年产10万吨合成氨造气工段工艺设计(5)

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

进项：

（a）燃料带入氢量： 1.91×X/344=0.00555 水蒸汽带入氢量： W×2/18=W/9

（b）氮空气中水蒸汽含氢量： 1.982×2/18×X/344=0.00064X 合计： W/9＋0.0062X 出项：

（1）半水煤气中氢量：0.0390X

（2） 半水煤气中水汽含氢量：（0.25×2/18）X=0.0278X 合计：0.067X

平衡：W/9＋0.0062X=0.067X

W=0.556X--------------------------（1）

下行制气阶段氢平衡（以kg计） 进项：

（1）燃料带入氢量 1.91－0.00555X （2）蒸汽带入氢量 W×2/18=W/9

（3）氮空气中水汽含氢量：1.982×2/18－0.00064X=0.22－0.00064X 合计：W/9＋2.13-0.0062X 出项：

a．半水煤气中氢量

（344－X）×0.0390=13.42－0.0390X b.半水煤气中水汽含氢量

（0.42×2/18）×（344－X）=16.05－0.047X 合计：29.47－0.086X

平衡：W/9＋2.13－0.0062X=29.47－0.086X W=246－0.78X---------------------------（2）

解方程（1）和（2）得： X=184 W=102.4

由此得：

上行半水煤气产量：184N m3

上行半水煤气产量占总产量的百分数：184/344×100%=53.4% 下行半水煤气产量：344－184=160

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下行半水煤气产量占总产量的百分数：160/344×100%=46.6% 上行半水煤气中水蒸汽量0.25×184=46kg 下行半水煤气中水蒸汽汽量：0.42×160=67.2 46＋67.2=113.2

蒸汽总耗量：102.4×2=204.8kg

上吹蒸汽分解率： （102.4－46）/102.4×100%=55.08% 下吹蒸汽分解率： （102.4－67.2）/102.4×100%=34.38%

平均蒸汽分解率： [204.8－（46＋67.2）]/204.8×100%=44.73% 5.氧平衡（以kg计） 进项：

（1）燃料中带入氧量：5.40

（2）蒸汽带入氧量：204.8×16/18=182.04 （3）氮空气中氧含量：72×0.21×32/22.4=21.6 （4）氮空气中水汽含氧量：1.982×16/18=1.76 合计：210.80 出项：

（1）半水煤气中氧量：344×0.34=118.96

（2）半水煤气中水汽含氧量：（67.2＋46）×16/18=100.62 合计 211.42

误差：（211.42－210.80）/210.80×100%=0.29% 6．硫平衡（以kg计） 进项：

燃料带入硫量：0.45 合计0.45 出项：

半水煤气中含硫量：344×0.00136=0.47

4.3.2 热量衡算 1. 进项（以kJ计）： (1) 燃料热值：100×28476=2847600 (2) 燃料显热：100×25×1.05=2625

(3)蒸汽的焓：102.4×2730＋102.4×3595=647680

（2730 、 3595分别为上行蒸汽和下行蒸汽的焓）摘自梅安华主编.小合成氨厂工艺技术与设计手册.（上册）

(4)干氮空气显热：72×25×1.30=2344（1.30为空气的比热） (5)氮空气中水汽的焓：1.982×2564=5081 （2564为水蒸汽的焓）

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合计：3505330 2.出项：

（1）半水煤气热值：344×9795.77=3369746

1标准m3半水煤气热值为：12810×0.43＋12684×0.321＋39984×0.0054=9795.77 （2）干半水煤气的显热：184×1.223×600＋160×1.346×200=178091 上行半水煤气比热：

0.075×2.06＋0.002×1.42＋0.321×1.36＋0.43×1.31＋0.0054×2.26＋0.1666×1.35=1.223kJ/ m3℃ 下行半水煤气比热：

0.075×1.81＋0.002×1.34＋0.321×1.31＋0.43×1.30＋0.0054×1.76＋0.1666×1.31=1.346kJ/ m3℃ （1）半水煤气中水汽的焓：46×3696＋67.2×2890=364224 （3696、2890分别为600 ℃和200 ℃蒸汽的焓）摘自.《煤化工工艺学》 郭树才编 （2）带出物热值：30030×2=60060

（3）带出物显热：600×1.05×2=1260 （1.05为带出物的比热）

（4）灰渣中可燃物热值：34020×2.20＋10500×0.05=75369 （34020、10500分别为碳和硫的热值）摘自.《煤化工工艺学》 郭树才编

（5）灰渣显热：15.2×0.97×200=28488 （0.97为灰渣的比热） （6）热损失（取燃料发热值的8%）2847600×0.08=227808 合计：4305044

3.需从煤层中吸取的热量（kJ） 4305044－3505330=799714 4.制气效率：

3505330/（2847600＋799714＋647680）×100%=81.6% 5.热量平衡表

表11热量平衡表（kJ）

进项

燃料热值 2847600 燃料显热 2625 蒸汽的焓 647680 干氮空气显热 2344 氮空气中水汽的焓 5081 从煤层中吸取热量799714

合计 4305044

出项

半水煤气热值 3369746 干半水煤气显热 179159 半水煤气中水汽的焓 364224

带出物热值 60060 带出物显热 1260 灰渣中可燃物热值 75369

灰渣显热 28488 热损失 227808 合计 4305044

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4.4 总过程计算

4.4.1 燃料使用分配 设100kg燃料用于制半水煤气为Xkg 根据热量平衡得：799714X=（100－X）×132974 X=62.4

每100kg燃料用于制半水煤气为62.4%，用于制吹风气未37.6% 4.4.2 每100kg燃料的生产指标 吹风气产量： 580×0.376=218N m3 半水煤气产量： 344×0.624=214.6N m3 氮空气消耗量： 72×0.624=44.9 蒸汽消耗量： 204.8×0.624=127.8 吹风时空气消耗量： 530×0.376=199 总过程效率：

（214.6×9795.77）/（2847600＋647680×0.624）×100%=64.6% 4.4.3 物料衡算（kg） 1.碳平衡 进项：燃料中碳含量：74028 合计：74.28 出项：

（1）半水煤气中碳含量：214.6×0.215=46.14 （2）吹风气中碳含量：218×0.128=27.90 合计：74.04

误差：（74.28－74.04）/74.28×100%=0.32% 2.氢平衡 进项：

（1）燃料中氢含量：1.91

（2）空气中水汽含氢量：199×1.293×0.0213×2/18=0.61 （3）氮空气中水汽含氢量：44.9×1.293×0.0213×2/18=0.14 （4）蒸汽含氢量：127.8×2/18=14.2 合计：16.86 出项：

（1）半水煤气中氢含量：214.6×0.0390=8.37

（2）半水煤气中水气含氢量：214.6×113.2/344×2/18=7.85 （3）吹风气中含氢量：218×0.00438=0.95 （4）吹风气中水汽含氢量：218×0.0154×2/18=0.37

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合计 ：17.54

误差：（17.54－16.86）16.86×100%=4% 3 氧平衡 进项：

（1）燃料中氧含量5.40

（2）空气中氧含量：199×0.21×32/22.4=59.7 （3）蒸汽中含氧量：127.8×16/18=113.6 （4）空气中水汽含氧量：199×0.21×32/22.4=4.87

（5）氮空气中水汽含氧量：44.9×1.293×0.0213×16/18=1.10 （6）氮空气中氧量：44.9×0.21×32/22.4=13.47 合计： 198.14 出项：

（1）半水煤气中氧含量：214.6×0.340=72.96

（2）半水煤气中水汽含氧量：214.6×113.2/344×16/18=62.77 （3）吹风气中氧含量：218×0.288=62.78

（4）吹风气中水汽含氧量：218×0.0154×16/18=2.98 合计：201.49

误差：（201.49-198.14）/198.14×100%=1.6% 4 氮平衡 进项：

（1）燃料中氮含量：0.75

（2）空气中氮含量：199×0.79×28/22.4=196.51 （3）氮空气中氮含量：44.9×0.79×28/22.4=44.34 合计： 241.60 出项：

（1）半水煤气中氮含量：214.6×0.2083=44.70 （2）吹风气中氮含量：218×0.905=197.50 合计：242.2

误差：（242.2－241.60）/242.2×100%=0.2% 5硫平衡 进项：

（1）燃料中硫含量：0.45 出项：

（1）吹风气中硫含量：218×0.0008=0.1744 （2）半水煤气中硫含量：214.6×0.00136=0.2918 合计 ： 0.46

误差：（0.46－0.45）/0.46×100%=2.1% 4.4.4 热量衡算（kJ） 进项：

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