还剩10页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
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1—2流程包括以下步骤甲醇与水按配比
11.5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
2、C02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C02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
2、CO及其它杂质,得到一定纯度要求的氢气C血
14.65kJ/kg•Kc”用.19kJ/kg•K则管程中反应后气体混合物的温度变化为At=Q/cpm=
17.15x
10710.47x
2276.338+
14.65x
312.5+
4.19x
491.976=
56.26℃换热器出口温度为280-
56.3=
221.74℃
6、冷凝器E0103在E0103中包含两方面的变化
①CO2CO比的冷却以及
②CH30HH0的冷却和冷凝.
①CO2COH2的冷却Q二xc/;mAt=
10.47x
2276.338+
14.65x
312.5+
4.19x
14.632x
221.7-40=
5.23xl06kJ/h
②CH30H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=2135KJ/kg总冷凝热QkHxm=2135x
491.976=
1.055x105kJ/h水显热变化Qc/7mAt=
4.19x
491.976x
221.7-40=
1.80xl05kJ/hQ=Q+Q2+Q3=
5.7155xl06kJ/h冷却介质为循环水,采用中温型凉水塔,则温差△T=10℃用水量w=Q/c「△t=
5.7155xl06/
4.19xl0=136408kg/h图1—
21.2物料衡算
1、依据甲醇蒸气转化反应方程式CHQH-COt+2HJJ4CO+H2O-CO2t+h2CH3OH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:
1.5mol.
2、投料计算量代入转化率数据,式1-3和式1-4变为CH30H-
0.99COt+
1.98H.t+
0.01CH.OHCO+
0.99H.O-
0.99coJ+
1.99H.+
0.01CO合并式1-5式1-6得到CH3OH+
0.981H2O-*
0.981CO2f+
0.961H2t+
0.01CH3OH+
0.0099COt氢气产量为3500m3/h=
156.25kmol/h甲醇投料量为
156.25/
2.9601x32=
1689.132kg/h水投料量为
1689.132/32x
1.5x18=
1425.205kg/h
3、原料液储槽V0101进甲醇
1689.132kg/h水
1425.205kg/h出甲醇
1689.132kg/h水
1425.205kg/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
1689.132kg/h水
1425.205kg/h总计
3114.337kg/h出生成CO
21689.132/32x
0.9801x44=
2276.338kg/hH
21689.132/32x
2.9601x2=
312.5kg/hCO
1689.132/32x
0.0099x28=
14.632kg/h剩余甲醇
1689.132/32x
0.01x32=
16.89kg/h剩余水
1425.205-
1689.132/32x
0.9801x18=
491.976kg/h总计
3114.336kg/h
6、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℃.止匕时,每m3吸收液可溶解C21L
77.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1-1及表1—2解吸塔操作压力为
0.IMPaCO2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压力下瞑=pM/RT=
0.4x44/[
0.0082x
271.15+25]=
7.20kg/m5CO体积量Vco=
2276.338/
7.20=
316.158m3/h据此,所需吸收液量为
316.158/
9.45=
31.456mVh考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为
31.456m3/hx3=
100.368m3/h可知系统压力降至O.IMPa时,析出CO量为
316.158m3/h=
2276.338kg/h.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T根据汽液平衡关系有
0.4p甲醇+
0.6p水=
1.5MPaMPapt=
1.
37041.5MPa再设T=175℃pw=
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175℃.
2、转换器R0101两步反应的总反应热为
49.66kJ/mol于是在转化器内需要供给热量为Q反应二
1689.132x
0.99/32xl000x-
49.66=-
2.596xl06kJ/h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320℃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c⑹田=
4.1868x
0.68=
2.85kJ/kg•KCp3ooj
2.81kJ/kg•K取平均值cp=
2.83kJ/kg•K则导热油用量w=Q反应/c「At=
2.596xl06/
2.83x5=
183486.24kg/h
3、过热器E0102甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175℃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=Zc〃m△t=l.90x
1689.132+
4.82x
1425.205x280-175=
1.0583xl06kJ/h导热油cr
2.826kJ/kg-K于是其温降为At=Q/cpm=
1.0583x106/
2.826x
183486.24=
2.04℃导热油出口温度为315-
2.04=
312.96℃
4、汽化塔T0101认为汽化塔仅有潜热变化175℃甲醇H=
727.2kJ/kg水H=203IkJ/kgQ=
1689.132x
727.2+2031x
1425.205=
4.123x106kj/h以300℃导热油*计算c/
2.76kJ/kg•Kat=Q/cpm=
4.123x106/⑵76x
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△4320-
304.9=
15.14℃基本合适.
5、换热器E0101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1—5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=Zcpmat=
1689.132x
1.14+
1425.205x
4.30x175-25=
17.15xl05kJ/h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c0-47kJ/kg•K组小序号12345678910\状态LLLLggggggCH30H
1013.
4791013.
4791013.
4791013.
4791013.
47910.13510135少量少量H
20855.
123855.
123855.
123855.123855123296386286386少量少量C
021365.
7201365.
7201365.720少量co
8.
7798.
7798.
7798.779H
2187.500187500187500187500。