甲醇制氢装置的投资估算结构设计第一章工艺设计1.1.1甲醇制氢物料衡算.(1)依据甲醇蒸气转化反应方程式：CH30HCOt+2H2fCO+H2OCO2t+H2CH3OHF分解为CO,转化率99%,C0变换转化率99*，反应温度280°C，反应压力为1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。(2)投料量计算代如转化率数据CH3OH>0.99COt+1.982H2t+0.01CH3OHCO+0.99H2O-0.99CO2t+0.99H2t+0.01COt合并得到CH3OH+0.9801H2O-0.9801CO2t+2.9601H2t+0.01CH3OH+0.0099CO氢气产量为：700m3/h=31.250kmol/h甲醇投料量为：31.250/2.9601*32=337.828kg/h水投料量为：337.828/32*1.5*18=285.042kg/h(3)原料储液槽(V0101)进：甲醇337.828kg/h,水285.042kg/h。出：甲醇337.828kg/h,水285.042kg/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337.828kg/h，水285.042kg/h,总计622.87kg/h出：生成CO2337.828/32*0.9801*44=455.370kg/hH2337.828/32*2.9601*2=62.500kg/hCO337.828/32*0.0099*28=2.926kg/h剩余甲醇337.828/32*0.01*32=3.378kg/h剩余水285.042-337.828/32*0.9801*18=98.796kg/h总计622.87kg/h(6)吸收和解析塔吸收塔总压为1.5Mpa，其中CO2分压为0.38Mpa,操作温度为常温(25。0。此时每m?吸收液可溶解CO211.77m3.解吸塔的操作压力为0.lMPa,CO2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PCO2=pM/RT=4*44/[0.082*(273.15+25)]=7.20kg/m?CO2体积重量VCO2=455.370/7.20=63.232m?/h据此，所需吸收液的量为63.232/9.45=6.691m?/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收液量为6.691*3=20.074m?/h系统压力降至0.lMPa时，析出CO2量为86.510m?/h=455.370kg/h(7)PSA系统略。(8)各节点的物料量综合上面的工艺物料恒算结果，给出物料流程图及各节点的物料量。1.1.2热量恒算(1)气化塔顶温度确定要使甲醇完全汽化，则其气相分率必然是甲醇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=1.5MPa初设T=170°Cp甲醇=2.19MPa；p水=0.824MPap总=1.3704MPa<1.5MPa再设T=175Cp甲醇=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175C(2)转化器(R0101)两步反应的总反应热为49.66kj/mol,于是在转化器需要共给热量为：Q反应=337.826*0.99/32*1000*(-49・66)=-5.190*105kj/h此热量有导热油系统带来，反应温度为280C，可以选用导热油温度为320C，导热油温降设定为5C,从手册中查到导热油的物性参数，如必定压热容与温度的关系，可得：Cp320C=4.1868*0.68=2.85kj/(kg．K),Cp300C=2.81kj/(kg．K)取平均值Cp=2.83kj/(kg．K)则导热油的用量w=Q反应/(CpAt)二5.190*105/(2.83*5)=3.668*104kg/h(3)过热器(E0102)甲醇和水的饱和正气在过热器中175C过热到280C，此热量由导热油供给。气体升温所需热量为Q二工CpmAt=(1.90*337.828+4.82*285.042)*(280-175)=2.117*105kj/h导热油Cp=2.825kj/(kg.K),于是其温度降为At=Q/(Cpm)=2.117*105/(2.86*3.668*104)=2.042C导热油出口温度为：315-2.042=312.958(4)汽化塔(T0101)认为汽化塔仅有潜热变化。175C甲醇H=727.2kj/kg水H=2031kj/kgQ=337.828*727.2+2031*285.042=8.246*105kj/h以300°C导热油Cp计算Cp=2.76kj/(kg.K)At二Q/(Cpm)=2.36*106/2.76*3.668*104)=8.145°C则导热油出口温度t=312.958-8.145=304.812°C2导热油系统温差为AT=320-304.812=15.187C基本合适(5)换热器(E0101)壳程：甲醇和水液体混合物由常温(25C)升至175C液体混合物升温所需的热量Q二工cpmAt=(337.828*3.14+285.042*4.30)*(175-25)=3.430*105kj/h管程：取各种气体的比定压热容为：CpCO~10.47kj/(kg.K)2CPH~14.65kj/(kg.K)2CPH0~4.19kj/(kg.K)2则管程中反应后其体混合物的温度变化为：At=Q/(Cp*m)=3.430*105/(10.47*455.267+14.65*62.5+4.19*98.8)=56.264C换热器出口温度280-56.264=223.736C(6)冷凝器(E0103)①CO、C0、H2的冷却2Q二工cpmAt=(10.47*455.267+14.65*62.5+10.47*2.926)*(223.736-40)=1.05*106kj/h1②压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135kj/kg,总冷凝热Q=H*m=2135*98.8=2.109*105kj/h2水显...
