附录1物料衡算

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-物料衡算 硫然而生目录第1章 总论11.1物料衡算的原理和准则11.2总项目核算11.3物料衡算任务1第2章 各工段物料衡算32.1燃煤烟气压缩工段32.2燃煤烟气吸收工段42.3燃煤烟气解析工段52.4二氧化硫脱水塔72.5液化气吸收解析工段82.6克劳斯工段102.7二硫化碳生产工段112.8二硫化碳精制工段12第1章 总论项目通过对华能辛店电厂的燃煤废气和齐鲁石化炼油厂液化气深度脱硫，资源化利用制得纯度为99.9%二硫化碳和副产物液态硫化氢。在已确定化学生产工艺和流程后，由定性阶段转向定量阶段，通过对整个生产系统、生产车间，以及部分重要的生产单元进行物料衡算计算出主、副产品的产量，原材料的消耗定额、“三废”排放量及组成，以及产品收率等各项经济技术指标，从而定量地评述初步设计所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进，为后阶段的设计提供数据。1.1物料衡算的原理和准则物料衡算是以质量守恒定律为基础，对物料平衡进行的计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。进行物料衡算时，先必须确定衡算的体系。对于已经达到稳定的体系，通常满足以下关系：（进料量之和）-（出料量之和）=（系统累积量）当系统中有化学反应时可表示为：（进料量之和）-（出料量之和）+（反应消耗量）-（反应生成量）=（系统累积量）利用以上两个关系，可以对整个工艺系统或子系统进行物料衡算。物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况如下表1-1所示：表1-1 物料横算式适用范围类别物料衡算形式无化学反应有化学反应总衡算式总质量衡算式适用适用总物质的量衡算式适用不适用组分衡算式组分质量衡算式适用不适用组分物质的量衡算式适用不适用元素原子衡算式元素原子质量衡算式适用适用元素原子物质的量衡算式适用适用由于系统中存在化学反应，我们主要采用总质量衡算的的衡算方法，同时列出每种物料组分的质量流量便于查找和计算。1.2总项目核算从原料入厂到产品输出，其工艺路线可分为如下8个工段：燃煤烟气压缩工段、燃煤烟气吸收工段、燃煤烟气解工段、二氧化硫脱水工段、液化气吸收解析工段、克劳斯工段、二硫化碳生产工段、二硫化碳精制工段。1.3物料衡算任务对于本厂，工艺采取年开工300天（7200小时）的间歇操作，其中一年内的八九周（约30天）用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主要任务在于：（1）确定环氧丙烷以及副产品的实际产量以及质量指标；（2）确定甲醇、丙烷、氢气的循环量以及损失率等指标；（3）确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；（4）各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定；（5）汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。第2章 各工段物料衡算2.1燃煤烟气压缩工段图 2-1 燃煤烟气压缩工段齐鲁石化热电厂烟气4-3-2-2与克劳斯炉尾气33混合，及经过四级换热（每级换热为四个并联的换热器）和三级压缩后，分为两股（47和63），分别进入电厂吸收塔T-0301和T-0302，流程见图2-1所示，结果见下表2-1所示。表2-1 燃煤烟气压缩工段Name4-3-2-2334763Vapour / Phase Fraction1111Temperature C120135140140Pressure kPa101169.105213001300Molar Flow kgmole/h73450.652280.18937865.4237865.42Mass Flow kg/h219370296331.6111450171145017Std Ideal Liq Vol Flow m3/h3762.859102.99491932.9271932.927Molar Enthalpy kJ/kgmole-66413.3-335634-73999.6-73999.6Molar Entropy kJ/kgmole-C13.269919.21125-6.2023-6.2023Heat Flow kJ/h-4.9E+09-7.7E+08-2.8E+09-2.8E+09SO23.00E-030.1834548.43E-038.43E-03MDEAmine0000H2O6.50E-020.2074836.93E-026.93E-02CO20.1340.5960320.1479120.147912H2S07.18E-052.16E-062.16E-06Nitrogen0.7353.71E-030.7129810.712981Oxygen6.30E-022.44E-356.11E-026.11E-02Piperazine0000Methane05.79E-041.74E-051.74E-05Ethane03.85E-041.16E-051.16E-05Propane03.26E-039.82E-059.82E-05i-Butane03.70E-041.11E-051.11E-05i-Pentane04.44E-041.34E-051.34E-05COS03.35E-051.01E-061.01E-06Ethylene0000Propene0000续表2-1 燃煤烟气压缩工段CS201.68E-095.05E-115.05E-11Hydrogen02.49E-047.49E-067.49E-06n-Butane05.71E-041.72E-051.72E-05M-Mercaptan03.12E-039.39E-059.39E-05E-Mercaptan02.40E-047.21E-067.21E-06diM-Sulphide00002.2燃煤烟气吸收工段图2-2 燃煤烟气吸收工段此工段为两套并联的吸收系统吸收剂(MDEA)由5进入塔顶，烟气47从塔底进入。处理后的烟气1和1-2混合，排放到大气中。吸收后的富胺液4经减压阀vlv-100减压后进换热器E-0302与解析后的贫胺液8换热。贫液经混合器v-0301加料调浓度后进入冷凝器E-0301后经泵P-0305加压后进吸收塔T-0301，流程见图2-2所示，见下表2-2所示。表2-2 燃煤烟气吸收工段Name5 030147 03011 03014 0301Vapour0.00E+001.00E+001.00E+000.00E+00Temperature C25.144398139.9999826.49894103.76812Pressure kPa1.30E+0313001.30E+031.30E+03Molar Flow kgmole/h3.93E+043.79E+043.43E+044.28E+04Mass Flow kg/h9.50E+051.15E+061.05E+061.05E+06Std Ideal Liq Vol Flow m3/h9.41E+021.93E+031.84E+031.04E+03Molar Enthalpy kJ/kgmole297032.673999.6357199.68292107.7Molar Entropy kJ/kgmole-C2.06E+026.20E+001.56E+011.81E+02Heat Flow kJ/h1.17E+102.80E+091.96E+091.25E+10SO24.02E-098.43E-032.67E-077.46E-03MDEAmine6.09E-020.00E+002.38E-085.58E-02H2O9.39E-016.93E-022.79E-039.21E-01CO21.45E-041.48E-011.43E-011.60E-02H2S1.18E-112.16E-061.17E-069.72E-07Nitrogen1.25E-350.7129810.7862009.87E-05Oxygen3.87E-356.11E-026.74E-021.37E-05Piperazine0.00E+000.00E+000.00E+000.00E+00Methane3.89E-381.74E-051.92E-055.62E-09Ethane1.14E-361.16E-051.28E-055.03E-09Propane4.86E-389.82E-051.08E-043.47E-08i-Butane1.99E-1191.11E-051.23E-051.02E-09i-Pentane3.05E-1141.34E-051.47E-051.55E-08COS5.96E-271.01E-061.11E-063.67E-09CS26.53E-325.05E-115.34E-111.83E-12Hydrogen07.49E-068.26E-061.71E-09n-Butane01.72E-051.89E-055.37E-09M-Mercaptan09.39E-059.99E-052.95E-06E-Mercaptan07.21E-067.80E-061.25E-072.3燃煤烟气解析工段图2-3 燃煤烟气吸收工段这个工段由两套吸收液解析设备这里以一套吸收液解析设备为例，由4个解析塔（T-0401、T-0402、T-0403、T-0404），8个泵，4个冷凝器，4个再沸器组成。低压有机胺吸收富液经过换热后，分成4股料，由泵送入解析塔中进行低压高温解析，塔底有机胺贫液经过换热后经混合器v-0301加料调整浓度循环到燃煤烟气吸收塔中，塔顶主要是SO2、H2O和少量CO2,进入下一工段，流程见图2-3所示，见表2-3所示。表2-3 燃煤烟气吸收工段Name45 040451 040455 040457 0404Vapour1.46E-02100Temperature C106.6776.1207776.12077123.685Pressure kPa218210210212Molar Flow kgmole/h10707.09287.4955609859.598Mass Flow kg/h26151312465.9110908.2238138.9Std Ideal Liq Vol Flow m3/h259.660213.0514910.62426235.9845Molar Enthalpy kJ/kgmole-291195-340375-283082-288186Molar Entropy kJ/kgmole-C-178.6473.599933-147.394-180.755Heat Flow kJ/h-3.1E+09-9.8E+07-1.6E+08-2.8E+09SO27.46E-030.2160823.16E-021.56E-08MDEAmine5.58E-021.64E-241.86E-176.06E-02H2O0.9205840.1891970.968090.939212CO21.60E-020.5903812.88E-041.45E-04H2S9.72E-073.61E-057.13E-085.69E-11Nitrogen9.87E-053.68E-036.66E-082.11E-35Oxygen1.37E-055.11E-041.60E-086.56E-35Methane5.62E-092.09E-076.74E-123.46E-37Ethane5.03E-091.87E-075.77E-121.01E-36Propane3.47E-081.29E-063.10E-113.70E-37i-Butane1.02E-093.82E-082.43E-139.72E-45i-Pentane1.55E-085.76E-071.77E-112.71E-39COS3.67E-091.36E-072.20E-111.87E-27CS21.83E-126.80E-116.29E-143.18E-32Hydrogen1.71E-096.36E-081.80E-121.32E-38n-Butane5.37E-092.00E-073.16E-126.47E-39M-Mercaptan2.95E-061.09E-046.32E-077.06E-21E-Mercaptan1.25E-074.62E-061.43E-082.45E-242.4二氧化硫脱水塔图2-4二氧化硫脱水塔这个工段由1个脱水塔（T-0601）,1个冷凝器(E-0601)，1个再沸器（E-0602）组成。来自解析塔塔顶的SO2、H2O和少量CO2，由于气体中有大量的水蒸汽，如直接送入下一工段的反应器则会增大反应器的体积，因此在此设置一个精制塔，用来分离水和SO2、CO2，将分离的SO2和少量CO2送入下一工段，流程见图2-4所示，结果见表2-4。表2-4 脱水塔T-0601Name34 060169 060116 060111 0601Vapour1010Temperature C76.140276.1401321.97638120.5874Pressure kPa210210200202Molar Flow kgmole/h2299.9644802029.9574750.002Mass Flow kg/h9971987263.57101409.985572.62Std Ideal Liq Vol Flow m3/h104.399184.99279103.654385.73754Molar Enthalpy kJ/kgmole-340349-283080-359706-278515Molar Entropy kJ/kgmole-C3.596494-147.3914.513748-142.044Heat Flow kJ/h-7.8E+08-1.3E+09-7.3E+08-1.3E+09SO20.21613.16E-020.3146088.25E-12MDEAmine1.64E-241.86E-171.43E-821.75E-17H2O0.189350.96811.11E-021CO20.5902092.88E-040.6693471.29E-29H2S3.61E-057.12E-084.10E-051.21E-36Nitrogen3.68E-036.66E-084.17E-037.00E-57Oxygen5.11E-041.60E-085.79E-042.31E-55Methane2.09E-076.74E-122.37E-076.82E-58Ethane1.87E-075.77E-122.12E-072.44E-58Propane1.29E-063.10E-111.46E-065.26E-60i-Butane3.82E-082.43E-134.33E-081.01E-73i-Pentane5.76E-071.77E-116.53E-074.84E-72COS1.36E-072.20E-111.55E-072.81E-56续表2-4 脱水塔T-0601CS26.80E-116.29E-147.72E-114.81E-49Hydrogen6.36E-081.80E-127.20E-085.17E-59n-Butane2.00E-073.16E-122.27E-078.63E-64M-Mercaptan1.09E-046.32E-071.24E-042.45E-30E-Mercaptan4.62E-061.43E-085.27E-066.26E-362.5液化气吸收解析工段图2-5 液化气吸收解析工段这个工段由2个塔（T-0101、T-0102）,1个压缩机（C-0101），6个换热器，7个泵组成。因此电厂和炼油厂都是采用有机胺法脱硫，这里流程只做简单叙述，来自齐鲁石化炼油厂的液化石油气流量为46万m/h,首先经过2级冷凝将温度由300降到50，在对液化气进行加压得到20个大气压的液化气进入到吸收塔中高压低温吸收，用MDEA吸收液进行吸收除去里面的H2S和少量的硫醇、硫醚、羰基硫，液化气脱硫后送回总厂，塔底有机胺富液先降到2个大气压，在与有机胺贫液换热后，用泵送入解析塔解析，塔底有机胺贫液循环到液化气吸收塔中，重复使用；塔顶解析出H2S和少量其他杂质，送入下一工段，流程见图2-5所示，结果下表2-5所示。表2-5 T-0101吸收塔Name22 010173 010123 010124 0101Vapour0110Temperature C25190.77125.2401192.77535Pressure kPa2000200019982000Molar Flow kgmole/h32976.5310748.4110288.2933436.65Mass Flow kg/h800000461443.7444555.8816887.8Std Ideal Liq Vol Flow m3/h794.8793919.9771893.6438821.2127Molar Enthalpy kJ/kgmole-296221-76714.6-96911.2-286976Molar Entropy kJ/kgmole-C-206.002-217.078-274.857-186.359Heat Flow kJ/h-9.8E+09-8.2E+08-1E+09-9.6E+09SO21.72E-143.61E-094.24E-151.16E-09MDEAmine6.11E-0201.07E-076.02E-02H2O0.93535802.12E-030.921833H2S3.23E-034.08E-025.75E-051.63E-02Nitrogen1.70E-482.19E-042.28E-045.26E-08Oxygen1.67E-559.35E-139.76E-133.64E-16Methane7.46E-427.53E-027.85E-023.95E-05Ethane5.98E-414.08E-024.25E-022.63E-05续表2-5 T-0101吸收塔Propane9.81E-420.4375440.456392.22E-04i-Butane1.04E-500.1628040.1700032.52E-05i-Pentane2.03E-412.10E-022.18E-023.02E-05COS2.45E-347.14E-047.34E-043.67E-06Ethylene1.94E-513.05E-023.19E-026.73E-06Propene3.35E-485.09E-025.31E-021.95E-05CS21.34E-332.83E-092.73E-096.92E-11Hydrogen9.37E-444.07E-024.25E-021.70E-05n-Butane1.83E-439.16E-029.55E-023.89E-05M-Mercaptan1.80E-224.46E-033.99E-032.05E-04E-Mercaptan1.56E-266.90E-046.69E-041.60E-05diM-Sulphide3.37E-042.07E-032.22E-059.91E-04表2-6 T-0102解析塔Name25 010226 010227 0102Vapour1.28E-0310Temperature C100.002329.17385124.3332Pressure kPa220218220Molar Flow kgmole/h33436.65500.002332936.65Mass Flow kg/h816887.817873.45799014.4Std Ideal Liq Vol Flow m3/h821.212727.47902793.7336Molar Enthalpy kJ/kgmole-286314-27283.7-287466Molar Entropy kJ/kgmole-C-184.45720.10652-180.562Heat Flow kJ/h-9.6E+09-1.4E+07-9.5E+09SO21.16E-097.76E-087.82E-15MDEAmine6.02E-021.97E-396.11E-02H2O0.9218331.63E-020.93558H2S1.63E-020.8884113.05E-03Nitrogen5.26E-083.52E-069.39E-49Oxygen3.64E-162.43E-145.38E-55Methane3.95E-052.64E-033.97E-42Ethane2.63E-051.76E-033.00E-41Propane2.22E-041.49E-024.76E-42i-Butane2.52E-051.69E-034.43E-51i-Pentane3.02E-052.02E-035.32E-42COS3.67E-062.45E-041.77E-34Ethylene6.73E-064.50E-044.14E-52Propene1.95E-051.30E-037.14E-49CS26.92E-114.63E-098.28E-35Hydrogen1.70E-051.13E-035.18E-44n-Butane3.89E-052.60E-038.31E-44M-Mercaptan2.05E-041.37E-021.04E-22E-Mercaptan1.60E-051.07E-038.91E-272.6克劳斯工段图2-6 克劳斯工段这个工段主要由3个换热器（E-0701、E-0702、E-0703），3个固定床反应器（R-0701、R-0702、R-0703），3个气液分离器（V-0702、V-0703、V-0704）组成。来自电厂解析的SO2和来自炼油厂的H2S混合加热到200后进入固定床反应器反应产硫磺，在温度低时硫磺的分子是由8个硫原子组成的，流程见图2-6所示，结果如下表2-7，表2-8，表2-9所示。表2-7 一级反应器R-0701Stream Name2511Vapour / Phase Fraction101Temperature C200135135Pressure kPa197188.5526188.5526Molar Flow kgmole/h2503.199114633.9772291.284Mass Flow kg/h117620.249820327.8497293.94Std Ideal Liq Vol Flow m3/h123.414609611.23085103.0441Molar Enthalpy kJ/kgmole-289501.76784844.141-333431Molar Entropy kJ/kgmole-C248.972910945.13343236.5251Heat Flow kJ/h-724680568.53071074-7.6E+08Liq Vol Flow Std Cond m3/h59186.7023414990.0254176.08表2-8 二级反应器R-0702Stream Name121013Vapour / Phase Fraction101Temperature C240.6566135135Pressure kPa186177.5526177.5526Molar Flow kgmole/h2291.326.937982282.293Mass Flow kg/h97293.96863.739396430.3Std Ideal Liq Vol Flow m3/h103.04410.477204102.1804Molar Enthalpy kJ/kgmole-3289494844.141-335341Molar Entropy kJ/kgmole-C246.270345.13343235.973Heat Flow kJ/h-7.5E+08130491.4-7.7E+08Liq Vol Flow Std Cond m3/h54176.48636.93353963.51表2-9 三级反应器R-0703Stream Name71538Vapour / Phase Fraction101Temperature C187.2215135135Pressure kPa176169.1052169.1052Molar Flow kgmole/h2282.3011.4801092281.79Mass Flow kg/h96430.3147.4582296382.87Std Ideal Liq Vol Flow m3/h102.18042.62E-02102.1324Molar Enthalpy kJ/kgmole-3331674844.141-335449Molar Entropy kJ/kgmole-C240.981645.13343235.9324Heat Flow kJ/h-7.6E+087169.857-7.7E+08Liq Vol Flow Std Cond m3/h53963.6834.9963353951.612.7二硫化碳生产工段图2-7 管式反应器R-0801这一工段主要由P-0801、C-0801、R-0801构成，将甲烷和来自克劳斯工艺的硫磺首先经过压缩，然后输入管式反应器中进行反应，得到产品二硫化碳和其他杂质，流程见图2-7所示，具体结果如下表2-10所示。表2-10 二硫化碳生产Stream Name4644天然气Vapour / Phase Fraction101Temperature C640.465813525Pressure kPa3900169.1052150Molar Flow kgmole/h517.7762663.9992160Mass Flow kg/h23942.1821290.472654.195Std Ideal Liq Vol Flow m3/h23.7546211.762698.62737Molar Enthalpy kJ/kgmole76307.86-69998.2-74133.7Molar Entropy kJ/kgmole-C287.4817469.479181.2217续表2-10 二硫化碳生产Heat Flow kJ/h39510391-4.6E+07-1.2E+07Oxygen1.10E-0801.56E-04Nitrogen2.36878901.48E-02Methane1.49910200.966239Ethane2.14408601.34E-02H2S306.198200SO22.56E-0200CS2153.099100Propane0.56002203.50E-03i-Butane000n-Butane0.30401201.90E-03n-Pentane000n-Hexane000E-Mercaptan000nPMercaptan000nBMercaptan000S2_Vapor4.47E-0600S3_Vapor000S4_Vapor000S5_Vapor000S6_Vapor9.30E-0800S7_Vapor000S8_Vapor2.79E-0600S_Liquid51.5772102.8二硫化碳精制工段图2-8二硫化碳精制工段此工段主要由V-0803、T-0801、V-0805、C-0102构成，将上一工段的二硫化碳混合物，由于混合物中有少量的硫磺，首先通过气液分离器将硫磺分离出来，然后气体通入二硫化碳精制塔，得到较纯的二硫化碳产品，然后塔顶出来的含有少量杂质的硫化氢通入气液分离器得到副产物液态硫化氢，流程见图2-8所示，具体数据如下表2-11所示。表2-11 精制塔T-0801Stream Name65462Vapour / Phase Fraction0.95915210Temperature C-52.3887640.465836.60573Pressure kPa1503900180Molar Flow kgmole/h312.7156517.7762149.8992Mass Flow kg/h10633.2423942.1811403.91Std Ideal Liq Vol Flow m3/h16.8495923.754629.08802Molar Enth