1. 《天然气化工工艺学》习题、指导与训练 2016.10.09

CO2 44 0.82 CH4 16 3.62 N2 28 10.29 总计 100 其中冷凝分离后气体平均分子量为 M’m=∑yiMi=9.554 kg/kmol

又设放空气体流量为A kmol/h，粗甲醇的流量为B kg/h。对整个系统的N2作衡算得：

5.38B/(28×1000) + 0.1029A = 2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得：

100×10.42 = B + 9.554A (B) (质量流率衡算) 联立（A）、（B）两个方程，解之得

A=26.91kmol/h B=785.2kg/h

反应后放空气体和粗甲醇产物中CO摩尔流量为

FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的A、B值代入得

FCO=4.431 kmol/h 故CO的全程转化率为

F?FCO26.82?4.435XCO?CO,0??83.48üO,026.82 由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器入口处的CO摩尔流量为

F’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h 所以CO的单程转化率为

F?FCO26.82?4.435X'CO?CO,0??16.18üO,0138.4 （技巧）

产物粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为

(9.82?9.38?1.76?2.14?5.38)B?0.02848Bkmol/h1000

粗甲醇中甲醇的量为

(B-D)X甲/Mm=(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率为

Y总=21.25/26.82=79.24% 甲醇的单程收率为

Y单=21.25/138.4=15.36%

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6、已知UOP/ HYDRO示范厂甲醇制烯烃物料平衡数据如下表所示。试计算： （1）计算甲醇转化率和各含碳组分的产率（填入下表）； （2）计算C2-C4碳烯的选择性(C %)。 原料和产物 原料 (吨/产物 (吨/年) 产率 产率 (C %)

年) (wt %)

CH3OH 2370 - - - C2= - 500 21.10 C3= - 345 14.56 n/i-C4= - 100 4.22 C5+链烷烃 - 25 1.05 H2, C1- C4烷烃 - 37 1.56 COx (CO/CO2=1/4,摩尔比) - 5 0.21

焦炭 - 30 1.27 水 - 1328 56.03 -

8、在Cu基催化剂作用下，用合成气（H2、CO、CO2）和N2载气混合气体合成甲醇。已知某合成塔入口气体流量为10.0×105 m3/h（标况），出口气体流量为8.85×105 m3/h（标况）；入口气体中CO 和CH3OH的体积含量分别为10.5%和0.5%，出口气体CO 和CH3OH的体积含量别为6.0%和4.5%，合成塔催化剂装填量90 m3，填充密度99 kg/m3。试计算： （1）CO单程转化率； （2）空间速度（GHSV）；

（3）合成塔产甲醇速率(m3(MeOH, g)/h)； （4）催化剂生产强度[m3(MeOH, g)/( kg﹒h)]。 解：（1）CO单程转化率:

XCO =（1－F出×νCO出/ F入×νCO入）×100%

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=[1－(8.85×10×6.0)/(10.0×10×10.5）]×100% =49.43%

（2） GHSV = F入/V催= 10.0×105 m3/h/90 m3 =1.1×104 h-1 (3) 产甲醇速率:

F (MeOH, g) = (F出×νMeOH出/ F入×νMeOH入)

= (8.85×105×4.5-10.0×105×0.5）

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=34.83 m(MeOH, g)/h

(4) 催化剂生产强度:

F/W = F (MeOH, g)/WCatal = (F出×νMeOH出/ F入×νMeOH入)/ WCatal =34.83/(99×90)

=3.91 m3(MeOH, g)/( kg﹒h)

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综合技能训练 1、天然气水蒸气重整制备合成气，由合成气生产甲醇/二甲醚，进一步由甲醇/二甲醚生产C2-C4烯烃、汽油及液化石油气。试从天然气出发，用示意框图绘制出包含加工和改质过程的上述转化网络。

2、1、画出间接法GTL工业过程示意图，并回答下列问题： 1）GTL的定义；

2）指出整个流程的三个步骤 参考答案：

1）间接法GTL工业过程示意图

1）将合成气（CO+H2）在催化剂作用下转化为液态烃的方法称为天然气制合成油（Gas to

Liquids, GTL）

2）整个流程分为三个步骤：合成气制备；F-T合成和产品精制。

3、以天然气（煤炭、生物质、石油焦）为原料，制备合成气，经不同的费托合成路线，可生产液化石油气、汽油（石脑油）、煤油（喷气燃料）、柴油馏分和液蜡等。试从天然气（或煤）出发，用框图描绘出不同馏分油的生产和产品改质加工过程。

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天然气、煤和生物质转化制合成燃料---间接转化路径

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