甲醇变换工段工艺计算.docx

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=1459107mol水煤气的干气量：V干=69000*(1/1.9)= 36316 m3=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 = 697137molCO2% = 36316*20%*1000/22.4 = 324250molH2% = 36316*36.29%*1000/22.4 = 588351 molO2% = 36316*0.3%*1000/22.4 = 4863 molH2S% = 36316*0.29%*1000/22.4 = 4701 molCOS% = 36316*0.031%*1000/22.4 =502 molAr% = 36316*0.09%*1000/22.4 = 1459 mol表1.1 干基煤气的组分组分干基的百分含量摩尔数/kmolCO43%697.137CO220%324.25H236.29%588.351O20.3%4.863H2S0.29%4.701COS0.031%0.502Ar0.09%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 /molCP，200kJ/(kmol)放出的热量/KJCO22.63%697.14 30.5591454 CO210.53%324.25 46.8424897 H219.10%588.35 29.2481035 O20.16%4.86 30.84191 H2S0.15%4.70 36.54803 COS0.02%0.50 30.5427 Ar0.05%1.46 331349 H2O47.37%1459.11 54.412222925 总量100.00%3080.37 37310811.1.2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=15320.52kg15.32t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 /molCP，200kJ/(kmol)放出的热量/KJCO697.14 30.5591454 CO2324.25 46.8424897 H2588.35 29.2481035 O24.86 30.84191 H2S4.70 36.54803 COS0.50 30.5427 Ar1.46 331349 H2O（气态）607.97 54.4134750340总量2229.23 362584961.2、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）= 591454KJCO2放出的热量： Q2=46.8 * 324.25 *（202-174）= 424897KJH2放出的热量： Q3=29.2* 588.35 *（202-174）= 481035KJO2放出的热量： Q4=30.8* 4.86*（202-174）= 4191KJH2S放出的热量： Q5= 36.5* 4.70*（202-174）= 4803KJCOS放出的热量：Q6= 30.5* 0.50 *（202-174）= 427KJAr放出的热量： Q7= 33* 1.46 *（202-174）= 1349KJH2O放出的热量： QH2O= 8+9+10=8为H2O蒸气的冷凝热，9为H2O蒸气冷却放出的显热，10为液态H2O冷却放出的显热。8=M*vapHm =15320*2087.1=31974372kJQ9= 54.41*607.97*（202-174）= 926230kJQ10= 851.14*18*4.312*（202-174）= 1849738kJH2O放出的热量： QH2O= 8+9+10= 31974372+ 926230+ 1849738=34750340kJ水煤气放出的总热量Q总=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10=591454+424897+ 481035+4191+4803+ 427+1349+ 31974372+ 926230+ 1849738= 36258496kJ废锅副产蒸汽量的计算：Q1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108158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：Q1 = x*2% *18 * 4.280*（158-108）脱盐水升温的显热：Q2= x*18*4.280*（158-108）脱盐水汽化的潜热：Q3 =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 = 36258496*（1-10%）77.04 x+3852x+37568x= 36258496*（1-10%）41494x=36258496*（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：15.32t3、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=445.14 kmol，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=172.55 kmol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=1023.77 kmol表1.4 变换气中的各组分组分湿基的百分含量摩尔数/KmolC平均（kJ/kmol）放出的热量/kJCO11.33%252 30.51475712CO234.59%769.3948.27120243H246.03%1023.7729.25739664O20.00%030.80H2S0.21%4.70 36.532937.6COS0.02%0.50 30.52928Ar0.07%1.46339250.56H2O7.76%172.55 54.411802582总量100%2175.37161833174、变换气废热锅炉蒸汽量的计算进口温度/出口温度/变换气372180变换气放出的热量计算：CO放出的热量： Q1=30.5*252*（372-180）= 1475712KJCO2放出的热量： Q2=48.2 *769.39 *（372-180）= 424897KJH2放出的热量： Q3=29.2* 1023.77 *（372-180）=5739664KJO2放出的热量： Q4=0H2S放出的热量： Q5= 36.5* 4.70*（372-180）= 32937.6KJCOS放出的热量：Q6= 30.5* 0.50 *（372-180）= 32937.6KJAr放出的热量： Q7= 33* 1.46 *（372-180）=9250.56KJH2O放出的热量： Q8= 54.41*172.55*（372-180）= 1802582变换气放出的总热量：Q总=1+2+3+4+5+6+7+8=16183317kJ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=16183317解方程计算出： x=6928kg6.9t即：变换气废热锅炉副产蒸汽量为：6.9t实际流量计显示：8t/h4、经过水解脱硫槽之后的物料衡算反应方程式为：CS2+4H2= 2H2S+CH4MoO3+2H2S+H2= MoS3+3H2OCoO+ 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/KmolC平均（kJ/kmol）放出的热量/kJCO11.33%252 30.6370137.6CO234.59%769.3949.21816991H246.03%1023.7729.11430002O20%030.80H2S0.21%4.56 36.57989.12COS0.01%0.25 30.5366Ar0.07%1.46332312.64H2O7.76%172.55 54.41450645.4总量100%2175.3740784444、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7830变换气放出的热量：CO放出的热量： Q1=30.6*252*（78-30）= 1475712KJCO2放出的热量： Q2=49.2 * 324.25 *（78-30）= 424897KJH2放出的热量： Q3=29.1* 588.35 *（78-30）= 481035KJO2放出的热量： Q4=30.8* 4.86*（78-30）= 4191KJH2S放出的热量： Q5= 36.5* 4.70*（78-30）= 4803KJCOS放出的热量：Q6= 30.5* 0.50 *（78-30）= 427KJAr放出的热量： Q7= 33* 1.46 *（78-30）= 1349KJH2O放出的热量： Q8= 54.41*172.55*（78-30）= 1802582总放热量：Q总=1+2+3+4+5+6+7+8=4078444 kJ循环水温差为8，所以循环水的质量为：m = Q总/m/tm=4078444/4.174/8=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)kmolx/(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