【導讀】５萬噸/年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù)／年制甲醇項目設計

　　

【正文】 力 Kpa 1200 4000 氣相分率 表 壓縮機 C205的能量衡算表 項目 進料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 二氧化碳三級壓縮后換熱冷卻物料及能量衡算 換熱器 E203的進出物流見圖 ，物流平衡計算 結(jié)果見表 ，能量平衡結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 24 圖 換熱器 E203的進出物流 表 E203的物流平衡表 項目 HOTIN HOTOUT COLDIN COLDOUT 組分流量Kmol/hr N2 5 107 5 107 0 0 CO2 總流量 kmol/hr 總流量 kg/ hr 6251 6251 7206 7206 總流量 cum/ hr 溫度 K 壓力 Kpa 4000 4000 6000 6000 氣相分率 表 E203的能量平衡表 項目 HOTIN HOTOUT COLDIN COLDOUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 氫氣的壓縮物料及能量守恒 壓縮機 C202的進出物流見圖 ，物流平衡計算結(jié)果見表 ，能量平衡結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 25 圖 壓縮機 C202的進出物流 表 壓縮機 C202的物流平衡表 項目 進料物流 IN 出料物流 OUT 組 分 流 量Kmol/hr H2 總流量 kmol/hr 總流量 kg/ hr 總流量 cum/ hr 溫度 K 壓力 Kpa 2021 6000 氣相分率 表 壓縮機 C202的能量衡算表 項目 進料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 循環(huán)氣的壓縮物料及能量守恒 壓縮機 C202的進出物流見圖 ，物流平衡計算結(jié)果見表 ，能量平衡結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 26 圖 壓縮機 C204的進出物流 表 壓縮機 C204的物流平衡表 項目 進料物流 IN 出料物流 OUT 組 分 流 量Kmol/hr H2 3757 3757 CO2 CO C H3OH H2O 總流量 kmol/hr 4773 4773 總流量 kg/ hr 50569 50569 總流量 cum/ hr 4121 2685 溫度 K 壓力 Kpa 3000 6000 氣相分率 表 壓縮機 C204的能量衡算表 項目 進料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 4773 4773 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 27 反應工段物料衡算和能量衡算 物料衡算 反應物料在進入反應器進行反應之前需預先進行混合和預熱，混合器物料衡算如下 混合器物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h H2O kmol/h 合計 kmol/h 氫氣 426 0 0 0 0 426 二氧化碳 0 142 0 0 0 142 循環(huán)氣 混合氣 反應器物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h 進料 出料 續(xù)表 CH3OCH3 kmol/h C2H5OH kmol/h H2O kmol/h 合計 kmol/h 0 0 氣液分離器物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h 液體 0 0 0 氣體 續(xù)表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 28 CH3OCH3 kmol/h C2H5OH kmol/h H2O kmol/h 合計 kmol/h 284 0 0 能量衡算 反應工段能量衡算如下： 計算所用的物性數(shù)據(jù) 組分 0,? J/mol 3322100 TATATAAC iiiipi ??????? J/mol H2 0 +01 CO +05 +01 CO2 +05 +01 CH3OH +05 +01 H2O +05 +01 計算中的近似處理，因反應中生成的雜質(zhì)極少，所以計算反應熱和物流焓變時是生成產(chǎn)物只生成主產(chǎn)物無副反應。 熱量衡算的流程： 321 HHHH ??????? 根據(jù)以上熱力學數(shù)據(jù)計算各組分在 25℃下的熱容，和在 210℃時的熱容結(jié)果如下單位J/mol 210℃的進料 25℃的進料 245℃的出料 25℃的出料 1H? 2H? 3H? H? ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 29 溫度 組分 25℃熱容 210℃熱容 平均熱容 H2 +01 +01 +01 CO +01 +01 +01 CO2 +01 +01 +01 CH3OH +01 +01 +01 H2O +01 +01 +01 TCpF ii ??? ?1H 式中 iF —— 為各組分的摩爾流量 mol/h iCp —— 各組分的平均摩爾熱容 K)J/(mol? 計算出 101 ??? J/h 反應熱 02H fHN???? 式中 N? —— 每小時生成的甲醇量 mol/h 0fH? —— 25℃時反應熱 J/mol 92 106 .9 5 84 9 0 0 01 4 2 0 0 0H ????? J/h 計算 25℃和 245℃的平均熱容 溫度 組分 25℃熱容 245℃熱容 平均熱容 H2 +01 +01 CO +01 +01 CO2 +01 +01 CH3OH +01 +01 H2O +01 +01 ??3H TCpF ii ?? 計算得 103 ???? J/h ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 30 9321 ????????? HHHH J/h 熱損失按 5%計算， ?? J/h 沸騰水帶走的熱量， 9106 6 0 ???? J/h 查得 230℃飽和水的氣化熱為 r=1813 kJ/kg 沸騰水的用量， 31001813 )( 6 ?????? rQHm kg/h ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 31 第 4 章 吸收解吸塔的計算及設計 所需物性參數(shù)的計算： （ 1） .煙氣密度 所用混合煙氣密度計算公式如下： ? ?。，），組分的摩爾質(zhì)量（煙氣中組分的摩爾分數(shù)；煙氣中）；溫度（）；（氣體常數(shù)，）；總壓（）；混合煙氣的密度（mo lkgMmo lkgMmo lkgMmo lkgiiTKmkgMyRTpCOONiiGiiG//yKm o l/Pap/2223??????????? ??? 表 1： 煙氣含量： 成分 N2 O2 CO2 SO2 顆粒物 含量（ mol%） 81 5 14 50PPm 50mg/m3 計算結(jié)果為： T＝ 313K時，ρ G＝ kg/mol （ 2） .液體密度 所用吸收溶液密度可根據(jù) Little等人的計算公式確定。 多項式系數(shù)。，）；液體濃度（）；混合煙氣的密度（??????321332210//aaammo lcmkgcacaaM E ALM E AM E AL?? 表 2：不同溫度下的 MEA水溶液密度的多項式系數(shù)： ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 32 計算結(jié)果如下表： 溫度（ K） 313 325 393 368 密度（ kg/m3） 粘度 （ 1） .氣體粘度 氣體在不同溫度下的動力粘度系數(shù)μ可用 Sutherland公式進行計算： SSTT TTTT ??????????? 02300?? ）。常數(shù)（）；溫度（）；（時氣體的動力粘性系數(shù)下溫度為）；氣體動力粘度（KS u t h e r l a n dTKTS00???????sPaa t msPa?? 混合氣體的動力粘度系數(shù)可用下式近似計算： ）。數(shù)（組分氣體的動力粘度系煙氣中組分氣體分子量；煙氣中分比；組分氣體所占的體積百煙氣中）；煙氣動力粘度（sPaiimisPammiiiGiiiiiG???????????????? 2121 煙氣中各組分的 0? ，分子量 mi和 Sutherland常數(shù)： 氣體 )(10 60 sPa ??? m TS(K) N2 28 114 O2 32 131 CO2 44 254 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 33 計算結(jié)果如下： T = 313K時， G? ＝ 105 Pa s T = 393K時， 水蒸氣? = 105 Pa s （ 2） .液體粘度 多項式系數(shù)。，）；液體濃度（）；溶液的動力粘度系數(shù)（???????32132210/bbbmm o lcsPacbcbbM E ALM E AM E AL?? 不同溫度下 MEA水溶液粘度的多項式系數(shù)： 計算結(jié)果如下： T = 313K時， L? = mPa s 擴散系數(shù) （ 1） CO2在煙氣中的擴散系數(shù) CO2在煙氣中的擴散系數(shù)可以利用 Fuller等人提出的經(jīng)驗公式計算： ）。分的摩爾質(zhì)量（二元氣體體系中氣體組，；，，），分的擴散體積（二元氣體體系中氣體組，）；數(shù)（二元氣體體系的擴散系m o lkgMMm o lmm o lmm o lmm o lmm o lmsmDMMpTDOHN/////11)(213535O3535CO32122,12121231231182,12222???????????????????????????????????? 計算結(jié)果如下： DCO2,煙氣 ＝ 105 m2/s DCO2,水蒸氣 ＝ 105 m2/s ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項目設計 34 （ 2） CO2在溶液中的擴散系數(shù) CO2在 MEA溶液中的擴散 率和物理溶解度的求解利用 N2O類推的方法進行計算： ）。數(shù)（氣體在純水中的擴散系，）；數(shù)（氣體在溶液中的擴散系，smDDsmDDDDDDOHONOHCOLONLCOOHONOHCOLONLCO/ONCO/ONCO222,222,,222222222222??? Versteeg等人測定了不同溫度下 CO2和 N2O在水中的擴散率分別為： )/2371e x p ()/2119e x p (6,6,2222 TD TDOHONOHCO???????? N2O