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 1：1.5 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） CO+H2O→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 1:1.5(mol). 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 CO+0.99H 2 O→0.99CO 2 ↑+ 1.99H2+0.01CO 合并式(1-5),式(1-6)得到: CH3OH+0.981 H2O→0.981 CO 2 ↑+0.961 H2↑+0.01 CH3OH+0.0099 CO↑ 氢气产量为: 1200m 3 /h=53.571 kmol/h 甲醇投料量为: 53.571/2.9601ⅹ32=579.126 kg/h 水投料量为: 579.126/32ⅹ1.5ⅹ1