甲醇制氢设计工艺

前言

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

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、设计任务书 2、甲醇制氢工艺设计 2.1 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 1、依据

甲醇蒸气转化反应方程式: CH

3OH→CO↑+2H 2 ↑(1-1

CO+H 2O →CO 2↑+ H 2↑ (1-2

CH 3OH 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: CH 3OH →0.99CO ↑+1.98H 2↑+0.01 CH 3OH CO+0.99H 2O →0.99CO 2↑+ 1.99H 2+0.01CO 合并式(1-5,式(1-6得到:

CH 3OH+0.981 H 2O →0.981 CO 2↑+0.961 H 2↑+0.01 CH 3OH+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: 579.126/32ⅹ1.5ⅹ18=488.638 kg/h