【正文】 36表選擇性氧化出口合成氣氣體成分 氣體 2,XCHV 2,XCOV ,XCOV 2,XNV 2,XHV 2,XHOV 干氣體總流量,XgV 總流量XV 流量(Nm3/h) 0 317 體積分?jǐn)?shù)（ %） 0 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 25 干氣體積分?jǐn)?shù)（ %） 0 由于選擇性氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其單位時間內(nèi)的放熱量為： , 1000 /2 2 .4d c o xXO V k J h??? (271) 式中， XQ 為選擇性氧化反應(yīng)單位放熱量，見氧化反應(yīng)式（ 211），為 kJ/mol。因 此，近似取 CO完全反應(yīng)，反應(yīng)后 CO含量為 0。否則，應(yīng)調(diào)整低變出口合成氣溫度，再重復(fù)上述計算步驟，重新計算至合理范圍為止。 35表低變反應(yīng) 出口各氣體流量（ Nm3/ h） ,4dCHV ,2dCOV ,dCOV ,2dHV ,2dNV ,2gHOV 總流量 gV 0． 36 104． 6 2． 82 280． 2 1． 02 317． 48 705． 76 假設(shè)低變出口溫度為 280℃ ，則可計算出單位時間內(nèi)低變出口合成氣的熱量為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4 2 2 2 2 24 2 2 2, , , , , , , ,d O U T d C H t d C O t d C O t d N t d H t C H O t H OC H C O C O N HQ V C t V C t V C t V C t V C t m h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?/KJ h (267) 式中： t——高變出口合成氣溫度， ℃ ； ,2dHOm——高變出口合成氣中水蒸汽的質(zhì)量流率， kg/h； 第三章 計算 24 ,2CHOh——在高變出口合成氣溫度，壓力 ，水蒸汽 的比焓， kJ/kg； ? ? 4t CHC ， ? ? 2t COC ， ? ?t COC ， ? ?2t NC ， ? ?2t HC ——分別為 CH CO CO、 NH2在溫度為 t時的定壓比熱，可查物性數(shù)據(jù)手冊 kJ/Nm3, , ,d H g H d COV V V? ? ?+=28 Nm3/ h (266) 而甲烷和氮?dú)庠诘妥兎磻?yīng)中含量不變。, , ,d co g co d coV V V??== Nm3/ h (264) 單位時間內(nèi)低變反應(yīng)后合成氣中 CO2含量為： 22 39。 計算得： ,2dHOV= Nm3/ h 根據(jù)變換反應(yīng)式（ 28）可看出， CO、 H2O、 CO2和 H2的化學(xué)當(dāng)量比均為 1:1。 計算得： doQ = Nm3/ h 低變反應(yīng)后，單位時間內(nèi)合成氣中水蒸汽剩余量,2dHOV： , 2 2 2 39。dcoV為： 39。℃ 。否則，應(yīng)調(diào)整高變出口合成氣溫度，再重復(fù)上述計算步驟，重新計算至 Xg在合理范圍為止?！?。其具體數(shù)據(jù)詳見下表表所示。, , ,g CO C CO g COV V V? ? ?+=(255) 單位時間內(nèi)高變反應(yīng)后合成氣中 H2含量為： 22 39。 計算得： 2,gHOV=根據(jù)變換反 應(yīng)式（ 28）可看出， CO、 H2O、 CO2和 H2的化學(xué)當(dāng)量比均為 1： 1，于是可得到單位時間內(nèi)高變反應(yīng)后合成氣中 CO含量為： 39。 將高變?nèi)肟诤铣蓺鉁囟?360℃ 、表 23和表 24中的數(shù)據(jù)代入上式可得到： gnQ = kg/h 則單位時間內(nèi)合成氣需要經(jīng)過高效換熱器帶走的熱量 gnQ 為： gb cou t ginQ Q Q? ? ? kg/h (250) 定高溫水汽變換反應(yīng) 后合成氣中的 CO含量為 3%，則根據(jù)變換反應(yīng)式（ 28），單位時間內(nèi)參與反應(yīng)的 CO量為 Vg,co為： 39。 根據(jù)工藝可知，合成氣出口溫度為 870℃ ，于是根據(jù)上式，并結(jié)合表 23和表 24可計算得第三章 計算 20 到： ,routQ ?103 /KJ h 于是，轉(zhuǎn)化過程的能量平衡系數(shù) X2為： 2,( ) /Z r ou t oX Q Q Q?? = (248) 根據(jù)高溫變換的工藝要求， CO高變?nèi)肟诘臏囟葹?360℃ ，于是單位時間內(nèi)合成氣帶入高溫變換反應(yīng)器的熱量為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4 2 2 2 2 24 2 2 2, , , , , , ,g n C C H t C C O t C C O t C N t C H t C H O t H OC H C O C O N HQ V C t V C t V C t V C t V C t m h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?/KJ h (249) 式中： t——高變?nèi)肟诤铣蓺鉁囟龋?℃ ； 2,CHOm——高變?nèi)肟诤铣蓺庵兴羝馁|(zhì)量流率， kg/h； 2,tHOh——在高變?nèi)肟诤铣蓺鉁囟?t，壓力為 ，水蒸汽的比焓， kJ/kg； ? ? 4t CHC ， ? ? 2t COC ， ? ?t COC ， ? ?2t NC ， ? ?2t HC ——分別為 CH CO CO、 N H2在溫度為 t時的定壓比熱，可查物性數(shù)據(jù)手冊 [70,71]， kJ/Nm3 轉(zhuǎn)化反應(yīng)合成氣中水的流量可按下式計算： ? ?2 2 2 2 25 3, , ,1 /mmC H O r H O n C H m H O zmV V V n N N m h???? ? ? ? ?? (246) 式中：2,mHON——各烷烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的 H2O化學(xué)計量系數(shù)，見上述反應(yīng)式 由上述各式計算得：4,CCHV= 3/Nm h 2,CCHV= 3/Nm h ,CCOV =3/Nm h 2,CHOV= 3/Nm h 33將合成氣的氣體組分整理如表 4,CCHV 2,CCOV ,CCOV 2,CCHV 2,CNV 2,CHOV 總流量 VC 單位時間內(nèi)，合成氣帶出重整 反應(yīng)器的熱量可根據(jù)下式計算： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4 2 2 2 2 24 2 2 2, , , , , , , ,C O U T C C H t C C O t C C O t C N t C H t C H O t H OC H C O C O N HQ V C t V C t V C t V C t V C t m h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /KJh (247) 式中： t——合成氣出口溫度， ℃ ； 2,CHOm——合成氣出口水蒸汽的質(zhì)量流率， kg/h； 2,tHOh——在合成氣出口溫度，壓力 ，水蒸汽的焓， kJ/kg； ? ? 4t CHC ， ? ? 2t COC ， ? ?t COC ， ? ?2t NC ， ? ?2t HC ——分別為 CH CO CO、 N H2在溫度為 t時的定壓比熱，可查物性數(shù)據(jù)手冊 [70,71]， kJ/Nm3單位時間內(nèi)來流原料帶入的總熱量為： 500z rou t nQ Q Q ??? /KJ h (240) 式中： 500nQ? ——用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)天然氣的熱流量 天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)單位體積吸熱量由前面式子計算可得： ? ?2 2 2 25 1 m m m mC c H c HmQ n Q?????? /KJ mol (241) 根據(jù)工藝條件在水碳比為 ，轉(zhuǎn)化壓力為 ，轉(zhuǎn)化出口溫度為 870℃ 時，天然氣蒸汽重整轉(zhuǎn)化效率大于 %。否則，整燃燒天然氣量，再重復(fù)上述計算步驟，重新計算至 X1值在合理范圍內(nèi)為止?！?； 2 ,hHOth——溫度為 th，壓力 ， kJ/kg。 計算過程中引用的各物性參數(shù)如表 23所示。℃）。℃ 。根據(jù)以下計算式可計算出來流原料帶入的熱量。 計算得： 2WHOV = 3/Nm h 2HOm=322 3/Nm h 而由燃燒天然氣帶入的二氧化碳為： 22nCO r COV V n??=35= 3/Nm h (232) 由燃燒天然氣帶入的氮?dú)鉃椋? 22nN r NV V n??=35= 3/Nm h (233) 于是，可得到催化燃燒后煙氣中的成分，見表所示。 于是得： rQ =3619035=126650 /KJ h 根據(jù)燃燒反應(yīng)式，單位時間內(nèi)天然氣燃燒反應(yīng)需要的氧氣2roV可按下式計算： ? ?2 2 2 25 31 /mmr o r C H m omV V n N N m h??? ? ?? (227) 單位時間內(nèi)天然氣燃燒反應(yīng)生成的水蒸汽可根據(jù)下式計算： ? ?2 2 2 25 31 /mmr H O r C H m H omV V n N N m h??? ? ?? (228) 單位時間內(nèi)天然氣燃燒反應(yīng)生成的二氧化碳可根據(jù)下式計算： ? ?2 2 2 25 31 /mmr C O r C H m c omV V n N N m h??? ? ?? (229) 式中： 22mmCHn ? ——天然氣中各烷烴的體積分?jǐn)?shù)，見表； 2moN , 2HON , 2mcoN ——分別為各烷烴燃燒反應(yīng)的氧、水、二氧化碳化學(xué)計量系數(shù) . 2roV= 3/Nm h 2rHOV= 3/Nm h 2rCOV= 3/Nm h 根據(jù)工藝水碳比，則單位時間系統(tǒng)需外加的水蒸汽量 2WHOV ? ? 22 2 2 21 HOW H O n c o N H S rV V n n n C V? ? ? ? ? ? ? ? ? 3/Nm h (230) 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 15 式中： nV ——轉(zhuǎn)化反應(yīng)天然氣的流量， Nm C——天然氣烴的含碳量 ? /2HOc ——水碳比，根據(jù)工藝要求取 ； 2con , 2Nn , 2HSn ——天然氣中 CO N H2S體積分?jǐn)?shù) ,見表。 計算得： 天然氣中各烷烴水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式： CH4+H2O→CO+3H 2 (215) C2H6+2H2O→2CO+5H 2 (216) C3H8+3H2O→3CO+7H 2 (217) C4H10+4H2O→4CO+9H 2 (218) C5H12+5H2O→5CO+11H 2 (219) 根據(jù)天然氣成分（表）以及轉(zhuǎn)化反應(yīng)式，假設(shè)天然氣完全轉(zhuǎn)化，理論轉(zhuǎn)化的氫氣量2OHV 可根據(jù)式（ 220）計算： ? ?2 2 2 25 3,1 /mmO H n C H m HmV V n N N m h??? ? ?? (220) 式中： NM,H2——各烷烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氫化學(xué)計量系數(shù)。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 13 第三章 計算 天然氣流量 Vn70Nm3/h。該反應(yīng)中需要通入氧氣來達(dá)到氧化去除 CO的目的，若氧氣量過多，會增加副反應(yīng)的發(fā)生可能，并降低 CO分壓，導(dǎo)致 CO選擇性下降。高溫變換操作控制H2O/CO＝ 3～ 5，反應(yīng)后的變換氣中 H2O/CO為 15以上，不必再增加蒸汽就可滿足低溫變換的要求。反應(yīng)溫度應(yīng)控制在所使用催化劑的活性溫度范圍內(nèi)。 2)溫度：溫度降低，有利于變換反應(yīng)進(jìn)行。設(shè)計壓力為 1)壓力：壓力對變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響，提高壓力會使副反應(yīng)易于進(jìn)行。高變催化劑的使用溫度為 320℃ ~480℃ ，低變催化劑的使用溫度為 180℃ ~240℃ 。水汽變換是利用 CO與 H2O作用生成CO2與 H2，可以除去大部分的 CO。 4)空間速度 :國內(nèi)一段轉(zhuǎn)化管式爐采用國產(chǎn) Z102型 Ni催化劑時，空速一般為 950 h1 ～1000h1（干天然氣）；二段爐約 3000 h1～ 3400h1（一段干轉(zhuǎn)化氣）。本工藝設(shè)計中天然氣預(yù)熱溫度為500℃ ，轉(zhuǎn)化制氫出口溫度為 870℃ 。在一定的條件下，轉(zhuǎn)化過程中可能發(fā)生析炭的副反應(yīng)： CH4→C ﹢ kJ/mol (25) 2CO→C ﹢ CO2﹢ kJ/mol (26) CO﹢ H2→C ﹢ H2O﹢ kJ/mol (27) 1)壓力 :本工藝設(shè)計壓力為 。重整器出口設(shè)計溫度為 870℃ 。出口溫度為 1160度。 其脫硫主要反應(yīng)： ZnO﹢ H2S=ZnS﹢ H2O﹢ kJ