化工计算衡算体系及其选择技巧

化工计算是化学工程学的基础,在化工计算中衡算体系的划定是一项重要环节。以物料衡算为例,说明了化工计算衡算体系划分的多样化和重要性,指出了选择衡算体系的基本原则和一些具体的方法和技巧。恰当选择化工衡算体系不仅可以简化计算、提高衡算效率,而且可以避免错误的出现。

关于天然气重整制备富氢还原气体过程中析碳问题的调控--H-C-O体系质量及化学平衡衡算图的应用例

采用天然气重整或焦炉煤气重整工艺制备富氢还原气体时,若操作参数控制不当将会出现碳的析出问题,影响制备富氢气体工序的稳定顺行,因此研究控制制备富氢还原气体过程中的析碳非常必要。应用“H-C-O体系质量及化学平衡衡算图”和化学平衡原理,探讨了天然气重整或焦炉煤气重整工艺制备富氢还原气体过程中的“析碳”问题。在假设天然气重整或焦炉煤气重整体系处于临界析碳状态的前提下,确定了析碳曲线与还原气体n_(H_(2))/n_(CO)、重整温度和体系总压等因素的对应关系,从热力学角度给出了天然气重整或焦炉煤气重整制备富氢还原气体工艺中的临界析碳曲线、“析碳区”与“非析碳区”以及控制析碳且能满足直接还原铁要求的给定n_(H_(2))/n_(CO)值富氢还原气体制备时的重整温度与体系总压等工艺参数。结果表明,为了确保n_(H_(2))/n_(CO)和有效成分φ(H_(2))+φ(CO)合量同时满足直接还原气体组成要求,在体系总压P_(tot)=0.1 MPa条件下重整温度须高于800℃;随着体系总压的升高,CH4的转化率呈下降趋势;对于低n_(H_(2))/n_(CO)(=2),随着体系总压的升高析碳区域将增大;但对于n_(H_(2))/n_(CO)(=5),随着体系总压的升高析碳区域反而变小,这是因为当n_(H_(2))/n_(CO)较低时,碳的气化反应为主流反应,提高压力将增强析碳,而当n_(H_(2))/n_(CO)较高时,甲烷分解反应为主流反应,压力升高将妨碍甲烷分解,抑制了析碳的缘故;另外,体系总压过高将无法获得有效成分φ(H_(2))+φ(CO)合量满足直接还原铁工艺要求的还原气体。