甲醇制氢
氢气的用途：
氢气是常用的工业气体之一，在石油、化工、精细化工、医药中间体等行业中氢气是重要的合成原料气，在冶金、电子、玻璃、机械制造中氢气是不可缺少的保护气，同时也用作航空航天燃料，在国外，氢气还被越来越广泛的作为清洁能源使用。
?制氢方法
1、水电解制氢
2、甲醇重整制氢
3、天然气重整制氢
4、煤、焦碳气化制氢
甲醇水蒸气转化制取纯氢的方法：
?甲醇+纯水→经汽化→过热→反应器(在催化剂作用下) →产生氢气+二氧化碳+一氧化碳和少量的杂质
甲醇分解制氢技术具有以下特点：
?与大规模的天然气、轻油和水煤气等转化制氢相比具有流程短投资省、能耗低和无环境污染。
?与水电解制氢相比单位氢气成本低30％以上。
?与氨裂解制氢技术相比具有反应条件温和，原料运输和储存方便。
工艺原理
?本工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料，在220～280℃下，专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气。
?其原理如下：
?主反应：CH3OH＝CO＋2H2 +90.7 KJ/mol
?CO＋H2O＝CO2＋H2 -41.2 KJ/mol
?总反应：CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2 +49.5 KJ/mol
?副反应：2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O -24.9 KJ/mol
?CO＋3H2＝CH4＋H2O+206.3KJ/mol
?本工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料，在220～280℃下，专用催化
剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气。
?其原理如下：
?主反应：CH3OH＝CO＋2H2 +90.7 KJ/mol
?CO＋H2O＝CO2＋H2 -41.2 KJ/mol
?总反应：CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2
?+49.5 KJ/mol
?副反应：2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O
-24.9 KJ/mol
?CO＋3H2＝CH4＋H2O+206.3KJ/mol
原料规格
?甲醇：
符合国标GB338-92一级品标准要求。建议用30Kt/y以上规模合成甲醇装置产品，运输过程无污染；严禁使用回收甲醇。
?脱盐水：
符合国家GB12145-89P（直流炉）要求，且氯离子含量小于或等于3ppm 原料和产品性质
1、原料甲醇性质
有类似乙醇气味的无色透明、易燃、易挥发的液体。沸点64.7 ℃，闪点11.11 ℃，自然点385 ℃。在空气中的爆炸极限为6.0—36.5%。甲醇是最常用的有机溶剂，能与水和多种有机溶剂互溶。
甲醇有毒、有麻醉作用，对视神经影响很大，严重时可引起失明。
2、氢气性质
氢气是无色无臭气体，无毒无腐蚀性。沸点-252.8 ℃，自然点400 ℃，爆炸极限4.1% — 74%，极微溶入水、醇、乙醚及各种液体，高温有催化剂时很活泼，极易燃、易爆（当极限达到28%静电火花就可以燃烧）并能与许多非金属和金属化合，易窒息。
3、二氧化碳性质
二氧化碳是无色无臭气体，有酸味，熔点-56.6 ℃，沸点-78.5 ℃，易溶于水成碳酸，属不燃气体，可作灭火剂，灭火时可被氢气还原一氧化碳。
工艺流程图
系统操作参数：
?氢气气量：500--1000NM3/H（温度：常温，纯度：99.99％，杂质CO≤10PPm、CO2≤10PPm）
?操作压力：1.0 MPa
?操作温度：230～300℃
原料消耗量：
?甲醇：550～600Kg/h
?脱盐水：320～360Kg/h.
公用工程规格及消耗：
?供电：380V/220V 50HＺ；
?装机容量：120KW
?电耗：≤99.8 KW
?循环冷却水用量：75吨/h
?仪表空气：80NM3/h，0.6MPa
?蒸汽：10.3MPa,314℃
操作条件的影响
?温度
?压力
?水和甲醇的摩尔比
1、温度
?甲醇水蒸气重整反应为吸热反应;
?随着温度的升高转化率提高，同时CO浓度也升高;
2、压力：
?反应为体积增大的反应;
?随着压力的增大,转化率变小。
3、水和甲醇的摩尔比：
随着水醇比的增大，可促进甲醇的转化。
原料系统：
?原料液配比（体积比）
?甲醇：水=1﹕0.8～1(V/V)
?醇、水混合液进料量：1080～1350Kg/h
?洗涤泵流量：500升/h
进料系统
甲醇液和脱盐水按一定比例混合后，经计量泵升压进入原料汽化器进行汽化和过热。
甲醇重整
原料汽在汽化器内加热到220℃后，进入甲醇重整反应器，在反应器内发生重整反应，生成H2、CO2、CO、CH4等。
汽化原料和反应所需的热量由导热热油炉系统提供。
气体冷却
反应后混合气体经过换热器与原料液进行热交换，再经净化塔洗涤后送进气液分离缓冲罐分离未反应的甲醇和水，使重整气中甲醇含量达到规定质量要求，完成制气。
冷凝和洗涤下来的液体分离来的液体为甲醇和水的混合物，全部送回配液罐回收循环使用。
反应器(R-101A/B)
反应器是甲醇重整制氢的核心设备，为列管式。管内装催化剂，壳程为加热介质导热油。
换热器(E-101):
?利用废热将原料加热。
?使重整气降温。
汽化过热器(-102)
?汽化过热器用于将经过换热后的原料液汽化并过热至接近于反应温度。
?加热介质是导热油。
冷凝器(E-103)
?用循环冷却水将重整气进一步降温。
?冷却后的重整气温度小于40℃。
导热油加热器(E-301)
?用9.0 MPa蒸汽将导热油加热至反应温度。
?为反应和汽化过热提供热源。
原料罐(102A/B)和脱盐水罐(V-101)：
用于储存原料，其材料选用1Cr18Ni9Ti。
水洗塔(T-101)：
?反应后气体中所含的甲醇用脱盐水进行洗涤，以减少气相中甲醇含量。
脱酸罐(V-103)：
?罐内装有高温气体脱酸剂，用于脱除反应产物中所含的甲酸。
?延长设备使用寿命。
气液分离器(V-104)、缓冲罐(V-105)：
?气液分离。
?平衡用气量。
PSA净化部分
合格的转化气经过一套由8台吸附塔并联交替操作的变压吸附系统，一次性吸附分离所有杂质，得到纯度和杂质含量均合格的产品氢气。
变压吸附
?变压吸附气体分离技术有3个主要要素，即吸附剂、程序控制阀和操作工艺。
吸附剂
?用于甲醇裂解气变压吸附分离的吸附剂，经多次研制改进、筛选，强度、寿命、对杂质的动态吸附量、分离效率等各方面性能达到世界先进水平，氢气回
收率可达90%。
程控阀
?变压吸附装置中使用的程序控制阀现采用的是防冲刷、阀杆密封自补偿型的第四代气动程序控制阀，具有密封性好、外泄漏量小、使用寿命长等特点。
工艺技术1
?在确定了吸附剂后，氢气的回收率取决于装置的操作工艺，如均压次数、解吸工艺等。
?①均压次数的确定：
?均压次数越多，氢气的回收率越高，投资也越高。原料气压力越高，均压次数可增多，但能耗、投资也越高。因此，选取适当的均压次数是很重要的，原料气压力可根据氢气用户的压力而确定。
工艺技术2
?②抽真空解吸：
?抽真空解吸可使吸附剂再生更为彻底，提高吸附剂的动态吸附容量，从而大幅提高了氢气的回收率，特别是针对组份为H2、CO和CO2的气体。在原料气压力为0.8~1.2Ma时，不抽真空PSA工艺，氢气回收率约80%；抽真空PSA工艺，氢气回收率可达87%，而多增电耗仅2~3度/时。
吸附器(V-201A~F)：
?是重整气的纯化设备。
?吸附器内装吸附剂。
?上下封头带过滤器。
定型设备
?⑴泵类：9台
?⑵冷干机(M-101)：将重整气进一步冷却，使其所含的液体量进一步减少，有利于吸附剂的长期使用。
环保
? 1.废气：
本技术采用物料内部自循环工艺流程，故正常开车时基本上无三废排放，仅在原料液贮罐有少量含CO2和CH3OCH3释放气排出。基本上无毒，
可直接排入大气。
变压吸附工艺驰放气经阻火器后排入大气，其中含大量的二氧化碳气和少量的氢气及微量的一氧化碳和水汽，对环境不造成污染。
2.废液
本工艺仅汽化塔塔底不定期排出少量废水，其中含甲醇0.5%以下，经稀释后可达到GB8978-88中第二类污染物排放标准，直接排入下水。
3.废渣
导热油锅炉房有一定量的燃烧煤渣，可集中处理。(只有以煤为燃料的导热油系统有废渣。)
催化剂保护1
?1、在任何情况下，催化剂层温度禁止超过300℃。
?2、还原后的催化剂绝对禁止与氧气或空气接触。
?3、催化剂使用中应尽量避免中途停车。每停一次车，尽管采取了钝化或氮气保护操作，还是会影响催化剂使用寿命。
催化剂保护2
?4、催化剂的升温和降温都必须缓慢进行，禁止急速升温和降温。
?5、在满足生产能力、产率的前提下，催化剂应在低温下操作，有利于延长催化剂使用寿命。
?6、绝对禁止含硫、磷、卤素元素等有毒物质混入系统，以免造成催化剂中毒。
?7、对装置使用的原料甲醇、脱盐水、氮气、氢气等必须符合要求，严格规范检测程序。
?8、如发现有异常特别是反应系统异常，应立即停车分析检查，排除后再开车。
?注意事项：
?⑴催化剂的还原是十分重要的一步骤，必须小心操作。要保证催化剂充分还原，不可急燥行事。
?⑵还原完毕，准备正常投料时，要避免反应器温度下降超过10℃。
?⑶CNZ-1型催化剂可以在230～280℃下操作。催化剂使用前期可维持较
低的操作温度，后期可将操作温度提高，以发挥催化剂的最大能力。
?⑷铜系催化剂的缺点是耐热性较差，故无论是升温还原或在反应操作中都要避免催化剂淬冷淬热。否则会造成铜晶粒变化，从而影响催化剂的活性和寿命。
操作
? 1 开车前的准备工作
? 1.1 一般准备和检查
?检查水、电、汽、软水、仪表空气、氮气、氢气、燃料等的供应情况，并与有关部门联系，落实供应数量和质量要求。
?关闭所有排液阀、排污阀、放空阀、进料阀、取样阀。开启冷却水、仪表空气等进工段总阀。
?通知导热油锅炉房准备开车，并联系确定开车的具体时间和质量数量要求(压力、温度、流量等)。
?通知分析室准备生产控制分析工作。
?检查动力设备的完好情况，检查所有仪表电源、气源、信号是否正常。
?落实产品用户。因转化催化剂不希望中途频繁停车，如用户没落实不要急于开车。
?检查消防和安全设施是否齐备完好。
?操作人员、分析人员、管理和维修人员经技术培训，并考核合格方能上岗。
? 2 开车操作程序
投料开车程序应在催化剂还原结束后进行，无时间间隔。开车时序一般为：水冼塔开车、汽化塔开车、转化炉开车、系统升压。还原结束后，关闭还原系统阀，开启转化炉后直到放空管线间所有阀门，关闭有关阀门，准备系统开车。
?注意：开车负荷一般采用30%～60%满负荷量，待系统稳定后逐渐加大到满负荷量。
? 2.1 准备
?1、检查工具和防护用品是否齐备完好。
?2、检查动力设备是否正常，对润滑点按规定加油，并盘车数圈。
?3、检查各测量、控制仪表是否失灵，准确完好，并打开仪表电源、气源开关。
?4、通知甲醇库和脱盐水站向本装置送原料。使甲醇中间罐和脱盐水中间罐的液位达～90％，停止送料。
? 5、催化剂还原系统所有阀门、仪表维持原开车状态不变。
? 6、通知导热油炉工序，做好开车准备。
? 7、确定开车投料量，明确投料量与各参数间关系。
? 2.2 水冼塔开车
?1、开脱盐水中间罐出料阀、脱盐水进料泵进口阀、旁路阀，启动进料泵，使脱盐水泵运转正常。
?2、开泵脱盐水进料出口阀，关脱盐水进料旁路阀，用调节阀调节回流量，使流量达要求值。
?3、当水洗塔塔釜出现液位后，开塔釜排液调节阀旁路阀，向循环液贮槽送脱盐水，然后开调节阀前后阀，控制水洗塔液位在30～40％。
? 2.3汽化塔开车
?1、开甲醇中间罐出口阀、甲醇流量计前后阀、开循环液贮槽出口阀，使水甲醇混合，开泵甲醇进料泵进口阀，旁路阀，启动泵，使甲醇进料泵运转正常。
?2、开甲醇进料泵出口阀，关甲醇进料泵旁路阀，调节进料泵刻度向系统送水甲醇。在取样点取样分析，通过调节原料甲醇的流量，使水甲醇配比达到要求值。
?3、当汽化塔塔釜液位达10％时，开启汽化塔顶放空阀，缓慢开启塔釜导热油进口阀旁路阀、前后阀，用调节阀调节进汽化塔导热油量。当塔顶排放气量稳定时，开启过热器底部排污阀，无液珠排出时关闭排污阀，即可转入转化炉开车。
? 2.4 转化炉开车
?1、开转化炉进口阀，关闭汽化塔顶放空阀，即向转化炉送水甲醇原料气。
?2、使导热油炉温度稳定至230℃，检查装置设备、管线、阀门、仪表等运转是否正常，并观察各工艺参数间关系，若无异常现象便可进行系统升压。
? 2.5系统升压
?1、开流量计前后阀，关闭旁路阀，开系统压力调节阀及其前后阀，关闭旁路阀。缓慢关小阀，使系统升压，直至达1.1MPa。
注意：必须保证原料气体适量通过催化剂床层，所以系统调压阀不能处于全关状态。
?2、调节系统压力调节阀开度，使系统压力、转化气量稳定。
?3、检查原料液进料量及其水甲醇配比，使达要求值；检查转化气量，通过阀调节进下部的导热油流量，控制好塔釜液位在15～40%。
?4、调节使进水洗塔脱盐水量稳定并达要求值，使液位稳定。此时已完成系统投料开车工作。观察全系统运行情况，若无异常现象便可进行下述操作使系统转入正常工作。
? 2.6系统稳定
?1、检查冷却器冷却水量，使进入水洗塔的转化气温度≤40℃。
?2、检查缓冲罐出口转化气组成，调整水甲醇配比，控制转化气出口气中一氧化碳、甲醇、水等组份达要求值。
?3、全系统操作稳定后，即可向后工段PSA-H2装置输送转化气。
? 3 正常操作
?全系统开车完成后，即可逐步转入正常操作。
? 3.1 正常操作状态的建立和维持
?1、根据原料液进料量、转化气流量、水甲醇配比、汽化塔液位、导热油温度、转化气组成、循环液组成及各控制点参数对各控制参数进行适当调整，使系统操作处于正常范围内。
?2、根据所需转化气量及水甲醇配比确定甲醇流量，将调节阀投入自动调节。
?3、根据所需脱盐水流量，将调节阀投入自动调节
?4、根据所需转化气量及水甲醇配比，调节原料液进料泵流量。
?5、根据循环液流量，将调节阀投入自动调节。
?6、调节冷却器进水阀，使转化气出的温度在40℃以下。
?7、当系统转化气流量稳定后，将系统压力调节阀投入自动调节。
?8、根据所需转化气量及组成，适当调整进系统导热油温度。
?9、由汽化塔下部排液阀连续排出少量废水。
全系统已处正常稳定运转。
系统处于正常操作时，按时记录各操作参数并巡回检查各控制点、设备、仪表、阀门等是否处正常状态，发现异常现象，应立即查明原因，及时处理，排除故障，维持系统正常操作状态。
? 3.2 正常停车操作
?1、停止导热油炉加热，维持导热油循环，待反应温度降至200℃以下后，导热油炉房停止向造气装置送导热油，即开启导热油装置内部短路阀。导热油炉停车按导热油炉停车要求进行。
?2、在导热油炉降温的同时，手动调节系统压力调节阀，使系统缓慢降压至0.4Mpa（或切开气体缓冲罐，转化气可备用转化炉置换，开启水洗塔顶放空阀降压）。
?3、关闭进转化炉阀门，缓慢开启汽化塔顶放空阀，汽化塔前系统降压至常压。
?4、汽化塔系统降压的同时，停原料进料泵，停止向系统进料。
?5、转化炉后系统继续降压，待降至0.2Mpa时，关闭转化炉的前后阀、旁路阀。
?6、停脱盐水泵，停止向水洗塔送脱盐水。关闭水洗塔釜排液阀。
?7、分别用氮气或气体缓冲罐转化气对转化炉前后分段置换，考虑到降温对系统压力的影响，最好系统分段用氮气或氢气保压至0.2Mpa。
导热油按要求降至一定温度后，停导热油循环泵。若长期停车，则用加压氮气将导热油从系统压回导热油贮罐。
?8、对催化剂实行保护操作或钝化处理。
? 3.3 紧急停车操作
?1、凡遇下列情况之一应采取紧急停车操作：
?⑴停电。
?⑵停冷却水。
?⑶设备、管道爆炸断裂、起火。
?⑷设备、管道或法兰严重漏气、漏液无法处理。
?⑸重要控制仪表失灵。
?2、操作步骤
?⑴紧急通知导热油装置停止加热，打开导热油装置内部短路阀，停止向造气装置送导热油。
?⑵关闭转化炉前阀，切开汽化塔系统与反应系统。转化炉后系统适当卸压。汽化系统可维持压力稳定。
?⑶停原料进料泵。
?⑷停脱盐水进料泵。
?⑸对催化剂实行特殊保护操作。
?⑹查明事故原因后再作进一步处理。
工艺指标
●汽化过热塔进料温度~165 ℃
●汽化过热塔塔釜压力(表压) 1.1 MPa
●进料温度200~260℃
●反应温度220~280℃
●导热油温度235~290℃
●换热器出口转化气温度110~140℃
●冷却器出口转化气温度＜40℃
●反应压力(表压) ~1.1MPa
●进塔脱盐水量320~360Kg/h
●出塔转化气量1480~1569Nm3/h
●转化气组成(V％)：
●氢73~74.5%
●二氧化碳23~24.5%
●一氧化碳0.8%
●甲醇0.03%
●甲烷0.20%
●进工段冷却水压力0.3MPa
●进工段仪表空气压力0.4~0.60 MPa
●导热油温度230~300℃
氢压机简述
?氢压机是隔膜式压缩机,活塞在缸体内来回运动,活塞由密封元件密封并产生油压,使得隔膜片来回摆动,通过膜片来回摆动,气体吸入气侧膜腔并压缩.当活塞吸冲程时,隔膜片就向油分配盘方向弯曲,气体通过吸气伐进入隔膜气腔侧,当活塞压缩冲程时,膜片就被油压向气侧板,于是气体被压缩,并通过排气伐排出进入排气管道.氢压机为二及压缩.排气压力9.5MPa.
氢压机组成
?隔膜头
?活塞和缸体
?驱动活塞的曲轴箱
?传动飞轮
?冷却器
?缓冲罐
?油泵
?补偿油泵
补偿油泵
?补偿油泵在每次吸气冲程过程中,经单向伐注入小量的油进隔膜头油侧,来平横补偿活塞运动露掉的油。
溢流伐
?补偿油泵注入的一部分油,在每个压缩冲程过程中超过的油,通过安装在油侧法兰上的液压溢流伐流回到油箱.溢流伐是用于调节所要求的油压的。
氢气系统安全要点
?1 氢气含氧量≦0.5％
?2 氢气系统运行时,不准敲击,不准带压修理和紧固,不得超压,严禁负压。
?3 管道和伐门冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。
?4 连接点泄露检查时可采用肥唣水或防爆检测仪，禁止使用明火。
?5 不准在室内排放氢气.吹洗置换，放空降压,必须通过排放管排放。
?6 氢气发生大量泄露或积聚时，应立即切断气源,进行通风，不得进行可能发生火花的一切操作。
?7 防止明火和其他激发能源.禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体,不得携带火种进入禁火区,选用铜质工具，穿棉质工作服和防静电鞋。
过程装备与控制工程专业课程设计 设计计算说明书 设计题目：生产能力为2600N m3/h 甲醇制氢生产装置设计 设计人： JOY 学号： 1201160315 班级：过装XXXX 组号：第四组 指导教师： XXXXXXXXXX 设计时间： 2019年12月18日至2019年1月 9 日 南京工业大学机械与动力工程学院
目录 前言 (1) 第一章摘要 (2) 第二章设计任务书 (3) 2.1设计参数 (3) 2.2计算内容 (3) 2.3图纸清单 (3) 第三章甲醇制氢工艺设计 (4) 3.1 甲醇制氢工艺流程 (4) 3.1 物料衡算 (4) 3.1.1 依据 (4) 3.1.2 投料计算量 (4) 3.1.3 原料液储罐（V0101） (4) 3.1.4 原料液储罐（E0101）、汽化塔（T0101）、过热器（E0103） (5) 3.1.5 转化器（R0101） (5) 3.1.6 吸收塔和解析塔 (5) 3.1.7 PSA系统 (5) 3.1.8 各节点的物料量 (5) 3.2 热量衡算 (7) 3.2.1 气化塔顶温度确定 (7) 3.2.2 转化器（R0101） (7) 3.2.3 过热器（E0102） (7) 3.2.4 汽化塔（T0101） (8) 3.2.5 预热器（E0101） (8) 3.2.6 冷凝器（E0103） (9) 第四章冷凝器设计 (9) 4．1 换热器段工艺计算 (9) 4．1．1，原始数据 (10) 4．1．2，定性温度与物性参数 (10) 4．1．3,物料与热量衡算 (10) 4．1．4，有效平均温差 (11) 4．1．5，初算传热面积 (11) 4．1．6,换热器结构设计 (11) 4．1．7，管程传热与压降 (12) 4．1．8、壳程传热与压降 (13) 4．1．9，总传热系数 (14) 4．1．10传热面积与壁温核算 (14) 第五章详细结构设计与强度设计 (15) 5.1确定所有零部件的尺寸和材料，并对换热设备所有受压元件进行强度计算 (15) 5.2 结构设计 (16) 5.2.1筒体 (16) 5.2.2封头 (17) 5.2.3管程接管补强计算（按照GB150-1998 等面积补强法） (18) 5.2.4壳程接管补强计算（按照GB150-1998 等面积补强法） (19)
制氢技术综述&制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢 （B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3. 天然气制氢
（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。 （2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。 （3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。 （4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要
用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。 （5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。 因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。 4.甲醇制氢 （1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。 （2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。这种装置已经广泛使用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等
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 (3
生产能力为2800 m3/h 甲醇制氢生产装置设计
前言 氢气是一种重要的工业用品，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也有着不同的要求。近年来随着中国改革开放的进程，随着大量高精产品的投产，对高纯氢气的需求量正在逐渐扩大。 烃类水蒸气转化制氢气是目前世界上应用最普遍的制氢方法，是由巴登苯胺公司发明并加以利用，英国ICI公司首先实现工业化。这种制氢方法工作压力为2.0-4.0MPa,原料适用范围为天然气至干点小于215.6℃的石脑油。近年来，由于转化制氢炉型的不断改进。转化气提纯工艺的不断更新，烃类水蒸气转化制氢工艺成为目前生产氢气最经济可靠的途径。 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。它具有以下的特点： 1、与大规模天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢比较，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，运输储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要在净化处理，反应条件温和，流程简单，故易于操作。 4、可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。
前言 ----------------------------------------------- 2 目录 ----------------------------------------------- 3 摘要 ----------------------------------------------- 3 设计任务书 ----------------------------------------- 4 第一章工艺设计 ------------------------------------------ 5 1.1.甲醇制氢物料衡算 -------------------------------------- 1.2.热量恒算 ---------------------------------------------- 第二章设备设计计算和选型：塔、换热设备、反应器 ----- 8 2.1.解析塔的选择 ------------------------------------------ 2.2.换热设备的计算与选型 ---------------------------------- 2.3.反应器的设计与选型 ------------------------------------ 第三章机器选型------------------------------------------ 13 3.1.计量泵的选择 ------------------------------------------ 15 3.2.离心泵的选型 第四章设备布置图设计---------------------------------- 15 4.1.管子选型 ---------------------------------------------- 17 4.2.主要管道工艺参数汇总一览表 ---------------------------- 8 4.3.各部件的选择及管道图 ---------------------------------- 第五章管道布置设计 ------------------------------- 16 5.1.选择一个单参数自动控制方案 ---------------------------- 21 5.2.换热器温度控制系统及方块图 课设总结 ------------------------------------------- 28
南京工业大学Array机械学院 2.过程装备与控制工程专业 综合课程设计任务书 设计题目：生产能力为2400 m3/h 甲醇制氢生产装置设计 设计人：陈侃 班级：控制0701 学号： 27 设计时间： 2010年12月21日—2011年1月15日
1.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。
甲醇制氢开工方案 开工前准备工作 1、所有消缺项目全部完成，各部门验收合格 2、现场卫生已清理彻底 3、开工物资具备条件 4、各设备备用正常 5、公用工程系统能正常投用 6、电器、仪表正常，联锁校验完成 7、调度中心、设备中心、储运、化验室、保运队伍等单位联系畅通。 8、开工方案审批、技术交底完成 一装置的吹扫及冲洗 1.1 吹扫及冲洗的目的 1.1.1 通过吹扫及冲洗，清除施工过程中进入设备、管道中的焊渣、泥沙等杂物， 以及管道内的油污和铁锈。 1.1.2 对设备和管道中的每对法兰和静密封点进行初步的试漏、试压。 1.1.3 贯通流程，熟悉基本操作，暴露有关问题。 1.2 吹扫介质 1.2.1 对装置的甲醇裂解、PSA、导热油炉管线、辅助管道等系统的主要工艺管道及设备，用氮气进行吹扫。 1.2.2对循环水管道、脱盐水管道、净化压缩空气管道以及非净化压缩空气管道，用各自本身的介质进行冲洗。
1.3 吹扫及冲洗的原则和注意事项 1.3.1 吹扫前要掌握每一条管道的吹扫流程、吹扫介质和注意事项，清楚吹扫介质的给入点和临时给入点、每条管道的排放点和临时排放点。对排污点，要做好遮挡工作，防止将污物吹入设备或后续管道。 1.3.2 引蒸汽吹扫时，要注意防止水击、防止发生烫伤等人身事故。 1.3.3 吹扫的顺序一般是先主管、后支管，分段进行。吹扫前应把调节阀、孔板、流量计拆除，若调节阀没有付线，应装上短节，以利后续管道的吹扫。 1.3.4 各吸附塔应和管路系统一同吹扫，为保证吹扫时不损伤程控阀密封面，PSA部分应采用爆破式吹扫，即在各总管端头加石棉垫，然后向塔内充压缩气直到压缩气体将石棉板冲破为止。应特别注意：吹扫时应把程控阀门取下来，再进行吹扫,以免损伤密封面。 1.3.5 吹扫及冲洗应分段进行。遇到阀门时应在阀门前拆开法兰，并在拆开法兰处插入铁片，以便排出污物。吹扫干净后，再把上法兰，并开大阀门进行后续管道的吹扫。管道上的单向阀如与吹扫、冲洗的流向不符,则要转向。吹扫、冲洗干净后再装好。沿线的各排凝点或放空点也要逐个打开，排出污物，直至把全部管道吹扫干净为止。1.3.6 在吹扫冲洗的过程中，要注意吹扫、冲洗有关跨线和小管道，以保证装置吹扫、冲洗不留死角。 1.3.7 吹扫冲洗过程中应反复憋压几次，但压力不能超过该设备管道的操作压力。在憋压过程中，应检查各静密封点的泄漏情况。如发现泄漏应做好标记和记录，待卸压后处理。
说起氢气，氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双 氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃 料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。 利用天然气制氢，存在成本低，规模效应显著等优点，研究和开发更为先 进的天然气制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证。天然气作为优质、洁 净的工业能源,在我国能源发展过程中具有重要的战略意义。因为天然气不仅是人们日常生活的重要燃料,同时也是众多化工次产品的基础性原料。很多厂家想要购买制氢设备，一定要选好厂家，因为涉及到安全和各种售后服务问题。 近年来，以风力和太阳能发电为主的新能源发展势头强劲，以化石能源 为主的能源开发利用方式面临挑战，一场历史性的能源变革正在全球范围内 孕育。与人类历史上的前两次能源变革不同，中国有能力成为这轮能源革命 的主要推动者。 人们希望找到将电能储存起来的办法，即在电力富余的时候将其存储， 在电力短缺的时候再释放出来，以满足供需之间实时平衡的需要。 甲醇是最佳的战略储能方式之一 首先，甲醇可以通过传统化石能源清洁化生产制得，也可以通过太阳能、风能等间歇式可再生能源转换获得，还可以利用农作物秸秆、动物粪便和有 机物发酵获得，是可再生以及重复利用，转换氢能的最佳媒介，也是实现国
家中长期储能的大宗化工原料。未来可以直接用空气中的二氧化碳或工厂排 放的二氧化碳生产甲醇。 其次，甲醇对石油的替代使用功能也是足够强大的。甲醇可以以不同成 分混入汽油使用，或者经过简单脱水反应生成二甲醚及甲醇与植物油进行酯 交换反应合成生物柴油，两者都是清洁的柴油代用燃料。所以甲醇基本上可 替代石油加工成为车、船、飞机的动力燃料的补充，而且成本更低。另外， 甲醇可以替代石油，加工成为多种石油化工产品，通过甲醇裂解工艺（MTO 工艺）可以生产混合低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯等），也可以通过MTP 工艺单独合成丙烯，而低碳烯烃是石油化工的龙头产品，甚至用于生产芳烃（苯、甲苯、二甲苯等）的MTA技术也在研发中，满足现有石油化工的需求。而且甲醇可以直接加工成多种产品，如可以直接作为燃料电池的燃料或 氢的中间储存燃料，它也是传统用来加工甲醛、醋酸、碳酸二甲酯、1,4-丁 二醇、乙炔二醇等大宗化学品的原料，是制造氯甲烷、有机硅产品的中间化 合物，作为溶剂、黏合剂等也有重要作用。 第三，从安全性考虑，甲醇从本质上将对人体是安全可控的。在毒理学中，半数致死量简称LD50,指引起一群实验对象50%个体死亡所需的剂量。LD50的数值越小，表示毒性越强。甲醇的LD50为5628mg/kg,汽油的 LD50为2500mg/kg,由此可见我们随处可见的汽油的毒性是甲醇的2倍以上。甲醇自然存在于人体，含量为0.6毫克/公斤体重，长期在200～ 250ppm甲醇含量的环境中工作无害，甲醇挥发性较低，仅是汽油的30%～60%。甲醇对人体主要的毒害在于误食饮用，对于视力损害严重。但比较容易控制，误饮中毒可以用碳酸氢钠、叶酸、酒精等降低它在体内代谢，所以人们普遍对甲醇为剧毒物质的印象是一种误导。甲醇在环境中也是安全的，甲醇造成火灾、爆炸的可能性远小于汽、柴油，其着火的极限浓度是汽 油的四倍；甲醇泄露的危害也比汽、柴油小，且易于稀释、扑救和降解，长 期储存不易变质。 第四，就环境保护而言，甲醇的环保效能较高。利用甲醇作为燃料的水 氢汽车，实现了零污染物排放，只排放纯净水和少量的二氧化碳，而二氧化 碳又是制甲醇的原料，真正实现了碳循环。
甲醇制氢工艺简介 １前言 氢气在工业上有着广泛的用途。近年来,由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品与农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展,对纯氢需求量急速增加。 对没有方便氢源的地区,如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资,“相当于半个合成氨”,只适用于大规模用户。对中小用户电解水可方便制得氢气,但能耗很大,每立方米氢气耗电达～6度,且氢纯度不理想,杂质多,同时规模也受到限制,因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造,改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。 西南化工研究设计院研究开发的甲醇蒸汽转化配变压吸附分离制氢技术为中小用户提供了一条经济实用的新工艺路线。第一套600Nm3/h制氢装置于1993年7月在广州金珠江化学有限公司首先投产开车,在得到纯度99、99%氢气同时还得到食品级二氧化碳,该技术属国内首创,取得良好的经济效益。此项目于93年获得化工部优秀设计二等奖、94年获广东省科技进步二等奖。 ２工艺原理及其特点 本工艺以来源方便的甲醇与脱盐水为原料,在220～280℃下,专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢与二氧化碳转化气,其原理如下: 主反应: CH3OH＝CO＋2H2 +90、7 KJ/mol CO＋H2O＝CO2＋H2 -41、2 KJ/mol 总反应: CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2 +49、5 KJ/mol 副反应: 2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O -24、9 KJ/mol CO＋3H2＝CH4＋H2O -+206、3KJ/mol 上述反应生成的转化气经冷却、冷凝后其组成为 H2 73～74％ CO2 23～24、5％ CO ～1、0％ CH3OH 300ppm H2O 饱与 该转化气很容易用变压吸附等技术分离提取纯氢。 广州金珠江化学有限公司600Nm3/h制氢装置自93年7月投产后,因后续用户双氧水的扩产,于97年4月扩产1000Nm3/h制氢装置投产,后又扩产至1800Nm3/h,于2000年3月投产。本工艺制氢技术给金珠江化学有限公司带来良好的经济效益。 目前国内应用此技术的企业已近百家,通过几年来的运转证明,本工艺技术成熟、操作方便,运转稳定、无污染。 本工艺技术有下列特点: 1、甲醇蒸汽在专用催化剂上裂解与转化一步完成。 2、采用加压操作,产生的转化气不需要进一步加压,即可直接送入变压吸附分离装置,降低了能耗。 3、与电解法相比,电耗下降90%以上,生产成本可下降40～50%,且氢气纯度高。与煤造气相比则显本工艺装置简单,操作方便稳定。煤造气虽然原料费用稍低,但流程长投资大,且污染大,杂质多,需脱硫净化等,对中小规模装置不适用。 4、专用催化剂具有活性高、选择性好、使用温度低,寿命长等特点。 5、采用导热油作为循环供热载体,满足了工艺要求,且投资少,能耗低,降低了操作费用。 ３工艺过程
甲醇制氢生产装置 计 算 书 姓名：丁仕勇 单位：机械学院控制0704
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。
400Nm3/h甲醇制氢 操作规程
目录 目录 .................................................................................................................................................. I 操作规程. (1) 一岗位管辖及任务 (1) 1.1岗位管辖围 (1) 1.2岗位任务： (1) 二、工艺说明及流程示意图： (1) 2.1工艺说明 (1) 2.2流程示意图 (4) 三岗位工艺指标： (5) 3.1温度指标： (5) 3.2流量指标： (5) 3.3压力指标:MPa (5) 3.4液位: (6) 3.5分析指标 (6) 四：装置启动初次开车及停车后的再启动 (6) 4.1管道的试漏、保压 (6) 4.2催化剂的装填 (6) 4.3设备、仪表的调校 (9) 4.6投料启动 (10) 4.7停车后再启动 (10) 4.8催化剂的卸出 (12) 五正常停车步骤和紧急停车： (12) 5.1正常停车 (12) 5.2紧急停车 (14) 5.3临时停车 (14)
六常见故障及处理方法： (14) 6.1外界供给条件失常 (14) 6.2操作失调 (15) 6.3 PLC故障 (16) 5.4操作注意事项 (17) 七巡回检查制度： (17) 八岗位责任制： (17) 九设备维护保养制度： (18) 十设备润滑管理制度： (19) 十一安全注意事项： (19)
操作规程 一岗位管辖及任务 1.1岗位管辖围 界区所有管道、设备、阀门、电气及仪表等均属于岗位管辖围。 1.2岗位任务： 利用甲醇和水的重整反应制氢，重整气组成为氢气约75%，二氧化碳约25%，还有微量的甲烷，二乙醚的等杂质，之后在通过变压吸附分离提氢，改变变压吸附（PSA）操作条件可生产不同纯度的氢气，氢气纯度最好可达99.999%以上。 二、工艺说明及流程示意图： 2.1工艺说明 2.1.1重整工段 甲醇进入界区后直接进入混配罐中，通过液位控制甲醇进料量，无离子水进入界区后直接进入混配罐中，通过控制液位控制无离子水进料量，两台混配罐一台陪料，一台使用。混配罐甲醇、水混合液体能维持一个班八小时的工作用量。混配罐中的混合液经计量泵输送到换热器中。本工艺现场配备三台计量泵，其中一台输送混合液体，一台给水洗塔输送无离子水，另一台备用，三台泵型号、结构完全相同，开二备一。甲醇、水混合液体进入换热器与由反应器出来的重整气进行换热，换热后混合液温度由室温升至140℃，并呈现部分气化的气液胶着状态，然后接着进入气化过热器，被过热器下部管壳高温导热油加热气化，气化后的甲醇、水混合蒸气通过气化过热器上部列管被管壳中的高温导热油进一步加热到240~300℃围，然后进入反应器中。进入反应器的甲醇、水混合蒸气由上而下通过催化剂床层，在催化剂的作用下发生甲醇、水蒸气重整反应，生成产物为二氧化碳和氢气—重整气。由反应器出来的重整气进入换热器中与原料甲醇、水液体进行换热，完成热量交换后，重整气的温度由240~300℃降为160℃左右，然后进入水冷却器进一步冷却至室温，经冷却后的
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。
利用天然气制氢，存在成本低，规模效应显著等优点，研究和开发更为先 进的天然气制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证。天然气作为优质、洁 净的工业能源,在我国能源发展过程中具有重要的战略意义。因为天然气不仅是人们日常生活的重要燃料,同时也是众多化工次产品的基础性原料。很多厂家想要购买制氢设备，一定要选好厂家，因为涉及到安全和各种售后服务问题。 近年来，以风力和太阳能发电为主的新能源发展势头强劲，以化石能源 为主的能源开发利用方式面临挑战，一场历史性的能源变革正在全球范围内 孕育。与人类历史上的前两次能源变革不同，中国有能力成为这轮能源革命 的主要推动者。 人们希望找到将电能储存起来的办法，即在电力富余的时候将其存储， 在电力短缺的时候再释放出来，以满足供需之间实时平衡的需要。 甲醇是最佳的战略储能方式之一 首先，甲醇可以通过传统化石能源清洁化生产制得，也可以通过太阳能、风能等间歇式可再生能源转换获得，还可以利用农作物秸秆、动物粪便和有 机物发酵获得，是可再生以及重复利用，转换氢能的最佳媒介，也是实现国 家中长期储能的大宗化工原料。未来可以直接用空气中的二氧化碳或工厂排 放的二氧化碳生产甲醇。
其次，甲醇对石油的替代使用功能也是足够强大的。甲醇可以以不同成 分混入汽油使用，或者经过简单脱水反应生成二甲醚及甲醇与植物油进行酯 交换反应合成生物柴油，两者都是清洁的柴油代用燃料。所以甲醇基本上可 替代石油加工成为车、船、飞机的动力燃料的补充，而且成本更低。另外， 甲醇可以替代石油，加工成为多种石油化工产品，通过甲醇裂解工艺（MTO 工艺）可以生产混合低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯等），也可以通过MTP 工艺单独合成丙烯，而低碳烯烃是石油化工的龙头产品，甚至用于生产芳烃（苯、甲苯、二甲苯等）的MTA技术也在研发中，满足现有石油化工的需求。而且甲醇可以直接加工成多种产品，如可以直接作为燃料电池的燃料或 氢的中间储存燃料，它也是传统用来加工甲醛、醋酸、碳酸二甲酯、1,4-丁 二醇、乙炔二醇等大宗化学品的原料，是制造氯甲烷、有机硅产品的中间化 合物，作为溶剂、黏合剂等也有重要作用。 第三，从安全性考虑，甲醇从本质上将对人体是安全可控的。在毒理学中，半数致死量简称LD50,指引起一群实验对象50%个体死亡所需的剂量。LD50的数值越小，表示毒性越强。甲醇的LD50为5628mg/kg,汽油的 LD50为2500mg/kg,由此可见我们随处可见的汽油的毒性是甲醇的2倍以上。甲醇自然存在于人体，含量为0.6毫克/公斤体重，长期在200～ 250ppm甲醇含量的环境中工作无害，甲醇挥发性较低，仅是汽油的30%～60%。甲醇对人体主要的毒害在于误食饮用，对于视力损害严重。但比较容易控制，误饮中毒可以用碳酸氢钠、叶酸、酒精等降低它在体内代谢，所以人们普遍对甲醇为剧毒物质的印象是一种误导。甲醇在环境中也是安全的，甲醇造成火灾、爆炸的可能性远小于汽、柴油，其着火的极限浓度是汽 油的四倍；甲醇泄露的危害也比汽、柴油小，且易于稀释、扑救和降解，长 期储存不易变质。 第四，就环境保护而言，甲醇的环保效能较高。利用甲醇作为燃料的水 氢汽车，实现了零污染物排放，只排放纯净水和少量的二氧化碳，而二氧化 碳又是制甲醇的原料，真正实现了碳循环。 当然，最为重要的还是甲醇作为功能资源储备的经济合理性。从经济、 节能、减排等几个角度综合考察，其效能都很高，只要国家政策鼓励，前景 十分乐观。 水氢技术带人类走入新时代
甲醇催化制氢技术展望 甲醇是优质、洁净的可再生能源，我国拥有丰富的盛产甲醇的资源，随着现代化进程的加快和石油能源的紧缺，我国已开始重视和发展基础设施的建设来利用可再生资源，为大力推广甲醇的应用提供了条件。常州市蓝博净化科技有限公司的自主研发甲醇制氢装置能将甲醇高效转化为氢能，氢能具有热值高、反应速度快、易于储存、零排放等优点，在交通运输领域潜力巨大。当前，各国大力推进氢能产业发展，产业链逐渐完善；各大企业也纷纷布局。随着排放要求的提升、储氢技术的进步、燃料电池技术的成熟，氢能商业化利用的设想或将逐渐成为现实。 作为重要生产原料，氢气2019年全球消费量约8550万吨，其中炼化领域的消费占90%以上，未来仍将进一步增长。中国是最大的氢气生产国和消费国，2019年产量和消费量约1920万吨，其中93%以上用于合成氨、合成甲醇和炼油。随着炼厂加氢装置的增加，氢气的需求量逐年增大。作为高效的能源载体，氢气的应用逐渐由传统航天领域向汽车领域拓展。国家能源集团预计2050年后电能及氢能将成为车用能源的主要形式。美国、日本及欧洲等发达国家和地区不断加大研发投入和政策支持力度，目标指向2040年实现氢能社会。氢能利用在交通领域持续升温，正迈向商业化进程。 一、常见的氢气储存技术 A．高压储氢：氢质量含量1～5．8wt％，压力为35／45／70／90MPa，目前已经商业化。对于氢能汽车中的高压储罐，一般有35Mpa
和70Mpa两种，采用碳纤维复合材料组成铝内胆外面缠绕碳纤维材料。日本通过将减少碳纤维强化树脂的用量，使重量效率比原来提高了20％，储氢重量密度达到了5．7wt％。 B．液化储氢：氢质量含量＞5wt％，将纯氢冷却至－253℃储存，超低温消耗能量大，成本高，优势在于储氢密度高，多用于航天、军工领域。 C．固态吸附储氢：氢质量含量5．3～9wt％，使用以碳材料为主进行物理储氢，环境为77k、4MPa，纳米碳材料储氢性能好，还处于实验阶段。 D．液态有机化合物储氢：氢质量含量6～8wt％，常温常压，储氢容量大，目前还处于实验阶段。 E．金属氢化物储氢：氢质量含量1．4～3．6wt％，常温常压，安全性好，但是储氢合金存在易粉化、能量衰减和变质，目前还处于实验阶段。 F．自然储氢：包括水储氢、甲醇储氢等。其中，水储氢的氢质量含量为11．1wt％，常温常压，能量比度高，成本高，以电解水制氢为主。甲醇储氢的氢质量含量为12．5wt％，常温常压，能量密度高，低成本，大规模甲醇制氢技术早已实现商业化，常州市蓝博净化科技有限公司的微型化甲醇制氢技术已实现突破，商业化价值极高。以上的六种氢储能方法中，甲醇的储氢质量分数是最高的了。并且，甲醇利用热重整、质量占比12．5％的氢会成为氢单质。而甲醇的能量密度是20MJ／KG，经过热重整后得到的氢能量。
1800Nm3/h甲醇制氢装置设计依据 甲醇蒸汽转化制氢和二氧化碳技术 １前言 氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。 对没有方便氢源的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资，“相当于半个合成氨”，只适用于大规模用户。对中小用户电解水可方便制得氢气，但能耗很大，每立方米氢气耗电达～6度，且氢纯度不理想，杂质多，同时规模也受到限制，因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。 西南化工研究设计院研究开发的甲醇蒸汽转化配变压吸附分离制氢技术为中小用户提供了一条经济实用的新工艺路线。第一套600Nm3/h制氢装置于1993年在广州金珠江化学有限公司首先投产开车，在得到纯度%氢气同时还得到食品级二氧化碳，该技术属国内首创，取得良好的经济效益。此项目于93年获得化工部优秀设计二等奖94年获广东省科技进步二等奖。
２工艺原理及其特点 本工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料，在220～280℃下，专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气，其原理如下： 主反应：CH3OH＝CO＋2H2+ KJ/mol CO＋H2O＝CO2＋H2KJ/mol 总反应：CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2+ KJ/mol 副反应：2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O KJ/mol CO＋3H2＝CH4＋H2O -+mol 上述反应生成的转化气经冷却、冷凝后其组成为 H2 73～74％ CO2 23～％ CO ～％ CH3OH 300ppm H2O 饱和 该转化气很容易用变压吸附等技术分离提取纯氢。 广州金珠江化学有限公司600Nm3/h制氢装置自93年7月投产后，因后续用户双氧水的扩产，于97年4月扩产1000Nm3/h 制氢装置投产，后又扩产至1800Nm3/h，于2000年3月投产。本工艺制氢技术给金珠江化学有限公司带来良好的经济效益。 目前国内应用此技术的企业已近百家，通过几年来的运转证明，
甲 醇 蒸 汽 转 化 制 氢 技 术 郝树仁 李言浩 程玉春 王志亮 ( 齐鲁石化公司研究院, 淄博, 255400) 摘要 介绍了甲醇蒸汽转化制氢技术的工艺及所采用的双功能催化剂 Q M H - 01 的特点。 该技术可广泛用于精 细化工等行业。 关键词 甲醇 制氢工艺 双功能催化剂 蒸汽转化 8k W ·h ?m 3 ·H 2 (标准) 〕等因素的影响, 其单位 氢 气 成 本 较 高。 据 笔 者 测 算, 一 套 规 模 为 1 000m 3 ?h (标准) 的甲醇蒸汽转化制氢装置的单 位氢气成本不高于 2 元?m 3 ·H 2 (标准) , 这比电 解水制氢要低得多。 (3) 由于所用的原料甲醇纯度高, 不需要再 进行净化处理, 反应条件温和, 流程简单, 故易 于 操作。 1 前 言 氢气是精细化工、冶金等行业的重要原料, 它 在电子、仪表、军事设施等方面也有重要的应用。 传 统的制氢方法一般是电解水, 但其规模较小 〔200m 3 ?h (标准) 以下〕。目前, 工业上大规模的 制氢方法有: 天然气转化制氢, 烃类 (轻油) 转 化制氢, 水煤气转化制氢等; 也有从炼油或其它 化工过程中产生的各种含氢气体中回收氢气, 但 这要受到具体条件的限制。 近年来, 甲醇蒸汽转 化制氢已经成为制取氢气的重要途径, 受到许多 国家的重视。 甲醇蒸汽转化制氢技术具有以下特 点: (1) 与大规模的天然气、 轻油等转化制氢或 水煤气制氢相比, 投资省、能耗低。众所周知, 由 于目前工业上所采用的大规模的制氢工艺, 须在 高温下 (约 800℃) 进行, 所采用的炉子等设备需 要特殊材质, 同时还要考虑转化用的蒸汽、 燃烧 空气预热、 氢气纯化所需的热源, 又必须考虑副 产蒸汽的回收利用等问题, 故如规模过小就不经 济。而甲醇蒸汽转化制氢由于反应温度低 (260～ 300℃) , 就不存在以上问题。同时由于温度低, 也 不需要考虑废热回收, 燃料消耗也低。 文献 〔1〕 认为, 与同等规模的天然气或轻油转化制氢装置 相比, 甲 醇 蒸 汽 转 化 制 氢 的 能 耗 仅 是 前 者 的 50% 。 (2) 与电解水制氢相比, 单位氢气成本较低。 (4) (5) 作方便, 甲醇原料易得, 运输、 贮存方便。 可以做成组装式或可移动式的装置, 操 搬运灵活。 齐鲁石化公司研究院, 继成功地开发了轻油 转化制氢等技术及催化剂后, 又成功地开发了甲 醇 蒸 汽 转 化 制 氢 技 术 及 双 功 能 催 化 剂 QM H - 3 01, 采用该技术建成的 1 000m ?h (标准) 的制氢 装置已于 1995 年 11 月投产, 至今运行良好。 下 面介绍这一技术及催化剂的特点。 2 工艺流程 该技术的工艺流程简图见图 1。 脱盐水及甲 醇按一定比例在进料罐中混合, 然后经进料泵加 压至约 210M P a 后进入换热器, 经与反应产物换 热后进入汽化器, 接着进入反应器。 在反应器中 收稿日期: 1997- 07- 30。 作者简介: 郝树仁, 男, 高级工程师, 副总工程师。1969 年 7 月毕业于山东大学化学系, 长期从事化肥和炼油行业所需的制 氢催化剂及工艺技术开发研究, 先后获得中石化总公司科技进步 一等奖 2 项, 国家科技进步三等奖 1 项。现任中石化制氢技术联 络站和中国石化情报学会大氮肥分会秘书长。 电解水制氢 〔规模一般小于 200m 3 ?h (标准) 〕是 比较成熟的制氢方法, 但由于它的电耗高〔约 5～
2020年甲醇制氢汽化塔设计精品版
甲醇制氢生产装置 计 算 书 姓名：丁仕勇 单位：机械学院控制0704
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. 前言 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. 汽化塔设计 4.1 工艺计算 4.1.1 填料段工艺计算 4.2 结构设计 1．管道设计 2．自控设计 3．技术经济评价、环境评价 4．结束语
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, 当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）能够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, 也能够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)