甲醇制氢工艺设计方案.docx
甲醇制氢工艺设计方案1.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图12。流程包括以下步骤：甲醇与水按配比1：L5进入原料液储罐，通过计算泵进入换热器(EOlOl)预热，然后在汽化塔(TOlOl)汽化，在经过换热器(Eol02)过热到反应温度进入转化器(ROIO1),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(EOloI)冷却，然后经水冷器(EOlO3)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。VOlOlP0102EOlOlTOlOl原料液贮罐用用热器汽化塔E0102R0102E01CT0102T 0103P0104过热器转化器冷凝器吸收塔解析塔 泵12345678910组'状态LLLLggggggCH30H1013.4791013.4791013.4791013.4791013.47910.13510.135少常少最H20855.123855.123855.123855.123855.123296.386286.386少是少是C021365.7201365.7201365.720少量CO8.7798.7798.7798.779H2187.500187.500187.500187.500X图1一21.2 物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CHQH-Ce)I+2H"CO+H2OCO2+H2CH3OH分解为CO转化率99%,反应温度280,反应压力15MPa,醇水投料比LL5(mol)2、投料计算量代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为：CH5OH0.99CO÷1.98H2t+0.01CH5OHC0+0.99H20->0.99CO2t+1.99H2+0.01CO合并式(1-5),式(1-6)得到:CH5OH+O.981H2O0.981CO2t+0.961H2t+0.OlCH1OH+0.0099COt氢气产量为：3500m7h=156.25kmolh甲醇投料量为：156.25/2.9601X32=1689.132kg/h水投料量为:1689.132/32xl.5x18=1425.205kg/h3、原料液储槽(VOlOI)进：甲醇1689.132kg/h,水1425.205kg/h出：甲醇1689.132kg/h,水1425.205kg/h4、换热器(EOlo1),汽化塔(TolO1),过热器(EOlO3)没有物流变化.5、转化器(ROlOl)进：甲醇1689.132kg/h,水1425.205kg/h,总计3114.337kg/h出：生成CO21689.132/32x0.9801x44=2276.338kg/hH21689.132/32x2.9601x2=312.5kg/hCO1689.132/32x0.0099x28=14.632kg/h乘IJ余甲醇1689.132/32x.01x32=16.89kg/h剩余水1425.205-1689.132/32X0.9801X18=491.976kg/h总计3114.336kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1.5MPa,其中CO2的分压为0.38MPa,操作温度为常温(25).此时,每nV吸收液可溶解CO?11.77nV.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11及表12。解吸塔操作压力为0.IMPa,CO?溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为：11.77-2.32=9.450.4MPa压力下夕华二PMRT=0.4440.0082(27L15+25)=7.20kg/m；CO2体积量VCq=2276.338/7.20=316.158mVh据此,所需吸收液量为316.158/9.45=31.456m7h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为31.456m7h×3=100.368m3h可知系统压力降至(HMPa时,析出Co2量为316.158m7h=2276.338kgh.混合气体中的其他组分如氢气,CO以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算,在此,忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、PSA系统略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果,给出物料流程图及各节点的物料量,见图1一2.1.3 热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下，可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据水的物性数据在很多手册中都可以得到，这里从略。在本工艺过程中,要使甲醇水完全汽化,则其汽相分率必然是甲醇40%,水60%(mol)且已知操作压力为1.5MPa,设温度为工根据汽液平衡关系有0.4p中醉+0.6p水=1.5MPa初设T=170°CP甲醇=2.19MPa; P 水=0.824MPaP总=13704v15MPa再设T=175oCpw=2.4MPa;P水=0.93MPaP总=1.51MPa蒸气压与总压基本一致,可以认为操作压力为1.5MPa时,汽化塔塔顶温度为1752、转换器(R(H(H)两步反应的总反应热为49.66kJmol,于是,在转化器内需要供给热量为：Q反应二1689.1320.9932×1000×(-49.66)=-2.596×106kJh此热量由导热油系统带来,反应温度为280,可以选用导热油温度为320C,导热油温度降设定为5,从手册中查到导热油的物性参数,如比定压热容与温度的关系,可得：cp320s=4.1868×0.68=2.85kJ/(kgK),cp300s=2.81kJ(kgK)取平均值Cp=2.83kJ/(kgK)则导热油用量W=Q反应 I(C p t)二2.596×106(2.83×5)=183486.24kgh3、过热器(EOlo2)甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175C过热到280,此热量由导热油供给.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据，见表1-4.气体升温所需热量为：Q=cpmt=(1.90×1689.132+4.82X1425.205)×(280-175)=1.0583×106kJh导热油*=2.826kJ(kgK),于是其温降为：t=Q(cPIn)二1.0583×106(2.826×183486.24)=2.04导热油出口温度为：315-2.04=312.964、汽化塔(T0101)认为汽化塔仅有潜热变化。175甲醇H=727.2kJkg水H=203IkJkgQ=1689.132×727.2+2031X1425.205=4.123X106kj/h以300导热油CP计算cp=2.76kJ/(kgK)t=Q(cPm)=4. 123x106/76×183486.24)=8.14则导热油出口温度t2=313-8.14=304.86导热油系统温差为AT=320-304.9=15.14基本合适.5、换热器(EOlOl)壳程：甲醇和水液体混合物由常温(25)升至175,其比热容数据也可以从手册中得到，表15列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。液体混合物升温所需热量Q=CPnlAt=(1689.132X1.14+1425.205X4.30)×(175-25)=17.15×105kJh管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为：cz,10.47kJ/(kgK)Cp/14.65kJ/(kgK)CN4.19kJ/(kgK)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q(cpm)=17.15l05(10.47×2276.338+14.65×312.5+4.19×491.976)=56.26换热器出口温度为280-56.3=221.746、冷凝器(E0103)在EOlo3中包含两方面的变化：CO2,CO,乩的冷却以及CHQH,氏0的冷却和冷凝.CO2,Co,凡的冷却Q二cpmt=(10.47×2276.338+14.65×312.5+4.19×14.632)×(221.7-40)=5.23×106kJhCHQH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135KJkg,总冷凝热Q2=H×m=2135×491.976=1.055×105kJh水显热变化Qcpmt=4.19×491.976×(221.7-40)=1.80×105kJhQ=Q1+Q2÷Q3=5.7155×106kJh冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，则温差T=IOoC用水量w=Q(cPt)=5. 7155×106(4.19×10)=136408kgh
