煤制甲醇的物料衡算計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17378煤制甲醇的物料衡算計算案例 1273571.1造氣工段物料衡算 190161.1.1計算依據(jù) 1315361.1.2計算過程 254741.2合成工段物料衡算 8125271.2.1計算依據(jù) 8283011.2.2計算過程 8227401.3精餾工段物料衡算 16298951.3.1計算依據(jù) 1610361.3.2計算過程 16本章節(jié)就造氣工段、合成工段和精餾工段進(jìn)行物料衡算，計算過程參考劉芳的年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計[29]。1.1造氣工段物料衡算1.1.1計算依據(jù)由表1.1原料煤成分分析表及給出的參數(shù)，對造氣工段進(jìn)行物料衡算，計算過程如1.1.2所示。表1.1原料煤成分分析表工業(yè)分析WfAfVfXfQ1.029.6441.4847.8526.31元素分析CfHfOfNfS71.822.272.521.192.56灰熔點（℃）T1T2T3110011801220操作溫度：1350℃操作壓力：3.0MPa水煤漿濃度：61.3%氧純度：99.6%氣化爐碳轉(zhuǎn)化率：97%出口煤氣含CH4：0.05%捕渣率：60%粗煤氣中帶出灰含碳量：20%渣中含碳量：43%煤中S全部轉(zhuǎn)化為H2S及COS1.1.2計算過程假設(shè)以100kg無水無灰基為基礎(chǔ)進(jìn)行下述計算。將煤元素分析轉(zhuǎn)化成無水無灰基以計算示例，有：同理，計算出、、、、、的值匯總于表1.2。表1.2以100kg無水無灰基為基礎(chǔ)的煤元素分析成分XrCrHrOrNrSrVr∑含量53.5783.752.906.1611.342.8546.43100煤的發(fā)熱量計算實際投煤量投煤量為：由表1.1知，水煤漿濃度為61.3%，所以有：加入水的量為：氣化爐排渣量為：氣化爐排灰量為：物料平衡設(shè)入氣化爐氧量為：出口煤氣組成為：碳平衡分別對入氣化爐和出氣化爐時的碳含量作平衡計算。入氣化爐：煤中，有：出氣化爐：粗煤氣中，有：飛灰中，有：渣中有：∵，有：①氫平衡分別對入氣化爐和出氣化爐時的氫含量作平衡計算。入氣化爐：煤中，有：daf煤煤中水，有：daf煤煤漿中水，有：daf煤daf煤出氣化爐：煤氣中，有：CH4中，有：H2S中，有：水蒸氣中，有：∵，有：②氧平衡分別對入氣化爐和出氣化爐時的氧含量作平衡計算。入氣化爐：入爐氧氣量為：0.996xkmol煤中，有：煤中水，有：煤漿中水，有：出氣化爐：CO中，有：CO2中，有：蒸汽中，有：∵，有：③出口干氣平衡④水煤氣反應(yīng)在3.0MPa及1350℃時，反應(yīng)平衡常數(shù)取0.53709，有：⑤熱量平衡以0℃為基準(zhǔn)求∑Q輸入熱煤的熱值輸入熱量：煤帶入顯熱量灰?guī)霟崃浚好褐兴畮霟崃浚好簼{中水的顯熱：氧氣的顯熱1.0MPa，35℃時，求∑Q輸出熱Q煤氣干煤氣帶出熱如下表1.3所示。表1.3干煤氣各組分帶出熱成分COH2H2SCH4熱值/（kcal/kg·℃）3034305261009527煤氣的顯熱1350℃時，煤氣各組分的比熱容可見表1.4。表1.41350℃時煤氣各組分比熱容COCO2CH4H2H2SN2CP7.7812.4116.237.259.707.69水蒸氣的潛熱水蒸氣的顯熱灰渣帶出的顯熱灰渣和飛灰中未燃盡碳熱量熱損失全部熱損失按1%來計算∵，有：⑥以上物料平衡及熱量平衡整理得如下方程組：⑥解方程組得：代入，有：最后得：數(shù)據(jù)計算整理如下表1.5。表1.5衡算數(shù)據(jù)匯總表kmol/100daf煤V/m3%（干基）CO2.13111.8747.31H21.0791.1737.55CO21.5133.7113.88CH40.00540.120.05H2S0.0841.880.77N20.0471.050.44∑10.84242.59100煤耗：每1000m3煤氣耗無水無灰基煤轉(zhuǎn)化為無外水煤為：含8%外水的煤為：每1000m3消耗煤，煤氣中氧耗：每100kgdaf煤耗氧氣為：每1000m3煤氣消耗氧為：1.2合成工段物料衡算1.2.1計算依據(jù)本次設(shè)計為年產(chǎn)10000噸精甲醇，規(guī)定年開工330個工作日。設(shè)成品精制甲醇中的含甲醇99.95%，Lurgi低壓合成的粗甲醇成分可見表1.6。其中，輕組分以二甲醚為主，重組分以異丁醇為主。表1.6Lurgi低壓合成工藝粗甲醇組成成分一覽表甲醇(CH3)2OC4H9OH水wt93.89%0.188%0.026%2.896%1.2.2計算過程由1.2.1計算依據(jù)，可初步計算出精甲醇和粗甲醇的產(chǎn)量，以小時計，有：精甲醇：粗甲醇：，即粗甲醇的產(chǎn)量為1.34t/h粗甲醇中各組分相對分子量為：，，，設(shè)富裕度為10%，則粗甲醇量根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量如下所示：甲醇：，即43.381kmol/h，971.734Nm3/h二甲醚：，即0.0604kmol/h，1.353Nm3/h異丁醇：，即0.00519kmol/h，0.116Nm3/h水：，即1.843kmol/h，108.483Nm3/h合成工段中，主要為甲醇的合成，所涉及到的化學(xué)反應(yīng)如下所示：主反應(yīng)：公式（1.1）副反應(yīng)：公式（1.2）公式（1.3）公式（1.4）公式（1.5）在實際生產(chǎn)中，對公式（1.3），每1噸粗甲醇的生成，便有7.56Nm3/h，即0.3375koml甲烷生成。所以，對甲烷，其時產(chǎn)量有：，即11.178Nm3/h忽略由原料氣代入的水分，根據(jù)(CH3)2O和C4H9OH含量，可算得公式（1.2）、公式（1.4）生成的水的含量。對公式（1.2），生成水的含量有：對公式（1.4），生成水的含量有：由公式（1.3）可知，生成的水含量與甲烷產(chǎn)量相同，為0.499kmol/h因此，可計算出公式（1.5）生成的水含量為：，即92.603Nm3/h即在一氧化碳的逆變換中生成的一氧化碳和水各為1.268kmol/h粗甲醇儲槽中甲醇的擴(kuò)散損失：查表，在2.06MPa，40℃時，每噸粗甲醇中溶解的反應(yīng)氣量如下表1.7所示：表1.72.06MPa、40℃時混合氣在粗甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解量，Nm3/t1.3640.8157.7800.3650.2431.680溶解量，Nm3/h2.8481.09210.4250.4890.3262.251由上表數(shù)據(jù)可計算出混合氣在粗甲醇中的溶解量如下：H2：，即0.261kmol/hCO：，即0.0483kmol/hCO2：，即0.465kmol/hN2：，即0.0218kmol/hAr：，即0.0146kmol/hCH4：，即0.100kmol/h并將計算數(shù)據(jù)匯入表1.6。溶解量為：在35℃時，液態(tài)甲醇中一氧化碳、氫氣、氮氣等混合氣中，每立方米含有的甲醇[30]。假設(shè)經(jīng)過減壓操作后，液相中溶解的氣體除外，全部都能夠釋放出來。則甲醇的擴(kuò)散損失可計算為：即：0.02372kmol/h，0.5313Nm3/h根據(jù)以上計算，則粗甲醇每小時生產(chǎn)消耗量及其組成列表1.8。PAGEPAGE3887654321序號表1.8粗甲醇生產(chǎn)消耗和生成物料表合計弛放氣中甲醇擴(kuò)散損失粗甲醇中氣體溶解損失反應(yīng)式⑤生成甲醇反應(yīng)式④生成甲醇反應(yīng)式③生成甲醇反應(yīng)式②生成甲醇反應(yīng)式①生成甲醇消耗方式Nm3/hNm3/hNm3/hNm3/hNm3/hNm3/hNm3/hNm3/h單位891.5711.092-92.6030.46411.1782.706971.734CO消耗原料氣組分106.02810.42592.603CO22081.7932.84892.6030.92833.5342.4121943.468H20.4890.489N28.927-2.25111.178CH4合成反應(yīng)生成物組分971.248-0.486971.734CH3OH1.3531.353(CH3)2O108.48392.6030.34911.1781.353H2O0.1160.116C4H90H3082.88117.85492.6031.39241.7128.1182912.202消耗量小計

新鮮氣量的計算設(shè)新鮮氣量為，馳放氣為新鮮氣的9%，馳放氣的組成與循環(huán)氣相同，見表1.9。表1.9Lurgis低壓合成工藝循環(huán)氣組成組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2O組成（V）%79.316.293.501.793.192.300.610.01公式（1.6）∴所以，由表1.8和表1.9可得新鮮氣的組成，如下表1.10所示。表1.10Luris低壓合成甲醇新鮮氣的組成1262.63kg/h甲醇生產(chǎn)組分H2COCO2CH4N2Ar總計消耗Nm3/h2081.793891.571106.028——0.489——3082.881馳放Nm3/h241.81619.17810.67211.6059.7267.013303.01總計2326.609910.749116.70011.60510.2157.0133382.891組成mol%68.7126.903.450.430.300.21100甲醇合成塔的循環(huán)氣量的計算甲醇合成塔出塔氣中，含有7.12%的甲醇，循環(huán)氣中含有0.61%的甲醇，假設(shè)甲醇塔出塔氣量為。公式（1.7）公式（1.8）由公式（1.8），得：結(jié)合公式（1.7），解得：所以可得甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成如表1.11所示。表1.11甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量（Nm3/h）及組成（mol%）1262.63kg/h甲醇生產(chǎn)組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2O合計組成（V）%79.316.293.501.793.192.300.610.01100流量Nm3/h10711.982849.795472.859647.141430.977310.73682.4131.35113510.254甲醇合成塔物料流量的計算公式（1.9）由表1.4和表1.5數(shù)據(jù)，可得甲醇合成塔入塔氣量。公式（1.10）合成塔物料流量表如表1.12所示。表1.12甲醇生產(chǎn)合成塔物料流量及組成1262.63kg/h甲醇生產(chǎn)輸入輸出組分Nm3/h組成，%組分Nm3/h組成，%CO1760.54410.420CO870.0652.833CO2589.5593.489CO2493.9563.312H213041.59177.187H210962.64673.497N2441.1922.611N2441.1922.958CH4661.7463.917CH4662.2361.440Ar317.7491.881Ar320.1492.146CH3OH82.4130.488CH3OH1051.1477.067C4H9OHC4H9OH0.1160.0008(CH3)2O(CH3)2O1.3530.00907H2O1.3510.008H2O109.8340.736總計16896.145100總計14912.694100醇分離器的流量及組成醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量及組成如表1.13所示。表1.13甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量和組成1262.63kg/h甲醇生產(chǎn)氣體產(chǎn)品液體產(chǎn)品組分Nm3/h組成，%組分kg/h組成，%CO868.9736.291COCO2483.5313.501CO2H210956.79879.329H2N2440.7033.191N2CH4661.7461.791CH4Ar317.7492.301ArCH3OH82.4130.597CH3OH1381.79193.813C4H9OHC4H9OH0.3840.026(CH3)2O(CH3)2O2.7800.188H2OH2O88.1622.973總計13811.913100總計1476.117100甲醇馳放氣的流量及組成公式（1.11）由表1.13和表1.11可得馳放氣的組成如表1.14。表1.14甲醇馳放氣的流量（Nm3/h）及組成（mol%）組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合計流量19.17810.672241.8169.72611.6057.031微量微量303.028組成6.3293.52279.8003.2101.8202.320————100貯槽弛放氣的流量及組成粗甲醇在貯槽減壓放出的馳放氣流量與組成如表1.15。表1.15貯槽弛放氣的流量及組成組分COCO2H2N2CH4CH3OH合計流量，Nm3/h1.09210.4252.8480.4892.2510.53120.636組成，mol%2.29250.51928.3392.37010.9082.573100由以上計算結(jié)果可得合成工段物料衡算如表1.16?？偭緾4H90H(CH3)2OH2OCH3OHArN2CH4CO2COH2組分物料名稱物料號表1.16年產(chǎn)1萬噸精制甲醇Lurgi低壓甲醇合成工藝物料衡算表13510.2541.35182.413310.736430.977647.141472.859849.79510711.982Nm3/h循環(huán)氣01100.000.010.612.303.191.793.506.2979.31mol%16896.1451.35182.413317.749441.192661.746589.5591760.54413041.591Nm3/h入塔氣02100.000.0080.4881.8812.6113.9173.48910.42077.187mol%14912.6940.1161.353109.8341051.147320.149441.192662.236493.956870.06510962.646Nm3/h出塔氣03100.000.00080.009070.7367.0672.1462.9581.4403.3122.83373.497mol%13811.91382.413317.749440.703661.746483.531868.97310956.798Nm3/h出分離器（氣相）04100.000.5972.3013.1911.7913.5016.29179.329mol%14