甲醇制氢课程设计
前前 言言 氢气是一种重要的工业产品, 它广泛用于石油、 化工、 建材、 冶金、 电子、 医药、 电力、 轻工、气象、交通等工业部门和服务部门,由于使用要求的不同,这些部门对氢气的纯度、 对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求,特别是改革开放以来,随着工业化的进程,大 量高精产品的投产, 对高纯度的需求量正逐步加大, 等等对制氢工艺和装置的效率、 经济性、 灵活性、安全都提出了更高的要求,同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 依据原料及工艺路线的不同,目前氢气主要由以下几种方法获得①电解水法;②氯碱 工业中电解食盐水副产氢气;③烃类水蒸气转化法;④烃类部分氧化法;⑤煤气化和煤水蒸 气转化法;⑥氨或甲醇催化裂解法;⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢;等等。其 中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法, 但该方法适用于化肥及石油化工工业上大 规模用氢的场合,工艺路线复杂,流程长,投资大。随着精细化工的行业的发展,当其氢气 用量在 200~3000m3/h 时,甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标,受到许多国 家的重视。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点 (1) 与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比,投资省,能耗低。 (2) 与电解水制氢相比,单位氢气成本较低。 (3) 所用原料甲醇易得,运输、贮存方便。 (4) 可以做成组装式或可移动式的装置,操作方便,搬运灵活。 对于中小规模的用氢场合, 在没有工业含氢尾气的情况下, 甲醇蒸气转化及变压吸附的 制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解吸收法脱二氧化碳变压吸附工艺,增加 吸收法的目的是为了提高氢气的回收率, 同时在需要二氧化碳时, 也可以方便的得到高纯度 的二氧化碳。 目录目录 1. 设计任务书 3 2. 甲醇制氢工艺设计 4 2.1 甲醇制氢工艺流程 4 2.2 物料衡算 4 2.3 热量衡算 6 3. 反应器设计 . 9 3.1 工艺计算 9 3.2 结构设计 13 4. 管道设计 5. 自控设计 6. 技术经济评价、环境评价 7. 结束语 8. 致谢 9. 参考文献 附录1.反应器装配图,零件图 2.管道平面布置图 3.设备平面布置图 4.管道仪表流程图 5.管道空视图 6.单参数控制方案图 1 1、设计任务书、设计任务书 2 2、甲醇制氢工艺设计、甲醇制氢工艺设计 2.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢工艺流程 甲醇制氢的物料流程如图 1-2。流程包括以下步骤甲醇与水按配比 11.5 进入原料 液储罐,通过计算泵进入换热器(E0101)预热,然后在汽化塔(T0101)汽化,在经过换 热器E0102过热到反应温度进入转化器R0101,转化反应生成 H2、CO2的以及未反应的甲 醇和水蒸气等首先与原料液换热E0101冷却,然后经水冷器E0103冷凝分离水和甲醇,这 部分水和甲醇可以进入原料液储罐, 水冷分离后的气体进入吸收塔, 经碳酸丙烯脂吸收分离 CO2,吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用,最后进入 PSA 装置进一步脱除 分离残余的 CO2、CO 及其它杂质,得到一定纯度要求的氢气。 图 1-2 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量 2.2 物料衡算物料衡算 1、依据 甲醇蒸气转化反应方程式 CH3OH→CO↑2H2↑ (1-1) COH2O→CO 2 ↑ H2↑ (1-2) CH3OH 分解为 CO 转化率 99,反应温度 280℃,反应压力 1.5MPa,醇水投料比 11.5mol. 2、投料计算量 代入转化率数据,式1-3和式1-4变为 CH3OH→0.99CO↑1.98H2↑0.01 CH3OH CO0.99H 2 O→0.99CO 2 ↑ 1.99H20.01CO 合并式1-5,式1-6得到 CH3OH0.981 H2O→0.981 CO 2 ↑0.961 H2↑0.01 CH3OH0.0099 CO↑ 氢气产量为 1200m 3 /h53.571 kmol/h 甲醇投料量为 53.571/2.9601ⅹ32579.126 kg/h 水投料量为 579.126/32ⅹ1.5ⅹ1