此计算书为内部参考,切勿传播!
30000NM3/h变换气脱碳装置计算书
一、装置基本条件
⑴变换气组成(V)
变换气组成见表1
表1 变换气组成一览表
组成 |
H2 |
CO2 |
CO |
CH4 |
N2 |
O2 |
∑ |
V% |
53 |
27 |
2 |
1.8 |
16 |
0.2 |
100 |
⑵ 温度: ≤40℃
⑶ 压力(表): 0.78MPa
⑷ 处理变换气: 30000Nm3/h
⑸ 总硫: ≤150mg/ Nm3
⑹ 年开车时间: 8000小时
二、脱碳装置性能指标
⑴ 净化气中CO2含量: ≤0.2%(V)
⑵ 净化气压力(表): 1.8MPa
⑶ 净化气温度: ≤45℃
⑷ 氢气回收率: ≥99.5%(V) (吸附塔四均后无气体返回压缩系统)
⑸ 氮气回收率: ≥98%(V) (吸附塔四均后无气体返回压缩系统)
⑹一氧化碳回收率: ≥97%(V) (吸附塔四均后无气体返回压缩系统)
三、设备的选型及计算
根据以上条件,本装置采用我公司的两段变压吸附吹扫流程,粗脱段采用15-3-10流程(即15塔3塔吸附10次均压),循环时间为800s;净化段采用9-2-4(即9塔2塔吸附4次均压),循环时间为720s。
1、吸附剂的用量计算(实际操作压力按粗脱段0.75Mpa、净化段1.75Mpa)
本装置粗脱段吸附塔中的吸附剂采用两段装填,下层为氧化铝,上层为硅胶;净化段吸附塔中的吸附剂采用硅胶。
a. 氧化铝的计算
以146000Nm3/h的变换气需要氧化铝为136m3,所以需要氧化铝为:
30000×136×18.5÷8.5÷146000=60.82m3
为保险取氧化铝为60.82×1.15=70m3
b. 粗脱段硅胶的计算
以146000Nm3/h的变换气需要硅胶为1000m3,所以需要硅胶为:
30000×1000×18.5÷8.5×146000=447.22m3
为保险取硅胶为447.22×1.15=514.3m3
按东平的1.15倍计算:(60.82+447.22)×1.15=584.25
取585m3
c. 净化段硅胶的计算
以146000Nm3/h的变换气需要硅胶为604m3,所以需要硅胶为:
30000×604÷146000=124m3
按东平的1.3倍计算124×1.3=161.2m3
2、水分离器的计算
a. 水分离器直径的计算
变换气量为30000Nm3/h;
变换气压力为0.78Mpa(表压);
变换气温度为40℃;
空塔气速取0.42m/s;
变换气在气水分离器中停留时间取12s。
0.42×0.785×D2=30000÷273÷8.8×313÷3600
D=(30000×313/3600×8.8×0.42×0.785×273)1/2
=(30000×313/3600×8.8×0.42×0.785×273)1/2
=1.815m
圆整直径为1800mm
b.水分离器高度的计算
实际空塔气速为0.427m/s
则水分高度为12×0.427=5.124m
圆整高度为5200mm
c.水分离器容积计算
0.785×1.82×12×0.427+0.795×2=14.62 m3
3、吸附塔的计算
吸附剂装填量为(584.25)/15=38.95 m3
取39 m3
1)粗脱吸附塔的计算
a.粗脱段吸附塔直径的计算:(空塔流速取0.072m/s)
D直=(30000×(273+40)/(0.785×3×3600×273×8.8×0.080))1/2
=2.40m
所以,吸附塔直径取2400mm
b.粗脱段吸附塔高度的计算:
H筒=(V氧化铝+V硅胶)/0.785×D塔2×塔数
=(585)/0.785×2.42×15
=8.63m
V塔=39÷0.9=43.33 m3
c.进塔口径计算
D直=(30000×313÷273÷3600÷8.8÷0.785÷12÷3)1/2
=0.196m
取DN=200mm
d.出塔口径计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-9)÷273÷3600÷8.8÷0.785÷10÷3)1/2
=0.192m
取DN=200mm
2).净化段吸附塔直径的计算
吸附剂装填量为161.2/9=17.9 m3
a.净化段吸附塔直径的计算:(空塔流速取0.053m/s)
D直=﹛30000×(100-27)×313/(100-9)×273×3600×2×19×0.785×0.053﹜1/2
=2.202m
所以,吸附塔直径取2200mm
b.净化段吸附塔高度的计算:
H筒=V硅胶/0.785×D塔2×塔数
=161.2/(0.785×2.22×9)
=4.71 m
V塔=17.8÷0.9=19.78m3
c.进塔口径计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-9)÷273÷3600÷19÷0.785÷11÷2)1/2
=0.153m
d.出塔口径计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-0.2)÷273÷3600÷19÷0.785÷10(12)÷3)1/2
=0.131(122)m
所以取125mm
4、缓冲罐的计算
a.顺放缓冲罐的计算
﹛19.78×0.65+0.3﹜×2.2×2.2÷3=21.23m3
取20 m3
缓冲罐直径取2400mm,H=4425 mm
共3个
b.逆放缓冲罐的计算
取60m3
缓冲罐直径取2400mm H=13275 mm
c.吹扫气缓冲罐的计算
取60m3
缓冲罐直径取2400mm H=13275 mm
5、进气管道直径的计算
D直=(30000×313÷273÷3600÷8.8÷0.785÷12)1/2
=0.340m
所以进气管道直径取DN=350mm
6、中间气管道的计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-9)÷273÷3600÷8.8÷0.785÷11)1/2
=0.318m
所以中间气管道直径取DN=300mm
7、压缩机出口管道计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-9)÷273÷3600÷19÷0.785÷10)1/2
=0.227m
所以压缩机出口管道直径取DN=250mm
8、净化气出口管道计算
D直=(30000×(100-27)×313÷(100-0.2)÷273÷3600÷19÷0.785÷10)1/2
=0.216m
所以净化气出口管道直径取DN=200mm
8.焦炭过滤器的计算参照茌平图纸
9.均压管道的计算
1)、粗脱段
一、一均
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=80mm,均压时间=18s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=15s
均压管道直径DN1=(802×18×43.33÷15÷13.34)1/2=157.9mm
②按均压压差算:
DN={ (7.8-6.78)×(43 .33×0.65+0.3)÷7.78÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.121m
考虑有底部均压,取DN=100mm
二、二均
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=100mm,均压时间=15s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=15s
均压管道直径DN1=(1002×15×43.33÷15÷13.34)1/2=180.23mm
②按均压压差算:
DN={ (6.78-5.84)×(43 .33×0.65+0.3)÷6.84÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.124m
取DN=125mm
三、三均
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=100mm,均压时间=15s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=15s
均压管道直径DN2=(1002×15×43.33÷15÷13.34)1/2=180.23mm
②按均压压差算:
DN={ (5.84-4.98)×(43 .33×0.65+0.3)÷5.98÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.127m
取DN=125mm
四、四均
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=125mm,均压时间=18s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=15s
均压管道直径DN2=(1252×18×43.33÷15÷13.34)1/2=246.78mm
②按均压压差算:
DN={ (4.98-4.19)×(43 .33×0.65+0.3)÷5.19÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.131m
取DN=150mm
五、五均
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=125mm,均压时间=17s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=15s
均压管道直径DN2=(1252×17×43.33÷15÷13.34)1/2=239.83mm
②按均压压差算:
DN={ (4.19-3.47)×(43 .33×0.65+0.3)÷4.47÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.135m
取DN=135mm
六、六均
按均压压差算:
DN={ (3.47-2.81)×(43 .33×0.65+0.3)÷3.81÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.150m
取DN=150mm
七、七均
按均压压差算:
DN={ (2.81-2.21)×(43 .33×0.65+0.3)÷3.21÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.145m
取DN=145mm
八、八均
按均压压差算:
DN={ (2.21-1.66)×(43 .33×0.65+0.3)÷2.66÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.153m
取DN=150mm
九、九均
按均压压差算:
DN={ (1.66-1.15)×(43 .33×0.65+0.3)÷2.15÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.163m
取DN=150mm
十、十均
按均压压差算:
DN={ (1.15-0.70)×(43 .33×0.65+0.3)÷1.70÷15÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.172m
取DN=200mm
十一、逆放
①按其他工程均压管道:吸附塔全容积:V=13.34m3,均压管道直径DN=200mm,逆放时间=39s,
吸附塔全容积:V=39/0.9=43.33m3,均压平衡时间t=30s
逆放管道直径DN2=(2002×39×43.33÷30÷13.34)1/2=410.97mm
②按均压压差算:
DN={ (0.70-0.00)×(43 .33×0.65+0.3)×1.00÷30÷0.785÷20
×0.93}1/2
=0.198m
取DN=200mm
十二、吹扫
按一段逆放排放30%的CO2,其余全从一段排放,排放气体中CO2
浓度为95%
30000×27%-{30000-30000×(1-27%)/(1-9%)}×30%=6139 .80NM3/h
(6139 .80×313×273÷3600÷0.785÷20) 1/2=0.352m
取DN=400mm
2)、净化段
一、一均
按齐鲁一化:吸附塔全容积:V=22.85m3,均压管道直径DN1=80mm,一均平衡时间=18s,
吸附塔全容积:V=17.8/0.9=19.77m3,均压平衡时间t=25s
均压管道直径DN1=(802×18×19.77÷25÷22.85)1/2=63.14mm
二、二均
按齐鲁一化:吸附塔全容积:V=22.85m3,均压管道直径DN1=80mm,二均平衡时间=20s,
吸附塔全容积:V=17.8/0.9=19.77m3,均压平衡时间t=25s
均压管道直径DN1=(802×20×19.77÷25÷22.85)1/2=66.55mm
三、三均
按齐鲁一化:吸附塔全容积:V=22.85m3,均压管道直径DN2=100mm,二均平衡时间=20s,
吸附塔全容积:V=17.8/0.9=19.77m3,均压平衡时间t=25s
均压管道直径DN1=(1002×20×19.77÷25÷22.85)1/2=83.19mm
四、四均
按齐鲁一化:吸附塔全容积:V=22.85m3,均压管道直径DN2=100mm,二均平衡时间=20s,
吸附塔全容积:V=17.8/0.9=19.77m3,均压平衡时间t=25s
均压管道直径DN1=(1002×20×19.77÷25÷22.85)1/2=83.19mm
取DN=100mm
五、顺放一
按顺放0.06Mpa,解吸倍数按1.9计,缓冲罐压力按0.075Mpa计算
顺放时间10s计
{(19.77×0.65+0.3) ×1.9×0.6÷10 ÷1.75÷0.785÷20}1/2=0.234m
取DN=200mm
六、顺放二
按顺放0.08Mpa,解吸倍数按2.2计,缓冲罐压力按0.12Mpa计算
顺放时间12s计
{(19.77×0.65+0.3) ×2.2×0.8÷12 ÷2.2÷0.785÷20}1/2=0.236m
取DN=200mm
七、顺放三
按顺放0.08Mpa,解吸倍数按2.5计,缓冲罐压力按0.132Mpa计算
顺放时间12s计
{(19.77×0.65+0.3) ×2.5×0.8÷12 ÷2.32÷0.785÷20}1/2=0.245m
取DN=200mm
八、吹扫一
按顺放0.06Mpa,解吸倍数按3.0计,吹扫压力按0.02Mpa计算
{(19.77×0.65+0.3) ×3.0×0.6÷(12×60÷54×3) ÷1.2÷0.785÷20}1/2=0.177m
取DN=200mm
九、吹扫二
按顺放0.08Mpa,解吸倍数按3.5计,吹扫压力按0.02Mpa计算
{(19.77×0.65+0.3) ×3.5×0.8÷(12×60÷54×3) ÷1.2÷0.785÷20}1/2=0.221m
取DN=200mm
十、吹扫三
按顺放0.08Mpa,解吸倍数按4.0计,吹扫压力按0.02Mpa计算
{(19.77×0.65+0.3) ×4.0×0.8÷(12×60÷54×5) ÷1.2÷0.785÷20}1/2=0.201m
取DN=200mm
十一、 逆放
按顺放0.10Mpa,解吸倍数按1.5计,逆放压力按0.02Mpa计算
{(19.77×0.65+0.3) ×1.5×1.0÷(12×60÷54×2) ÷1.2÷0.785÷20}1/2=0.217m
取DN=200mm