甲醇制氢汽化塔设计

甲醇制氢生产装置

计

算

书

姓名：丁仕勇

单位：机械学院控制0704

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。

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. 汽化塔设计

4.1 工艺计算

4.1.1 填料段工艺计算

4.2 结构设计

1．管道设计

2．自控设计

3．技术经济评价、环境评价4．结束语

5．致谢

6．参考文献

附录：1.汽化塔装配图

2.管道平面布置图

3.管道空视图

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1－2。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

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 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: 3500m 3/h=156.25kmol/h

甲醇投料量为: 156.25/2.9601ⅹ32=1689.132 kg/h 水投料量为: 1689.132/32ⅹ1.5ⅹ18=1425.205 kg/h 3、原料液储槽(V0101)

进: 甲醇 1689.132 kg/h , 水 1425.205 kg/h 出: 甲醇 1689.132 kg/h , 水 1425.205 kg/h 4、换热器 (E0101),汽化塔(T0101),过热器(E0103) 没有物流变化. 5、转化器 (R0101)

进 : 甲醇 1689.132 kg/h , 水 1425.205 kg/h , 总计 3114.337 kg/h 出 : 生成 CO 2 1689.132/32ⅹ0.9801ⅹ44 =2276.338 kg/h H 2 1689.132/32ⅹ2.9601ⅹ2 =312.5 kg/h CO 1689.132/32ⅹ0.0099ⅹ28 =14.632 kg/h 剩余甲醇 1689.132/32ⅹ0.01ⅹ32 =16.89 kg/h 剩余水 1425.205-1689.132/32ⅹ0.9801ⅹ18=493.976 kg/h 总计 3114.336 kg/h 6、吸收塔和解析塔

吸收塔的总压为1．5MPa,其中CO 2的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25℃). 此时,每m 3

吸收液可溶解CO 211.77 m 3

.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯 化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l 及表1—2。

解吸塔操作压力为0.1MPa, CO 2溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为: 11.77-2.32=9.45

0.4MPa 压力下 2co ρ=pM/RT=0.4⨯44/[0.0082⨯(273.15+25)]=7.20kg/ m 3

CO 2体积量 V 2CO =2276.338/7.20=316.158 m 3

/h 据此,所需吸收液量为 316.158 /9.45=33.456 m 3/h