甲醇制氢工艺设计(毕业论文)

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

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: 1200m3/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

3、原料液储槽(V0101)

进: 甲醇579.126 kg/h , 水488.638 kg/h

出: 甲醇579.126 kg/h , 水488.638 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579.126kg/h , 水488.638 kg/h , 总计1067.764 kg/h

出: 生成CO

2

579.126/32ⅹ0.9801ⅹ44 =780.452 kg/h

H

2

579.126/32ⅹ2.9601ⅹ2 =107.142 kg/h

CO 579.126/32ⅹ0.0099ⅹ28 =5.017 kg/h

剩余甲醇579.126/32ⅹ0.01ⅹ32 =5.791 kg/h

剩余水488.638-579.126/32ⅹ0.9801ⅹ18=169.362 kg/h

总计1067.764 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m3吸收液可溶解CO

2

11.77 m3.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。