生产能力为每小时2400立方米甲醇制氢生产装置设计

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1、南京工业大学>n=ng0OK1V机械学院2过程装备与控制工程专业综合课程设计任务夯设计题目：生产能力为2400m3/h甲醇制氢生产装置设计1•刖s氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化丄、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最都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，人量高精产品的投产，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，目前蛍气主要由以下几

2、种方法获得：①电解水法；②氯碱工业屮电解食盐水副产氢气；③怪类水蒸气转化法；④坯类部分氧化法；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氮；等等。其中坯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，当其氢气用最在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，受到许多国家的吏视。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）与电解水制氮相比,单位氮气成本

3、较低。（3）所用原料甲醉易得，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。对于屮小规模的用氢场合，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氮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H的是为了提鬲氢气的回收率，同时在需耍二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。目录1__•.刖百2.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

4、.1管子的选型5.2泵的选型5.3阀门的选型5.4W1溜的选型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),转化反应牛•成H2、CO?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，水冷分离示的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO2,

5、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CO?、CO及其它杂质，得到一定纯度耍求的氢气。3.2物料衡算1、依据甲醉蒸气转化反应方程式：CH3OH-*COt+2H2tCO+H2O-CO2t+h2CH3OH分解为CO转化率99%,反应温度280°C,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-*0.99COt+1.98H2t+0.01CH3OHC0+0.99H20-*0.99CO2f+1.99H2+O.OICO合并式(1-5),式(1-6)得到：CH3OH+0.

6、981H2O->0.981CO2t+0.961H2t+0.01CH3OH+0.0099COt氢气产量为：3100m彳/h二3100/22.4=138.393kmol/h甲醇投料量为：138.393/2.9601*32二1496.088kg/h水投料量为：1496.088/32*1.5*18二1262.325kg/h3、原料液储槽(V0101)进：甲醇1496.088kg/h,水1262.325kg/h岀：甲醇1496.088kg/h,水1262.325kg/h4、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1496.0

7、88kg/h,水1262.325kg/h，总计2758.413kg/h出：牛成CO21496.088/32*0.9801*44二2016.184kg/hH21496.088/32*2.9601*2二276.786kg/hCO1496.088/32*0.0099*28=12.600kg/h剩余甲醇1496.088/32*0.01*32二14.961kg/h剩余水1262.325-1496.088/32*0.9801*18二437.522kg/h总计275&0