4CO＋8H₂＝C₄H₈＋4H₂O      （6）

    4CO₂＋13H₂＝C₄H₁₀＋8H₂O    （7）

    當(dāng)進(jìn)入烴化系統(tǒng)的醇后氣中CO體積分?jǐn)?shù)為0.15％和CO₂體積分?jǐn)?shù)為0.08％時(shí)，按氨生產(chǎn)能力為100kt／a的精制氣氣量計(jì)，即進(jìn)入烴化總氣量為41990m³／h（標(biāo)態(tài)），其中CO為62.985 m³／h（標(biāo)態(tài)），CO₂為33.59 m³／h（標(biāo)態(tài)）。CO按式（1）反應(yīng)掉60％，按（6）反應(yīng)掉40％，CO₂按式（2）反應(yīng)掉40％，按式（7）反應(yīng)掉60％。計(jì)算得：

    式（1）耗H2為：

    2×62.985×60％＝75.582m³／h（標(biāo)態(tài)）；

    式（2）耗H₂為：

    3×33.592×40％＝40.310m³／h（標(biāo)態(tài)）；

    式（6）耗H₂為：

    8／4×62.985×40％＝50.388 m³／h（標(biāo)態(tài)）；

    式（7）耗H₂為：

    13／4×33.592×60％＝65.504 m³／h（標(biāo)態(tài)）。

    共耗H₂為231.785 m³／h（標(biāo)態(tài)）。以噸氨消耗H₂ 2220m³（標(biāo)態(tài)）計(jì)算，則相當(dāng)于少生產(chǎn)合成氨0.1044 t／h（751.7 t／a）。

    同樣，也可計(jì)算出副產(chǎn)物：式（1）和（2）共生成CH₃OH 51.228m³／h（標(biāo)態(tài)）；式（6）和（7）共生成烴類物11.337 m³／h（標(biāo)態(tài)）；式（2），（6）和（7）共生成H₂O 78.941 m³／h（標(biāo)態(tài)）。醇烴混合物約165.4 kg／h，成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：甲醇44.24％，水38.35％，其余為烴類物質(zhì)。

    根據(jù)多家應(yīng)用企業(yè)的烴化分離物取樣分析，液態(tài)分離物中40％～50％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為甲醇、～30％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為水，其余為雜醇、醚、烯烴類和烷烴類物質(zhì)。上述計(jì)算基本與生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)相符，只是沒有計(jì)算雜醇、醚類等含氧生成物，故水含量計(jì)算值略高；并且，生成水量主要與CO₂含量有關(guān)。

1.2  烷化反應(yīng)的氣耗

    烷化（即甲烷化）反應(yīng)是在鎳系催化劑作用下進(jìn)行，主要進(jìn)行下列反應(yīng)：

    CO＋3H₂＝CH₄＋H₂O        （8）

    CO₂＋4H₂＝CH₄＋2H₂O      （9）

    這（8），（9）反應(yīng)式對(duì)比式（1），（2）和（6），（7）：烴化反應(yīng)中，1個(gè)CO分子和1個(gè)CO₂分子分別消耗2個(gè)H₂分子和3個(gè)多H₂分子；而甲烷化反應(yīng)中，1個(gè)CO分子和1個(gè)CO₂分子則分別要消耗3個(gè)H₂和4個(gè)H₂分子。可簡單看出烷化反應(yīng)的耗H₂較烴化多。

    當(dāng)進(jìn)入烷化系統(tǒng)的醇后氣中CO和CO₂含量仍如1.1所述時(shí)，則從式（8）和（9）可計(jì)算出消耗的H₂共為323.323 m³／h（標(biāo)態(tài)），則相當(dāng)于少產(chǎn)氨1048.6t／a。同時(shí)生成H₂O為104.6 kg／h。

    另外，甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物是氣態(tài)CH₄，要帶入氨合成工序中，累積放空，還要損失H₂。而烴化反應(yīng)產(chǎn)物是水冷卻后成液態(tài)的醇烴類物質(zhì)，可作燃料或分離提取副產(chǎn)物，并在本工序即分離下來，不會(huì)帶到合成氨工序。據(jù)烴化工藝使用企業(yè)反饋信息，現(xiàn)在已有公司收購其烴化物，從中提取雜醇、醚等多種精細(xì)化工產(chǎn)品。

    雖然烴化和烷化反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，但由于進(jìn)入烴化或烷化工序的CO和CO₂量非常少，可根據(jù)反應(yīng)熱，進(jìn)行熱衡算。已有文獻(xiàn)計(jì)算報(bào)道，每反應(yīng)掉1％（體積分?jǐn)?shù)）CO溫升約72℃，反應(yīng)掉1％（體積分?jǐn)?shù)）CO₂溫升約59℃，所以總的溫升只有15.52℃。而系統(tǒng)有熱損失和水冷要帶走熱量，故這點(diǎn)反應(yīng)熱不足以維持烴化或烷化塔內(nèi)反應(yīng)的自熱，必須引入工序外的高品位熱量通過熱交換來輸入熱量維持熱平衡。這就有一個(gè)消耗補(bǔ)充熱量（或稱能量）的問題。下面用兩種方法來計(jì)算補(bǔ)充熱量的消耗量。

    （1）烴化催化劑“零”米溫度控制在220℃，入水冷的溫度是69℃，將烴化塔和塔外熱交換器作為一個(gè)封閉系統(tǒng)。烴化塔塔內(nèi)熱平衡示意圖見圖1。

    根據(jù)熱平衡計(jì)算結(jié)果，電爐需提供205℃上升至220℃的熱量Q：

    Q＝41990／22.4×32.651×（220－205）＝918090.7（kJ／h）

    即255 kW，相當(dāng)于噸氨電耗18.35 kW·h。

    （2）將烴化系統(tǒng)（不考慮氨冷器時(shí)）作為一個(gè)封閉系統(tǒng)，烴化系統(tǒng)熱平衡示意圖見圖2。

    冷卻水量120580 kg／h，換熱后由24℃升到29℃；烴化物冷凝潛熱按2010 kJ／kg計(jì)；反應(yīng)熱按218 kJ／mol計(jì)；烴后氣量按41600 m³／h（標(biāo)態(tài)）計(jì)；熱損失約2％，作一個(gè)粗略的熱衡算：

    Q₁＝41990×1.53×35＝2248564.5（kJ／h）；

    Q₂＝120580×4.186×24＝12113949.1（kJ／h）；

    Q₃＝165.4×2010＝332454（kJ／h）；

    Q₄＝218×（62.985＋33.592）／22.4×1000＝939901.2（kJ／h）；

    Q₅＝41600×1.42×35＝2067520（kJ/h）；

    Q₆＝120580×4.186×29＝14637688.5（kJ／h）；

    Q₇＝165.4×3.83×35＝22171.9（kJ／h）；

    Q₈＝252135.7（kJ／h）。

    進(jìn)入此封閉烴化系統(tǒng)的熱量：

    Q_入＝Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄＋Q_補(bǔ)；

    帶出此封閉烴化系統(tǒng)的熱量：

    Q_出＝Q₅＋Q₆＋Q₇＋Q₈＝Q_入；

    故外界需向烴化系統(tǒng)補(bǔ)熱量：

    Q_補(bǔ)＝1344647.3 kJ／h。

    若以電爐加熱方式補(bǔ)充熱量，則可折算成電爐功率373.5 kW，相當(dāng)于噸氨耗電26.9 kW·h。

    （3）上述計(jì)算是以烴化工藝并以電爐加熱方式為例計(jì)算的，烷化工藝計(jì)算原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果略有差異。兩種計(jì)算方法，結(jié)果也稍有差異。而生產(chǎn)實(shí)際情況，也大都在這兩種計(jì)算結(jié)果之間。此外，烷化反應(yīng)溫度（－260℃）比烴化反應(yīng)溫度（～230℃）高，所以，烷化工藝對(duì)外界補(bǔ)充的能量，要求有更高的品位。

    根據(jù)上述計(jì)算分析可以看出，烴化的耗H₂大大少于甲烷化，只有甲烷化的71.7％。另值得一提的是，隨著對(duì)烴化工藝的副產(chǎn)物——醇烴混合物的處理回收技術(shù)的不斷發(fā)展，醇烴混合物的應(yīng)用前景將會(huì)越來越廣闊，今后將不再單純作燃料來處理了。

    無論是烴化工藝還是烷化工藝，兩者均不能實(shí)現(xiàn)自熱，均需要消耗系統(tǒng)外補(bǔ)充熱量（或者說補(bǔ)充能量）。從系統(tǒng)外補(bǔ)充熱量的方式有多種，湖南安淳高新技術(shù)有限公司經(jīng)過多年研究和工業(yè)實(shí)踐，認(rèn)為以利用塔內(nèi)中心電爐直接加熱最簡單，以高溫蒸汽間接加熱次之，從氨合成二次出塔氣或中變氣取熱最麻煩。