甲醇制氢工艺设计

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
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。

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(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。

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。

甲醇裂解制取氢气
前言
甲醇裂解-变压吸附联合工艺制取氢气是我公司自行开发设计的、适用于中小型用氢规模的制氢装置技术，我公司经过近十年的研究改进，已经达到国际先进水平，并先后成功地在一百多家企业得到工业化运用，同时先后获得数项国家专利。

该技术主要是以甲醇、水为原料，经催化转化，变压吸附分离技术得到氢气。

该技术充分体现了流程简洁、占地小，投资省、产品成本低等特点，特别是随着我国生产甲醇装置的大规模建设（内蒙古鄂尔多斯500万吨甲醇/年、海南120万吨甲醇/年、重庆90万吨甲醇/年、黑龙江鹤岗120万吨甲醇/年、新疆石河子60万吨甲醇/年、陕西神木60万吨甲醇/年、山东30万吨甲醇/年等等），可以预见，随着这些装置的不断投产，甲醇裂解制取氢气的生产成本，也会大幅度降低，客户产品的竞争力将得到不断的提高。

技术特点
·生产技术成熟，运行安全可靠。

·原料来源容易，运输贮存方便，价格稳定。

·流程简洁。

·装置自动化程度高，操作简单、容易。

·占地小，投资省，回收期短。

·能耗低，产品成本低。

·无环境污染。

工艺流程简述
甲醇和脱盐水经混合、加压、汽化、过热进入反应器，在催化剂作用下，反应生成H2、CO2、CO等混合气，混合气经变压吸附（PSA）分离技术一次性获得高纯氢气。

甲醇裂解制氢工艺原理1、工艺原理甲醇转化制氢技术是以甲醇、脱盐水为主要原料，甲醇水蒸汽在催化剂床层转化成主要含氢气和二氧化碳的转化气，该转化气再经变压吸附技术提纯，得到纯度为99.9～99.999%的产品氢气的工艺技术2、甲醇蒸汽转化工艺原理甲醇、脱盐水混合后经加热汽化、过热后进入转化器，甲醇、水蒸汽在一定温度下通过转化器的专用催化剂床层发生转化反应，生成氢气和二氧化碳。

其化学方程式如下：CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 – 49.5 KJ/mol （1）转化反应的同时伴随有副产物CO生成，经过对反应热力学和反应机理的研究，结果表明该转化反应是由两步反应完成的，即甲醇裂解反应和一氧化碳变换反应。

其过程方程式如下：甲醇裂解 CH3OH → CO + 2H2 – 90.7 KJ/mol （2）变换 CO + H2O → CO2 + H2 + 41.2 KJ/mol （3）总反应为吸热反应，为节约能耗和物耗，需保证反应在高单程转化率和高选择性下进行，所以一般控制反应温度为230～290℃，故需热载体供热，装置原料的汽化、过热、反应由热载体导热油供热。

由于甲醇蒸汽转化反应为增加分子的反应，从理论上说，压力太高不利于反应的进行。

但为了满足氢气的使用压力和变压吸附分离对压力的要求，一般采用的操作压力范围是0.9～2.0 MPa。

工艺过程包括原料液换热、汽化、过热、反应、降温及水洗等，转化气送出前先进行水洗不但可回收夹带的甲醇、降低甲醇消耗，而且可大大降少从弛放气排出的甲醇量，有利于环境保护。

3、变压吸附气体分离技术工艺原理研究发现一些具有发达微孔结构的固体材料对流体分子具有吸附作用，这类吸附材料被称为吸附剂。

当流体分子与固体吸附剂接触后，吸附作用随即会发生。

吸附过程有以下特性：（1）吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同气体在吸附剂上的吸附量是有差别的；（2）气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少。