南京工业大学甲醇制氢生产装置设计论文

南京工业大学Array机械学院

2.过程装备与控制工程专业

综合课程设计任务书

设计题目：生产能力为2400 m³/h 甲醇制氢生产装置设计

设计人：陈侃

班级：控制0701

学号： 27

设计时间： 2010年12月21日—2011年1月15日

1.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. 前言………………………………………………

2. 设计任务书………………………………………

3. 甲醇制氢工艺设计………………………………

3.1 甲醇制氢工艺流程…………………………………….

3.2 物料衡算………………………………………………

3.3 热量衡算……………………………………………….

4. 吸收塔设计………………………………………

4.1塔设备的选型…………………………………………

4.2 结构设计………………………………………………

4.2.1 填料段工艺计算……………………………………

4.2.2 填料段结构设计计算………………………………

4.2 填料塔结构强度校核…………………………………

5.管道设计………………………………………….

5.1管子的选型……………………………………………

5.2泵的选型………………………………………………

5.3阀门的选型……………………………………………

5.4管道法兰的选型……………………………………….. 6反应器控制方案设计……………………………. 7技术经济评价…………………………………….

参考文献

3甲醇制氢工艺设计

3.1 甲醇制氢工艺流程

甲醇制氢的物料流程如图1。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。

3.2 物料衡算

1、依据

甲醇蒸气转化反应方程式:

CH

3OH→CO↑+2H

2

↑

CO+H

2O→CO

2

↑+ H

2

CH

3

OH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

3

OH

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

2

O→0.981 CO

2

↑+0.961 H

2

↑+0.01 CH

3

OH+0.0099 CO↑

氢气产量为: 3100m3/h=3100/22.4=138.393 kmol/h

甲醇投料量为: 138.393/2.9601*32=1496.088 kg/h 水投料量为: 1496.088/32*1.5*18=1262.325 kg/h 3、原料液储槽(V0101)

进: 甲醇1496.088kg/h , 水1262.325 kg/h

出: 甲醇1496.088kg/h , 水1262.325 kg/h