物料衡算

煤制甲醇物料衡算1合成过程的反应方程主反应：CO+2H2CH3OH（式4.1）CO2+3H2=CH3OH+H2O(式4.2)副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O（式4.3）CO+3H2CH4+H2O（式4.4）4CO+8H2C4H9OH+3H2O（式4.5）CO2+H2CO+H2O（式4.6）由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%，所以计算中忽略反应（2）。.2合成塔物料衡算已知年产精甲醇50万吨，每年以330个工作日计算。考虑到粗甲醇精制过程中有一定的损耗，为保证设计的生产任务，合成工段的物料衡算以粗甲醇最终重量55万吨计算。表4.1粗甲醇组分质量百分数组成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%92.990.1980.0286.784每小时各组分产量：3CHOH55000010000.92992018.012kmol/hn33024322CHO355000010000.001982.989kmol/hn330244694OHCH55000010000.000280.263kmol/hn33024742OH55000010000.06784261.728kmol/hn3302418工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生1.52m3（标况），即0.34kmol的甲烷。故CH4每小时产量为：4CH5500000.3423.611kmol/hn33024查《甲醇生产技术及进展》，在5.06MPa，40℃时各组分在甲醇中的溶解度如下表.2每吨粗甲醇中合成气溶解情况组分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680粗甲醇中溶解的气体量：23H5500004.364303.056/h13.529kmol/hnm330243CO5500000.81556.597/h2.527kmol/hnm3302423CO5500007.780540.278/h24.120kmol/hnm3302423N5500000.36525.347/h1.132kmol/hnm33024r3A5500000.24316.875/h0.753kmol/hnm3302443CH5500001.680116.667/h5.208kmol/hnm33024根据测定，40℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：2r3224CHOHCOCONCHHA++nnnnnnn损失37.14(303.056+56.597+540.278+25.347+16.875+116.667)1000=39.325kg/h=1.229kmol/h3合成反应中各气体消耗和生产量查《甲醇工艺学》，驰放气组成如下：表4.3驰放气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol%0.6178.316.293.513.192.305.79表4.4合成反应中消耗原料情况消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2反应（1）2018.012-4036.024反应（3）5.978-11.956反应（4）23.611-70.833反应（5）1.052-2.104反应（6）(234.339)234.339234.339注：括号内的为生成量；反应（1）项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量表4.5合成反应中生成物情况生成项生成物组分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反应（1）-2018.012---反应（3）--2.989-2.989反应（4）23.611---23.611反应（5）---0.2630.789反应（6）----234.339表4.6其他原料气消耗消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解2.52724.12013.5291.1320.7535.208扩散的甲醇1.229-2.458---驰放气0.0629G0.0351G0.7831G0.0319G0.023G0.0579G驰放气中甲醇0.0061G-0.0122G---注：G为驰放气的量.4新鲜气和驰放气量的确定由工艺流程可知，各组分的消耗总量与新鲜气的进料量相等。各组分等量关系如下：CO的消耗总量：2018.0125.97823.6111.052234.3392.5271.2290.0629G0.0061G1818.070.069GH2的消耗总量：4036.02411.95670.8332.104234.33913.5292.4580.7831G0.0122G4371.2430.7953GCO2的消耗总量：234.33924.120.0351G258.4590.0351GN2的消耗总量：1.1320.0319GAr的消耗总量：0.7530.023GCH4的消耗总量：5.2080.0579G由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表：表4.7新鲜气组成组分单位COCO2H2N2ArCH4含量kmol/h1818.07+0.069G258.459+0.0351G4371.243+0.7953G1.132+0.0319G0.753+0.023G5.208+0.0579G总计6454.865+1.0122G新鲜气（合成气）中惰性气体（N2+Ar+CH4）百分比保持在0.41%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2+Ar+CH4）=7.093+0.1128G，则7.0930.1128G6454.8651.0122G0.0041解得178.297kmol/hG，即驰放气的量为178.297kmol/h，由此可得到新鲜气的量为G新鲜=6635.337kmol/h所以驰放气的组成如下表4.8驰放气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.316.293.513.192.305.79含量kmol/h1.088139.62411.2156.2585.6884.10110.323新鲜气（合成气）组成如下表4.9新鲜气(合成气)组成气体CH4H2COCO2N2Ar组成%0.0567.9928.453.080.2510.179含量kmol/h3.3184511.3661887.753204.36816.65511.8775循环气气量的确定出塔气量新鲜气量循环气量主反应生成气量副反应生成气量主反应消耗气量副反应消耗气量即：GGGGGGG出塔新鲜循环主生成副生成主消耗副消耗－－2018.012+1.229+1.088=2020.329kmol/hG主生成23.611+2.989+0.263+2.989+23.611+0.789+234.339=288.591kmol/hG副生成2018.012+4036.024+1.229+2.458+0.0061178.297+0.0122178.297=6060.986kmol/hG主消耗5.978+11.956+23.611+70.833+1.052+2.104+234.339+234.339=584.212kmol/hG副消耗整理的：+2299.059GG出塔循环合成塔出塔气甲醇含量为5.84%，由甲醇的物料守恒得：0.0061+0.0061178.297+2018.012+1.229G=0.0584+2299.059G循环循环解得：=36062.409kmol/hG循环表4.10循环气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.316.203.513.192.305.80含量kmol/h219.98128240.4722268.3261225.7911150.391829.4352088.013循环比36062.401GR=5.436635.337G循环新鲜6入塔气和出塔气组成=6635.337+36062.409=42697.746kmol/hGGG入塔气新鲜气循环气++--GGGGGGG出塔气新鲜气循环气主生成副生成主消耗副消耗=6635.337+36062.409+2020.329+288.591-6060.986-584.212=38361.468kmol/h由：入塔气量=新鲜气量+循环气量得：入塔气各组分组成：H2的含量：2H=4511.366+28240.472=32751.838kmol/hG入CO的含量：CO=1887.753+2268.326=4156.079kmol/hG入CO2的含量：2CO=204.368+1265.791=1470.159kmol/hG入N2的含量：2N=16.655+1150.391=1167.046kmol/hG入Ar的含量：rA=11.877+829.435=841.312kmol/hG入CH4的含量：4CH=3.318+2088.013=2091.331kmol/hG入CH3OH的含量：3CHOH=219.981kmol/hG入入塔气总量为42697.746kmol/h，组成如下：表4.11入塔气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.51576.7069.7343.4432.7331.9704.898含量kmol/h219.98132751.8384156.0791470.1591167.046841.3122091.331由：出塔气量=入塔气量—反应中消耗量+反应中生成量出塔气各组分含量：CH3OH的含量：3CHOH=2018.012+1.229+1.088+219.981=2240.31kmol/hG出H2的含量：2H=32751.838-4036.024-11.956-70.833-2.104-234.339-13.529-2.458=28380.595kmol/hG出CO的含量：CO=4156.079-2018.012-5.978-23.611-1.052-24.12+234.339=2317.645kmol/hG出CO2的含量：2CO=1470.159-234.339=1235.82kmol/hG出N2的含量：2N=1167.046kmol/hG出Ar的含量：rA=841.312kmol/hG出CH4的含量：4CH=2091.331+23.611=2114.942kmol/hG出H2O的含量：2H=2.989+23.611+0.789+234.339=261.728kmol/hG出（CH3)2O的含量：2CHO32.989kmol/hG出C4H9OH的含量：94COHH0.263kmol/hG出出塔气总量为38562.65kmol/h表4.12出塔气组成气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4(CH3)2OC4H9OHH2O组成%5.8173.606.013.203.032.185.480.00780.000680.68含量kmol/h2240.3128380.5952317.6451235.8201167.046841.3122114.9422.9890.263261.7287甲醇分离器出口气体组成分离器出口组分=驰放气气体组分+循环气气体组分分离器出口气体各组分组成：H2的含量：2H=139.624+28240.472=28380.096kmol/hY分出CO的含量：CO=11.215+2268.326=2279.541kmol/hY分出CO2的含量：2CO=6.258+1265.791=1272.049kmol/hY分出N2的含量：2N=5.688+1150.391=1156.079kmol/hY分出Ar的含量：rA=4.101+829.435=833.536kmol/hY分出CH4的含量：4CH=10.323+2088.01