甲醇制氢工艺设计
甲醇制氢设计工艺
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 (32.甲醇制氢工艺设计 (42.1 甲醇制氢工艺流程 (42.2 物料衡算 (42.3 热量衡算 (63.反应器设计 (93.1 工艺计算 (93.2 结构设计 (134.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。
甲醇制氢装置工艺流程
甲醇制氢装置工艺流程
甲醇制氢装置的工艺流程主要包括以下几个部分：
1. 甲醇重整：甲醇在催化剂的作用下，与脱盐水发生分解转化反应，生成氢气和二氧化碳。
这一步是甲醇制氢过程的关键环节，需要高效的催化剂和适当的反应条件。
2. 氢气和一氧化碳冷却：生成的氢气和一氧化碳混合物需要经过冷却，以便后续处理。
3. 甲醇蒸汽转化：冷却后的氢气和一氧化碳混合物在高温高压下，通过催化剂（如CuO、Al2O3、V2O3、Fe2O3等）的作用，生成更多的氢气。
4. 气体分离：转化后的氢气与二氧化碳混合物需要进行分离。
这可以通过吸附剂处理或化学方法实现。
吸附剂处理是一种常用的方法，如使用活性炭、分子筛等吸附剂，将氢气与二氧化碳分离。
5. 氢气提纯：分离出的氢气往往还需要进行进一步的提纯，以满足不同用途的要求。
常用的提纯方法包括冷冻分离、Pressure Swing Adsorption（PSA）等。
6. 产品储存和输送：提纯后的氢气需要储存和输送。
这可以通过高压储氢罐、管道输送等方式实现。
整个甲醇制氢装置工艺流程具有高效、可靠的特点，能够产生高纯度的氢气，满足不同应用场景的需求。
同时，该工艺原料来源广泛，装置简单，无污染，节能价廉，深受广大中小用户的欢迎。
甲醇裂解制氢工艺流程
甲醇裂解制氢工艺流程
1.原料准备：将纯度高于99%的甲醇作为原料。
由于甲醇的制备工艺
相对成熟，因此原料的准备相对简单。
2.增压处理：为了提高甲醇裂解反应的速率和效果，需要将甲醇经过
增压处理。
这样可以提供足够的反应压力，利于反应的进行。
增压处理常
用的方式是通过高压泵将甲醇送入反应器内。
3.热解反应：将增压处理后的甲醇注入到热解反应器中。
在反应器内，甲醇与催化剂发生作用，产生分解反应。
常见的催化剂包括钯、铑、铂等。
4.加热控制：为了使热解反应能够有效进行，需要对反应器进行加热
处理。
通常采用电加热的方式，提高反应体系的温度，以促进甲醇的分解
反应。
5.分离和收集氢气：在热解反应结束后，需要通过冷凝和分离的方式
将产生的氢气从反应体系中分离出来，并进行收集。
常用的分离方式是通
过冷却后，用水冷凝，将氢气收集进气体收集器中。
6.后处理：收集好的氢气需要进行后处理，以提高纯度和净化程度。
常见的方法是采用吸附剂来吸附气体中的杂质，从而净化氢气。
7.氢气储存：将净化后的氢气储存起来。
常用的方式是将氢气压缩并
从高压容器中储存起来，以便后续使用。
以上就是甲醇裂解制氢工艺的流程，通过以上的步骤可以将甲醇转化
为高纯度的氢气。
甲醇裂解制氢是一种相对成熟的工艺，具有较高的氢气
产率和能源利用率，因此在氢能源领域有一定的应用前景。
但同时也需要
注意处理废气和废水方面的环保问题，以确保工艺的整体可持续性。
甲醇制氢工艺过程及化学反应原理
工艺过程及化学反应原理一、甲醇裂解1.1.工艺过程甲醇催化转化制气工艺过程包括：原料汽化、催化转化反应、转化气冷却冷凝以及洗涤净化等。
1.1.1.原料汽化原料汽化是指，将甲醇和脱盐水按规定比例计量混合后，用泵加压送入系统进行预热、汽化过热至转化温度的过程。
完成此过程需：原料液罐（F102）、甲醇高位槽（F103）、原料液计量泵（J101A、B）、换热器（C102）、汽化过热器（C101）等设备及其配套仪表和阀门。
该工序目的是为催化转化反应提供规定的原料配比、温度、压力等条件。
1.1.2.催化转化反应在规定温度和压力下，原料混合气在转化器（D101）中，同时完成催化裂解和催化转化两个反应。
完成此反应过程仅需一台转化器（D101）及其配套仪表和阀门。
该工序的目的是完成化学反应，得到主要含有氢气和二氧化碳的转化气。
1.1.3.转化气冷却冷凝将转化器下部出来的高温转化气经冷却、冷凝降到常温。
完成该过程的设备有：换热器（C102）、冷凝器（C103）二台设备及其配套仪表和阀门。
该工序目的是降低转化气温度,将未反应的甲醇、水冷凝下来。
1.1.4.转化气洗涤净化经冷却冷凝后的低温转化气，进入净化塔（E101）用脱盐水洗涤回收未反应的甲醇和水的过程。
完成该过程的设备有：脱盐水计量泵（J102）、脱盐水储罐（F102）、净化塔(E101)、气液分离缓冲罐（F101）等设备及其配套仪表和阀门。
该工序目的是将转化气中未反应完的甲醇，洗涤净化后送PSA工段。
回收的水溶液去F102循环使用。
1.2.化学反应原理甲醇与水蒸汽混合物在转化器中加压催化裂解和转化一步完成，生成氢气和二氧化碳，其反应式如下：主反应：CH3OH=CO+2H2 -90.7kJ/molCO+H2O=CO2+H2 +41.2kJ/mol总反应：CH3OH+H2O=CO2+3H2 -49.5kJ/mol副反应：2CH3OH=CH3OCH3+H2O +24.90kJ/molCO+3H2=CH4+H2O +206.3kJ/mol二、PSAPSA提纯氢气装置是由七台吸附器（E201A～G，下简称A、B、C、D、E、F、G塔）、一台产品氢气缓冲罐(F201)、一台真空罐(F202)、两台真空泵（J201A/B）和一系列程控阀组成。
甲醇制氢工艺说明
甲醇制氢工艺说明(总2页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March工艺流程简述一、总述本装置采用的是甲醇水蒸汽转化制氢技术，通过变压吸附分离（PSA ）的工艺方法生产纯氢，产品氢气的含量可达到99.99%。
流程主要分为甲醇蒸汽裂解转化和变压吸附分离两部分。
二、甲醇水蒸汽转化甲醇水蒸气转化过程分为配料、汽化、反应、脱酸、水冷以及水洗等过程组成，分述如下：1.配料甲醇经流量计输送到配料罐(V01)中层容器中(配料罐由上，中，下层三个不同的容器组成)，去离子水经流量计输送到去离子水罐(V02)中，配料由来自配料罐(V01)上层容器的洗涤液(来自水洗塔)和纯甲醇在配料罐(V01)的中层容器中进行，为保证反应的顺利进行，配料罐中层容器的甲醇质量浓度必须保持在50%左右。
配好的甲醇溶液由配料罐(V01)中层容器自流进入配料罐(V01)的下层容器中(使甲醇与去离子水能混合均匀)。
2.汽化原料液由配料罐(V01)下层容器经隔膜计量泵(P01)加压至约1.1MPa(g)输送到螺旋板式换热器(E02)用脱酸反应器(R02)出口气体热量对其预热。
预热后的原料进入螺旋板式汽化器(E01)汽化成反应所需的原料气体(质量浓度为50%的甲醇-水蒸汽)。
汽化所需的热量由1.0MPa(g)的饱和蒸汽提供。
3.反应由汽化器(E01)汽化产生的原料气体进入反应器(R01)，反应器中填装有双功能催化剂，甲醇-水蒸汽通过催化剂在约230℃-280℃下一次完成裂解和转化二个反应，生成氢气和二氧化碳。
反应方程式如下：()()2/5.431/8.90222223mol KJ H CO O H CO mol KJ H CO OH CH ++→+-+→ 总的反应式为：mol KJ H CO O H OH CH /3.4732223-+→+整个反应过程是吸热的。
甲醇制氢工艺技术流程图
甲醇
催化氧化反应器（为导热油 提供热量，惰性气体（氮气） 保护，反应器温度 450℃
经减压至 0.2MP-0.5MP
氢气
甲醇制氢工艺流程图
脱盐水 （纯水）
原液储槽混合
甲醇
高温气（CO2、H2）
进行热回收
一级换热器
汽化过热器 （甲醇和水 的混合蒸汽）
催化转化器 CH3OH+H2O=CO2+3H2 副产物：甲烷和一氧化碳
回收后甲醇和水 去到原液储槽， 与新的甲醇进行 混合配比。
冷凝器:将 CO2、H2 温度降到常温，
并冷凝回收部分甲醇和水
甲醇和水）
催化燃烧后的少部分 尾气经换热后排放到 大气中。
PSA 变压吸附杂质，提纯氢气。（低温高压吸附，高温、 低压下再生；对杂质的吸附能力大于对氢气）
（5 台吸附塔、1 台氢气缓冲罐、1 台解吸气缓冲罐。 解吸气（吸附塔再生产生的废气）
解吸气 H2、CO2、CO、H2O
南京工业大学甲醇制氢工艺设计
南京工业大学甲醇制氢工艺设计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，专门是改革开放以来，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，目前氢气要紧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进展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出专门好的技术经济指标，受到许多国家的重视。
甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：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。
与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。
所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。
能够做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。
关于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情形下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。
本设计采纳甲醇裂解+吸取法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸取法的目的是为了提升氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也能够方便的得到高纯度的二氧化碳。
名目设计任务书 (3)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)反应器设计 (9)3.1 工艺运算 (9)3.2 结构设计 (13)管道设计………………………………………....…自控设计………………………………………....…技术经济评判、环境评判………………………终止语………………………………………....……致谢………………………………………....………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.管道外表流程图5.管道空视图6.单参数操纵方案图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。
甲醇制氢工艺流程
甲醇制氢工艺流程
甲醇制氢是一种常用的工艺流程，可以用于产生高纯度的氢气。
以下是甲醇制氢的工艺流程：
首先，将甲醇通过加热和蒸发进入甲醇重整器。
甲醇重整器内有一种催化剂，在高温和高压下，催化剂会将甲醇分解为一氧化碳和氢气。
一氧化碳是氢气的主要副产品之一。
然后，将甲醇重整器中产生的氢气和一氧化碳通过热交换器进行冷却，并进一步净化除去残留的杂质。
在热交换器中，氢气和一氧化碳被冷却，以便后续的处理步骤。
冷却后的气体被送入甲醇蒸汽转化器。
在甲醇蒸汽转化器中，一氧化碳在高温和高压下与水蒸汽进行反应，生成二氧化碳和更多的氢气。
该反应通常是一个均衡反应，需要通过适当的温度和压力来促进产氢反应。
从该步骤产生的气体已经相当纯净，但仍然含有少量的二氧化碳。
接下来，通过热交换器进一步冷却气体，并使用压力可变吸附剂装置（PSA）进行气体分离。
在PSA装置中，氢气和二氧
化碳根据其不同的物理特性进行分离。
氢气被收集，而二氧化碳则被释放。
这使得氢气的纯度接近于100% 。
最后，为了进一步提高氢气的纯度，将氢气通过异常压力降下的吸附剂进行处理。
吸附剂可以吸附其他杂质，如水蒸汽和低碳烃。
这样，从该步骤产生的氢气达到工业纯度，可以用于各种应用，如燃料电池和化学工业。
综上所述，甲醇制氢工艺流程主要包括甲醇重整、氢气和一氧化碳冷却、甲醇蒸汽转化、气体分离和吸附剂处理。
这种工艺流程具有高效、可靠的特点，能够产生高纯度的氢气，满足不同应用的需求。
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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。
出 : 生成 CO 2 579.126/32ⅹ0.9801ⅹ44 =780.452 kg/h
H2
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
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
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。
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 3 OH→CO↑+2H 2 ↑ CO+H 2 O→CO 2 ↑+ H 2 ↑
（1-1） （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 3 OH→0.99CO↑+1.98H 2 ↑+0.01 CH 3 OH
CO+0.99H 2 O→0.99CO 2 ↑+ 1.99H 2 +0.01CO 合并式(1-5),式(1-6)得到:
CH 3 OH+0.981 H 2 O→0.981 CO 2 ↑+0.961 H 2 ↑+0.01 CH 3 OH+0.0099 CO↑
总计
1067.764 kg/hPa,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 m 3 .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。 解吸塔操作压力为 0.1MPa, CO 2 溶解度为 2.32,则此时吸收塔的吸收能力为:
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。
氢气产量为: 1200m 3 /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
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