的被加熱氣體顯熱－入換熱器的被加熱氣體顯熱 == KJ/h ，所以 出換熱器的加熱氣體顯熱量 =入換熱器的加熱氣體顯熱－被加熱氣體吸收的熱量=－ = KJ/h （ 5） 出換熱器的加熱氣體的溫 度的確定 假設(shè)出換熱器的加熱氣體各組分熱容與出塔時相同，則出口溫度為 ℃ 水冷器熱量的計(jì)算 （ 1）水冷器熱平衡方程 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 式中： Q1——入換熱器氣體顯熱， KJ/h； Q2——?dú)怏w冷凝放熱， KJ/h； Q3——出水冷器氣體顯熱， KJ/h； Q4——粗甲醇液體顯熱， KJ/h； Q5——冷卻水吸熱， KJ/h。 （ 2）水冷器入口氣體顯熱的確定 水冷器入口氣體的顯熱 =入塔氣換熱器出口加 熱氣體的顯熱，即 KJ/h （ 3）水冷器出口氣體顯熱的確定 表 1水冷器出口氣體各組分熱容和熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ ） 合計(jì)：水冷器出口氣體顯熱 （ ）；出口溫度 40℃ ， 出口氣體顯熱 == KJ/h 21 （ 4） 出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定 表 粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容 組分 （ CH3） 2O C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 氣化熱KJ/kg 液體比熱容KJ/(kg.