工艺技术南京工业大学甲醇制氢工艺设计反应器.pdf

工艺技术南京工业大学甲醇制氢 工艺设计反应器 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 3 用量在 200～3000m /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H 、CO 的以及未反应的甲醇 2 2 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 CO ， 2 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，得到一定纯度要求的氢气。 2 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: CHOH→CO↑+2H↑（1-1） CO+HO→CO↑+H↑（1-2） CHOH 分解为 CO 转化率 99%,反应温度280℃,反应压力 1.5MP