甲烷化工艺流程

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0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
结论

通过分析,R1出口比R2出口的气体体积流量(标况体 积)大1.2倍左右。如果二段的增压为2atm是1段的两 倍时,前面根据<650oC的温度要求,要求2段的循环 比>0.56。通过简单计算0.56*1*2/0.67*1.2*1=1.4倍


因此,循环压缩机的功耗至少为SCHEME-1的1.4倍
HEX1 Q=500889 Q=0 185 10 482 180 493 HEX2 7 Q=-2504691 W =19021 COMPR 689 1028 689 685 HEX3 Q=-1322878 R1SPLIT
Q W Temperature (C ) Volume Flow Rate (cum/hr) Duty (Watt) Power(Watt)
组成
Mol%


H2
0.6
CO
0.2
CO2
0.01
CH4 H2O
0.18 0.005
N2
0.005
几种工艺方案

Scheme1: TREMP(1stCYC-R1)
Scheme2: TREMP-New(1stCYC-R1)


Scheme3: 2nd-Cycle process(2ndCYC-R1)
Q W
300 335
0
0
0 596 4 1966 658 5 952 Q=0
26
Q=0
27 30
250 18 554
477 19 717
207
P RODUCT S Q=-2875240 B 15 30 209 B 16
Q=-819147
Temperature (C) V o lu me F lo w Rate (cu m/h r) D u ty (W att) P ow er(W att)
0.8
0.85
0.9
换热器的热负荷
-500000.0 0.0
Sensitiv ity S-1 Summary
-1.e+006
QHEX3 QHEX4 QHEX5
-2.5e+006
-2.e+006
WATT -1.5e+006
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 SPLIT 8 F RAC FRAC
450
650
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 VAR Y 0.5 0.55 1 B9 7 FR AC FR AC 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
0.05
循环压缩机功耗
100000.0 120000.0 140000.0 160000.0
操作区间比Scheme-1要大
SCHEME-4(HICOM)
300 300 FE ED B5 3
TREMP和SCHEME-3的组合
R1
R2
R3
RECYCR2
300
RECYCR1 B 18 B 12 Q=420114
300 Q=0 25 S PLIT 1 4 467
16 Q=0
300
26
18
250 Q=0
300 25 Q=0 Q=0 26 18 250 Q=0 16 300 5 439 19 298 P RODUCT 30 27
4 HEX 1 Q=1362930 Q=-5462890
596 HEX 3 300
6 10 185
180
300
HEX 4 Q=-790102
HEX 5 30 S EP 20 Q=-934522 30 Q=-1276370 22
20 30 2 Q=-0 22
循环比对三段反应器温度的影响
R2 R1的温度受一段循环比的影响和原料气入口分流没有关系
R3
0.6
0.7 0.8 0.9 进入R2的原料越少
产品气中甲烷的浓度
因此可能还需要增加一段反应器
对循环风机功耗的影响
换热器负荷的影响
HEX3
0.6 0.7 0.8 0.9
不同反应器出口H2浓度的影响
B16
30 5
22 Q=-1322180
小结

这种工艺相当与两段R1反应器,因此,三段反应器出口甲 烷浓度偏高,需要增加反应器段数;

循环风机的功耗实际上等于原来的功耗乘以原料气的分流 比;


对高品位能量也没有影响;
这种工艺适应于增加反应器的成本低于循环风机的功耗
Scheme3: 2nd-Cycle process(2ndCYC-R1)
300 818 300 FE ED B5 300 1586 16 18 1439 250 500
R2 R1 300 RECYCLE 768 0 0
R3
0
26 HEX 1 Q=639325 Temperature (C ) Volume Flow R ate (cum/hr) Q W Duty (Watt) Power(W att) 189 619 Q=-3988330 HEX 2 180 650 Q=-1866240 17 HEX 3 Q=0 639 4 2213 480 S PLIT 480 1044 8 Q=-982535 HEX 4 HEX 5 696 Q=-2292260 30 Q=0 5 480 1740 Q=0 19
0.1
循环比对产品气出口浓度的影响
0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Sensitiv ity S-1 Summary 0.45 0.5 0.55 VARY 1 SPLIT 8 F RAC FRAC 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 EFF PROCH4
循环比
4.5
Sensitiv ity S-1 Summary RECR
0.5
1.0
1.5
BASE-UNI TS 2.0 2.5
3.0
3.5
4.0
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 SPLIT 8 F RAC FRAC
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
各段换热器的热负荷
-1.e+006 0.0
Sensitiv ity S-4 Summary
-2.e+006
HEX3Q HEX4Q HEX5Q
-6.e+006
-5.e+006
-4.e+006
WATT -3.e+006
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 B9 7 FRAC FRAC
Scheme2: TREMP-New(1stCYC-R1)
300 818 300 300 491 B5 300 3 300 11 972 R1 1463 R2 R3 6 B4 300 8 674 327 FE ED FE EDS
1
B 12 25 Q=817737 16 Q=0 185 10 776 180 795 B 11 596 1475 596 7 492 Q=-1910360 B 13 B 14 Q=-3305850 R1SP LIT W =30672 14 COMPR 15
Sensitiv ity S-1 Summary
PCO
50000.0
100000.0
WATT 150000.0
200000.0
250000.0
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 SPLIT 8 F RAC FRAC
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
Sensitiv ity S-1 Summary
450
WCOM
35kw-150kw
60000.0
WATT 80000.0
20000.0
40000.0
650oC
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 B9 7 FRAC FRAC
0.6
0.65
0.7
0.75
0.852
0.854
0.856
BASE-UNI TS 0.858 0.86 0.862 0.864 0.866 0.868
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
650oC
温度操作窗口
0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 VARY 1 B9 7 FRAC FRAC 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
27
5
351
19
266
30
Q=2651950
S PLIT 2 180 B 11 10 467 B 13 467 184 Q=-7086550 W =96388 COMP1 W =31976 12 15 7 COMP2 9 Q W Duty (Watt) Power(W att) 189 Temperature (C) Q=-1446070 351 B 17 180 Q=-659454 8 Q=-402107 20 B 14 351 Q=-807775 B 15 30
甲烷化工艺流程考虑
计算条件

气量0.145kmol/s

R1入口温度300oC; R2入口温度300oC;R3入口温度 250oC
PR1=30atm,PR2=29atm;PR3=28atm; 第一段循环,增压1atm;第二段循环,增压2atm; 循环风机入口温度180oC;原料气入口300oC;循环增 压后换热到300oC 气体组成:
550.0 600.0 650.0
700.0
K 750.0 800.0
850.0
900.0
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45 0.5 0.55 VARY 1 SPLIT 8 F RAC FRAC
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
循环比对压缩机功耗的影响
300000.0
0 16 25 689 4 1713
300 420
0
0
0
26 Q=0 657 5 954 Q=-1917705 HEX4 18
Q=0
27 Q=0
12
30 131
250 549
475 19 713 250 Q=-969904 HEX5 20 510 2
316 579 30 B2 264 Q=-1064580 9 PRODUCT S
27 320 548 30 186
P RODUCT
189
B 16
20
30 2 Q=0
12
W =49462 COMP
22
循环比对反应器温度的影响
950.0 1000.0 1050.0 1100.0
调节范围0.56-0.9
R1T R2T R3T
Sensitiv ity S-1 Summary
650oC
Scheme4: HICOM (1stCYC+2ndCYC-R1) Scheme5: Great plains(2ndCYC-R1&R2)
Scheme1: TREMP(1stCYC-R1)
300 300 FE ED B5 3
REA CT OR1
REA CT OR2
REA CT OR3
RECYCLE
0.6 0.7 0.8 0.9
不同反应器出口CO浓度的影响
0.6 0.7 0.8 0.9
不同反应器出口CH4浓度的影响
0.6 0.7 0.8 0.9
不同反应器出口CO2浓度的影响
0.6 0.7 0.8 0.9
4段工艺
300 827 300 300 579 B5 3 8 300 11 608 R1 R2 300 1188 6 B4 300 676 R3 R4 248 FEED FEEDS 1
Sensitiv ity S-1 Summary S1
R3T
R2T
R1T
对应循环比
BASE-UNI TS 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
Sens itiv ity S-2 R es ults Summary R ATIO
0.6
0.65
0.7Baidu Nhomakorabea
0.75
0.8
0.85
0.9
小 结

循环比是主要的调节参数,当SPLIT=0.67时, R1的出口温度为650oC。因此,要求split>0.67, 对应的循环比>1.2;

要求的功耗大约在35kw-150kw(对应的循环比为 1.2-4.0)

工艺简单, R1负荷比较大 (650oC,Q=510kW;450oC,Q=600kW)
0.85
0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.825 0.8275 0.83 BASE-UNI TS 0.8325 0.835 0.8375 0.84 0.8425 0.845 0.8475
0.9
0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96
Q=-1414050 HEX 2 B9
Q
Temperature (C) D u ty (W att) P ow er(W att)
W =51122 COMPRES S
W
0.85 C 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0
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