煤制甲醇的物料衡算計算案例 1 1 1 21.2合成工段物料衡算 8 8 8 151.3.1計算依據 15本章節(jié)就造氣工段、合成工段和精餾工段進行物料衡算，計算過程參考劉芳的年產201.1造氣工段物料衡算1.1.1計算依據由表1.1原料煤成分分析表及給出的參數(shù)，對造氣工段進行物料衡算，計算過程如1.1.2工業(yè)分析Q元素分析HS灰熔點(℃)出口煤氣含CH?:0.05%煤中S全部轉化為H?S及COS假設以100kg無水無灰基為基礎進行下述計算。(1)將煤元素分析轉化成無水無灰基成分HNV∑(2)煤的發(fā)熱量計算=8536.24kcal/100kgdaf煤(3)實際投煤量投煤量為：100+A'+W′=100+10.8+1.14=111.94kg由表1.1知，水煤漿濃度為61.3%,所以有：(4)物料平衡H?=bkmol/100kgdaf煤CO?=mkmol/100kgdaf煤H?O=hkmol/100kgdaf煤CH?=0.0005Vkmol/100kg∑千克=Vkmol/100kgdaf煤1)碳平衡粗煤氣中，有：C=a+m+0.0005V渣中有：①①2)氫平衡煤中，有：gdaf煤煤中水，有：l/100kgdaf煤H入=2.95+0.06+3.45=6.46kmol/100kgdaf煤煤氣中，有：H?=bkmolCH?中，有：H?=0.0005V×2=0.001Vkmol水蒸氣中，有：H?=hkmolH出=b+0.001V+0.08+h3)氧平衡煤中，有：kmolO入=0.996x+0.19+0.03+1.73=1.95+0.996xCO中，有：O?=0.5aCO?中，有：O?=m蒸汽中，有：O?=0.5h4)出口干氣平衡CO=akmol/100kgdaf煤H?=bkmol/100kgdaf煤CO?=mkmol/100kgdaf煤CH?=0.0005Vkmol/100kgdaf煤V=a+b+m+0.0005V+0.047+0.084+5)水煤氣反應在3.0MPa及1350℃時，反應平衡常數(shù)取0.53709,有：③(5)熱量平衡以0℃為基準1)求輸入熱①煤的熱值輸入熱量：8536.24×100=853624kcal/100kgdaf煤②煤帶入顯熱量Q=Cp隙×100×25=662.5kcal/100kgdaf煤灰?guī)霟崃浚篞灰=C"×10.8×25=62.1kcal/100kgdaf煤煤中水帶入熱量：Q水=C水×1.14×25=28.5kcal/100kgdaf煤煤漿中水的顯熱：③氧氣的顯熱Qo?=7.3x×35=270.1xkJ/kg2)求輸出熱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熱值/(kcal/kg℃)Q煤氣=22.4×(3034a+3052b+6100×0.084+9527×0.0005V)=67691.6a+68364b+11477.76②煤氣的顯熱1350℃時，煤氣各組分的比熱容可見表1.4。=10503a+9787.5b+16753.5m+10.96V+41.53x+Q=13095hkcal/100kgdaf煤Q灰=10.8×0.262×1350=3819.96kcal/100kgdaf煤⑥灰渣和飛灰中未燃盡碳熱量Q,碳=8536.24=44394.88kcal/100kgdaf煤=9808.17kcal/100kgdaf煤全部熱損失按1%來計算Q損=8536.24×1%=853.624kcal/100kgdaf煤∑Q輸出=78194.6a+78151.5b+16753.5m+117.66V+13692.3h+41.53x+795⑥78194.6a+78151.5b+16753.5m+117.66V+13692.3h-2285.7⑥以上物料平衡及熱量平衡整理得如下方程組：②③④⑥78194.6a+78151.5b+16753.5m+117.66V+13692.3h-2285.7x解方程組得：代入mb=0.53709ah,有：%(干基)∑煤耗：每1000m3煤氣耗無水無灰基煤轉化為無外水煤為：含8%外水的煤為：每1000m3(CO+H?)消耗煤，煤氣中CO+H?=83.62%每1000m3煤氣消耗氧為：1.2合成工段物料衡算本次設計為年產10000噸精甲醇，規(guī)定年開工330個工作日。設成品精制甲醇中的含甲醇99.95%,Lurgi低壓合成的甲醇水粗甲醇：,即粗甲醇的產量為1.34t/hM甲醇=32,M二甲醚=46,M異丁醇=74,M水=18設富裕度為10%,則粗甲醇量G粗甲醇=1344.12×(1+10%)=1478.53kg/h二甲醚：1478.53×0.188%=2.780kg/異丁醇：1478.53×0.026%=0.384kg/h,即0.00519kmol/h,0.116Nm3/h水：1478.53×5.895%=87.174kg/h,即1.843kmol/h,108.483Nm3/h2CO+4H?=(CH?)?O+200公式(1.1)公式(1.2)公式(1.3)公式(1.4)公式(1.5)在實際生產中，對公式(1.3),每1噸粗甲醇的生成，便有7.56Nm3/h,即0.3375koml1478.53×10?3×0.3375=0.499kmol/h,即11.178Nm3/h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量相同，為0.499kmol/h因此，可計算出公式(1.5)生成的水含量為：4.843-0.0604-0.499-0.0156=4.268kmollh,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1.268查表，在2.06MPa,40℃時，每噸粗甲醇中溶解的反應氣量如下表1.7所示：表1.72.06MPa、40℃時混合氣在粗甲醇中的溶解度組分溶解量，Nm3/t溶解量，Nm3/h由上表數(shù)據可計算出混合氣在粗甲醇中的溶解量如下：H?:1.34×4.364=5.848Nm3/h,即0.261kCO:1.34×0.815=1.092Nm3/h,即0.0483kmol/hCO?:1.34×7.780=10.425Nm3/h,即0.465kmol/hN?:1.34×0.365=0.489Nm3/h,即0.0218kmol/hAr:1.34×0.243=0.326Nm3/h,即0.0146kmol/hCH?:1.34×1.680=2.251Nm3/h,即0.100kmol/h溶解量為：5.848+1.092+10.425+0.489+0.326+2.251=20.431Nm3/h根據以上計算，則粗甲醇每小時生產消耗量及其組成列表1.8。序號消耗方式單位消耗原料氣組分合成反應生成物組分H消耗量234568合計(1)新鮮氣量G新鮮氣的計算設新鮮氣量為G新鮮氣，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。組分組成公式(1.6)G新鮮氣=G消耗氣+G馳放氣=G消耗氣+9%G新鮮氣=3082.881+9%G新鮮氣公式(1.6)∴G新鮮氣=3387.781Nm3/h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甲醇生產組分總計消耗Nm3/h馳放Nm3/h總計(2)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，假設甲醇塔7.12%G醇出塔=G醇+0.61%G醇循環(huán)=971.734+0.61%G醇循環(huán)公式(1.7)公式(1.8)由公式(1.8),得：G醇循環(huán)=G醇出塔-[971.734+303.01+(5.848+1.092+10.425+0.489+0.326+2.251)]=G醇出塔-1295.175結合公式(1.7),解得：G醇出塔=14805.429Nm3/hG醇循環(huán)=14805.429-1295.175=13510.254Nm3/h所以可得甲醇生產循環(huán)氣量及組成如表1.11所示。表1.11甲醇生產循環(huán)氣量(Nm3/h)及組成(mol%)1262.63kg/h甲醇生產Nm3/h(3)甲醇合成塔物料流量的計算由表1.4和表1.5數(shù)據，可得甲醇合成塔入塔氣量。合成塔物料流量表如表1.12所示。公式(1.9)公式(1.10)組分組分輸出總計總計(4)醇分離器的流量及組成醇分離器出口氣體和液體產品流量及組成如表1.13所示。組分氣體產品組成，%組分液體產品總計總計(5)甲醇馳放氣的流量及組成G弛放氣=G醇后氣-G循環(huán)氣公式(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%)組分組成一一一一(6)貯槽弛放氣的流量及組成組分流量，Nm3/h由以上計算結果可得合成工段物料衡算如表1.16。物料號物料名稱循環(huán)氣入塔氣出塔氣出分離器(氣相)出分離器(液相)士組分Nm3/hmol%Nm3/hmol%Nm3/hmol%Nm3/hmol%kg/hW%士總量11.3精餾工段物料衡算1.3.1計算依據質量分率：X'=99.47%MCH?oH=32.04g/mol摩爾分率：進料平均相對分子質量M=0.991×32.04+0.009×8.02=31.92382g/mol平衡溫度t液相甲醇x00平衡溫度t液相甲醇x(1)塔頂溫度t,tyD(2)塔釜溫度tw,tw=99.87℃(3)進料溫度t(4)回流比確定由表1.17的數(shù)據繪制x-y圖：由點a(XD,X)相平衡線作切線交軸于(b,32.8),即精餾段操作線截距(5)相對揮發(fā)度(6)物料衡算已知：年產量10000噸，年開工330天，M=32.92g/mol進料摩爾流量：kmol/hXF=99.1%,Xp=99.7%,Xw=