甲醇制氢课设

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1、课程设计报告(2016—2017年度第一学期)名称：化学反应工程题目：甲醇裂解制氢院系：环境科学与工程学院班级：能化1402学号：201405040207学生姓名：冯慧芬指导教师：郭天祥成绩：目录一、设计任务书1.1设计条件1.2设计任务1.3时间安排二、反应过程的动力学数据2.1反应过程及焓变2.2反应动力学2.3催化剂选择三、甲醇制氢工艺流程四、列管式固定床催化反应器工艺结构设计，工艺操作参数4.1.工艺操作参数4.1.1温度4.1.2压力4.2工艺结构设计五、反应核算3.1物料衡算3.2热量衡算六、其他设备的选择及参数6.1泵的选型6.2反应器控制方案设计6

2、.3.1被控参数的选择6.3.2控制参数的选择6.3.3过程检测仪表的选择6.3.4示图七、工艺系统图和设备图7.1设备图7.1.1固定管板式换热器7.1.2列管式固定床反应器八、心得体会九、参考文献18一、设计任务书1.1设计条件：（1）设计产量：1094吨/小时，设计裕量20%。（2）设计内容：甲醇裂解制氢（3）设计要求:甲醇转化率99%;给出物料衡算过程;给出热量衡算过程;给出工艺操作参数绘制工艺系统图和设备图(CAD制图)（4）选用反应器：可选用但不限于列管式固定床催化反应器1.2设计任务：（1）查阅文献，获取反应过程的动力学数据（2）选择工艺结构，优化计

3、算工艺操作参数（3）对选定的工艺过程进行物料衡算和热量衡算，进行工艺设计（4）绘制工艺系统图和设备图(CAD制图)1.3时间安排：（1）第17周布置任务，发放设计任务书。（2）每周1、3、5下午第四节课指导和答疑（地点在实验楼A五楼）。（3）第19周答辩。18二、反应过程的动力学及催化剂2.1反应过程及焓变在甲醇水蒸气重整制氢的化学反应中，主要有3个反应，即：CH3OH=CO+2H21CO+H2O=CO2+H22CH3OH+H2O=CO2+2H23在已发表的文献中有的选择反应1,2为关键反应，有的选择反应1,3为关键反应，利用不同的关键反应和设计要求的对比，发现选

4、择反应1,2为关键反应时结果较好CH3OH=CO+2H2H1=90.8kJ/molCO+H2O=CO2+H2H2=-43.5kJ/mol2.2反应动力学已知甲醇制氢转化工艺的总基本反应为：CH3OH+H2O=CO2+3H2根据有关文献，该反应为一级反应，反应动力学方程为：rA=kCA由选择的催化剂，反应速率常数为：k=5.5×10-4exp（）m3/(kmol·h)2.3催化剂选择采用四川亚联生物化工研究所研制的甲醇裂解重整制氢型双功能催化剂，该催化剂具有耐高温且使用寿命长等优点，催化性能良好，在实验室中测量出了使用该催化剂的宏观动力学方程，在工业生产中也有广泛的

5、应用，结合本实验后的设计温度压力等条件，可知实验的催化速率常数。反应器中温度280，压力1.5Mpa，由选择的催化剂，知反应速率常数为：k=5.5×10-4exp（）m3/(kmol·h)18三、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1：1.8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，

6、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四、列管式固定床催化反应器工艺结构设计，工艺操作参数4.1.工艺操作参数4.1.1温度1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CHOH→CO↑+2H↑（1-1）CO+HO→CO↑+H↑（1-2）CHOH转化率99%2、投料计算量现有表明随着原料液中甲醇质量百分比的增加,甲醇转化率大幅度降低，氢气的时空产率略有增加，但变化的幅度

7、不大。甲醇在原料液中的比例越高，床层出口处的反应量越大。由于该反应体系为吸热反应因此床层出口处的温度相应降低，但降低不到1%，因此甲醇在原料液中的比例适当降低将有利于提高甲醇的转化率。所以，本设计中甲醇和水的配料比定位1:1.5。18代入转化率数据,变为:CHOH→0.99CO↑+1.98H↑+0.01CHOHCO+0.99HO→0.99CO↑+0.99H+0.01CO合并上两个式子得到:CHOH+0.9801HO→0.9801CO↑+2.9601H↑+0.01CHOH+0.0099CO↑氢气产量为:1094t/h=1094000kg/h甲醇投料量为:547000

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