工艺开发与工艺设计概述

1 2.1工 艺 过 程 开 发 及 工 艺 路 线 选 择2.2 工 艺 设 计 的 内 容 及 设 计 文 件 2.3 工 艺 设 计 中 的 全 局 性 问 题第 二 章 工 艺 开 发 与 工 艺 设 计 概 述 2 过 程 工 业 是 以 装 置 为 中 心 进 行 生 产 的 工 业 ,整 个生 产 工 艺 过 程 都 在 装 置 内 完 成 。 生 产 工 艺 是 过 程 装置 的 软 件 ， 过 程 装 置 是 实 施 生 产 工 艺 的 硬 件 ， 因 此一 座 工 厂 或 一 套 装 置 设 计 的 核 心 是 工 艺 设 计 ， 它 决定 了 整 个 设 计 的 概 貌 ， 看 一 个 工 厂 是 否 先 进 ， 首 先看 它 的 工 艺 是 否 先 进 。 2.1工 艺 过 程 开 发 及 工 艺 路 线 选 择工程实例 3 2.1.1 工 艺 过 程 开 发 程 序信 息研 究实 验 性研 究 可 行 性 研究 (1) 小试 模 型试 验 中试概念设计 可 行 性研 究 (3)可 行 性 研究 (2) 初步设计 施工设计 施工过 程 研 究 工 程 设 计 研 究图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案设计与论证方案审定方案实施 4 第一阶段：方案的提出(一)信息研究必 要 性 :市 场 对 开 发 产 品 的 需 求 量 ， 开 发 产 品 与 国民 经 济 其 他 部 门 的 关 系 ， 市 场 前 景 ， 收 益 估 算 ， 社会 效 益 以 及 环 境 污 染 情 况 等 。可 行 性 :评 估 科 研 水 平 、 社 会 条 件 及 完 成 该 项 目 的可 能 性 。信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究认为所开发的技术能带来显著的经济效益或重大的社会效益，才值得投资进行研究与开发。否则即可就此终止。 5 (二)实验性研究 工 艺 方 法 ： 如 原 料 路 线 、 生 产 路 线 等 研 究 ； 工 艺 条 件 ： 温 度 、 压 力 、 转 化 率 、 主 副 反 应 特 点 、催 化 剂 等 研 究 ； 物 料 平 衡 、 能 量 平 衡 和 生 产 成 本 估 算 ； 原 材 料 、 半 成 品 和 产 品 的 质 量 的 研 究 ； 产 品 用 途 。 6 (三)第一次可行性研究1、技术上是否可行原料是否可行、可靠（ 原 料 费 约 等 于 三 分 之 二 生 产 费 用 ）技术路线的可靠性（ 生 产 安 全 、 操 作 简 便 、 操 作 条 件 弹性 大 ， 生 产 环 节 少 ， 不 易 出 现 故 障 ）技术路线的先进性（ 各 种 技 术 指 标 ， 如 转 化 率 、 选 择 率 、能 耗 、 设 备 生 产 强 度 、 劳 动 和 产 率 等 的 高 低 ） 2、经济上是否可行 指 投 资 、 人 力 、 生 产 费 用 等 支 出同 产 品 销 售 的 收 入 作 比 较 ， 估 算 可 能 获 得 的 经 济 效 益 和 投 资 回 收 情 况 。 7 3、环境上是否可行应 评 估 “ 三 废 ” 治 理 程 度 及 其 对 环 境 的 影 响 *三 废 废 水 、 废 气 、 废 渣 结论：通过对技术、经济和环境的评估，做出该产品是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。 8 第二阶段：方案设计与论证(一)小试1、制造样品 在 此 过 程 中 ， 对 制 造 工 艺 、 制 造 条 件 及 控 制 方 法进 研 究 ， 对 原 料 、 产 品 进 行 研 究 ， 最 终 编 制 初 步 的 物料 衡 算 和 能 量 衡 算 ， 提 出 “ 三 废 ” 治 理 初 步 方 案 。2、与实验性研究比较小 试 实 验 性 研 究工 艺 条 件 细 致 、 具 体 粗 略 规 模 更 大 更 小原 料 使 用 生 产 时 采 用 的 原 料 不 一 定 用 生 产 时 采 用 的 原 料反 应 器 使 用 生 产 时 采 用 的 反 应 器 类 型 理 论 研 究 结论：小试时，要通过不断改变操作条件提高反应的转化率、选择率等；并试验出分离提纯的初步方法。 9 (二)概念设计 1、目的2、内容把 小 试 成 果 和 工 作 经 验 相 结 合 ， 进 行 原 则 流 程 设 计 。 技 术 上 ， 确 定 流 程 、 工 艺 条 件 、 主 要 设 备 型 式 、三 废 治 理 措 施 ； 经 济 上 ， 计 算 基 本 建 设 投 资 和 产 品 成 本 等 主 要 技术 经 济 指 标 。 10 (三)第二次可行性研究 称 作 方 案 论 证 。 其 内 容 与 第 一 次 可 行 性 研 究 差 不 多 。在 此 之 前 由 于 有 概 念 设 计 、 物 料 衡 算 和 能 量 衡 算 ， 对技 术 、 经 济 的 分 析 就 比 较 准 确 。 可 进 一 步 估 算 工 厂 规模 、 投 资 费 用 、 成 本 及 经 济 效 益 等 。 第 二 次 可 行 性 研 究 也 要 作 出 开 发 应 该 中 止 或 继 续 的 决定 。 若 继 续 进 行 ， 还 应 对 下 阶 段 的 工 艺 和 过 程 的 研 究提 出 指 导 性 意 见 。 第 二 次 可 行 性 研 究 可 以 作 为 同 有 关 部 门 签 订 合 同 的 依据 。 11 第三阶段：方案的审定(一)模型试验1、任务2、内容 对 数 学 模 型 法 建 立 数 学 模 型 ； 对 部 分 解 析 法 找 出 放 大 规 律 。 化 学 反 应 动 力 学 模 型 （ 探 讨 反 应 机 理 ， 主 、 副 反 应 ） ； 流 动 模 型 （ 通 过 冷 模 试 验 进 行 ） *冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。 12 (二)中试1、定义2、主要任务3、最终目的 中 试 即 中 间 试 验 的 简 称 ， 介 于 小 试 和 生 产 之 间 ， 如果 生 产 规 模 较 大 ， 还 需 要 进 行 若 干 逐 级 放 大 的 中 试 。考 察 从 小 试 到 中 试 的 放 大 效 应 。 带 控 制 点 的 工 艺 流 程 图 、 工 艺 参数 、 物 料 衡 算 和 能 量 衡 算 的 数 据 等 。 13 (三)初步设计 总 工 艺 流 程 ， 生 产 方 法 ， 工 厂 组 成 ， 总 图 布 置 ，水 、 电 、 气 的 供 应 方 式 和 用 量 ， 关 键 设 备 及 仪 表 选 型 ，全 厂 贮 远 方 案 ， 消 防 、 劳 动 安 全 与 工 业 卫 生 ， 环 境 保护 及 综 合 利 用 等 。1、定义2、主要内容 根 据 中 试 结 果 而 进 行 的 生 产 规 模 的 全 面 设 计 ， 是 工程 研 究 的 终 结 ， 也 是 开 发 研 究 成 果 的 表 现 形 式 。 14 (四)第三次可行性研究方案审定 第 三 次 可 行 性 研 究 除 了 科 研 人 员 和 行 政 领 导 参 加 外 ，凡 是 与 工 程 审 批 有 关 的 部 门 (如 投 资 部 门 、 安 全 部 门 等 )都应 参 与 审 定 。 审 定 以 后 ， 工 程 项 目 被 批 准 ， 然 后 转 入 工 程设 计 。 15 第四阶段：方案的实施(一)施工设计(二)施工(三)竣工验收 根 据 概 念 设 计 和 初 步 设 计 作 进 一 步 具 体 、 完 善 的 设 计它 包 括 定 型 设 备 的 规 格 ， 非 标 设 备 的 结 构 图 、 零 件 图 以 及 设备 布 置 图 等 。 上 述 设 计 完 成 后 还 要 进 行 管 道 配 制 、 电 路 、 控制 线 路 等 施 工 设 计 。 施 工 设 计 图 是 工 程 建 设 的 指 南 。 根 据 施 工 图 ， 完 成 工 程 前 期 的 技 术 准 备 、 组 织 准 备 与 物资 准 备 ， 进 行 工 程 中 期 的 设 备 安 装 ， 再 进 行 工 程 后 期 的 试 车 。 16信 息研 究 实 验 性研 究 可 行 性 研究 (1) 小试 模 型试 验 中试概念设计 可 行 性研 究 (3)可 行 性 研究 (2) 初步设计 施工设计 施工过 程 研 究工 程 设 计 研 究 图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案设计与论证方案审定方案实施 17 2.1.2 工 艺 路 线 的 选 择一、工艺路线选择的复杂性原 因 ： 过 程 工 业 具 有 原 料 、 工 艺 与 产 品 的 多 方 案 性不同原料不同工艺得到同一产品同一原料不同工艺得到不同产品同一原料不同工艺得到同一产品 18 二、工艺路线选择的步骤(一)调查文 献 专 利 调 查 。 文 献 专利 调 查 方 法 有 利 用 文 摘 、索 引 等 二 次 文 献 进 行 的人 工 检 索 和 用 存 储 二 次文 献 的 数 据 库 进 行 的 联机 检 索 （ 有 及 时 性 和 全面 性 的 特 点 ） 。为 了 得 列 有 关 工 艺 的 最新 情 报 ， 向 该 项 工 艺 技术 所 有 者 致 函 调 查 是 最实 际 的 方 法 。 一 般 从 工艺 技 术 所 有 者 那 里 可 以 获 得 表 21所 示 的 信 息 。看书P12 19 (二) 分析 根 据 调 查 所 得 到 的 信 息 ， 必 要 时 再 通 过 实 验 补 充 一 些 数据 ， 进 行 工 艺 试 设 计 ， 掌 握 技 术 难 点 。 对 工 艺 过 程 的 灵 活 性 ， 有 关 的 特 殊 控 制 因 素 ， 工 业 上 的效 率 ， 对 能 量 的 需 求 ， 今 后 发 展 的 可 能 性 ， 对 废 物 和 副产 品 的 生 成 量 及 处 置 方 式 以 及 各 种 设 备 或 原 料 是 否 容 易得 到 等 进 行 技 术 分 析 。 经 济 方 面 要 对 原 料 价 格 的 变 动 、 产 品 价 格 变 动 所 造 成 的影 响 及 盈 亏 的 关 键 因 素 进 行 分 析 ， 研 究 工 艺 在 设 想 的 经济 环 境 中 的 收 益 性 。 将 某 一 工 艺 工 业 化 ， 并 且 获 得 预 想 的 收 益 是 不 容 易 的 ，必 须 避 免 采 用 风 险 性 大 的 工 艺 。 20 (三) 生产成本计算 生 产 成 本 包 括 直 接 材 料 费 、 直 接 燃 料 及 动 力 费 、 直 接 工 资 和 职 工 福 利费 及 制 造 费 。 详 细 计 算 在 第 3章 中 再 讲 ， 如 下 表 。序号总成本费用科目内容序号总成本费用科目内容序号总成本费用科目内容1外购材料11税金12.12待业保险费2外购燃料11.1房产税12.13职工教育经费3外购动力11.2车船使用税12.14排污费4职工工资11.3土地使用税12.15咨询费5职工福利费11.4印花税12.16绿化费 6固定资产折旧费12其他费用12.17诉讼费7修理费12.1办公费12.18研究开发费8租赁费12.2差旅费12.19技术转让费9摊销费12.3劳动保护费12.20业务招待费9.1无形资产摊销12.4保险费12.21劳动保险费9.2低值易耗品摊销12.5业务费12.22坏账损失9.3递延费用摊销12.6运输费12.23土地损失补偿费10财务费用12.7装卸费12.24其他10.1长期负债利息净支出12.8包装费13固定成本(4+5+6+7+8+9+10.1+11)10.2周转资金借款利息净支出12.9展览费14变动成本 (1+2+3+10.2+10.3+10.4+12)10.3汇兑损益净支出12.10广告费15总成本费用(13+14)10.4金融机构手续费12.11工会经费16经营成本(15-6-7-8-9-11) 21 （四） 评价 工 艺 评 价 主 要 是 按 现 行 财 税 制 度 规 定 及 产 品 市 场 价 格 ，在 生 产 成 本 和 费 用 估 算 的 基 础 上 ， 计 算 所 选 工 艺 在 财 务 上的 盈 利 能 力 。 具 体 计 算 与 评 价 方 法 可 参 考 3 2节（五）工艺路线的选择 总 的 原 则 是 ： 生 产 上 安 全 可 靠 、 技 术 上 先 进 、经 济 上 合 理 。 22 市场调查报告计算生产成本已知工艺的调查 实用数据（本公司）工艺A工艺B工艺C工艺D工艺E（国内公司）（国内公司）（国外承包商）（无专利许可证）（按合同不能用专利）发送询函实用数据B实用数据D实用数据EM承包公司M承包公司N（答复不明确）来自研究开发部门的本公司工艺的数据来自工艺部门的其它公司工艺的数据收益性评价不可行可行本公司工艺（国内公司）（国外公司）第一次工艺评价本公司工艺工艺B明显不合适工艺EM第二次工艺评价签订保密合同装置考察 报 批签订合同经济性可以，无工业装置，装置建设费高，有发展前途经济性可以，已建多套工业装置，装置建设费低，原料费高经济性最佳，已建一套工业装置，操作有一定难度，产品质量好 本公司工艺不如工艺B工艺E已经陈旧图2-2 工艺路线选择的顺序图 23 二、工艺路线选择的步骤(一)调查(二) 分析(三) 生产成本计算（四） 评价（五）工艺路线的选择 总 的 原 则 是 ： 生 产 上 安 全 可 靠 、 技 术 上 先 进 、经 济 上 合 理 。 24 2.2 工 艺 设 计 的 内 容 及 设 计 文 件 2.2.1工 艺 设 计 的 内 容 和 程 序2.2.2初 步 设 计 的 设 计 文 件 2.2.3施 工 图 设 计 的 设 计 文 件 25 2.2.1工 艺 设 计 的 内 容 和 程 序主 要 内 容 有 ：原 料 和 技 术 路 线 的 选 择工 艺 流 程 设 计物 料 衡 算 和 能 量 衡 算工 艺 设 备 设 计 与 选 型车 间 布 置 设 计管 道 设 计非 工 艺 设 计 项 目 的 考 虑编 制 设 计 文 件 ， 包 括 设 计 说 明 书 ， 附 图（ 流 程 图 、 布 置 图 和 设 备 图 等 ） 和 附 表 （ 设备 一 览 表 和 材 料 汇 总 表 等 。 ） 上面这些内容有的在初步设计中完成，有些要在施工设计中才做。 26 计划任务书编制工艺流程草图物料衡算能量衡算设备工艺计算及选型自动控制工艺流程图设计车间布置设计 概算技术经济分析编写设计说明书 工艺流程总图物料平衡图原料用量、消耗定额及“三废”排放表能量消耗综合表设备一览表非定型设备条件图控制系统图带控制点工艺流程图车间平面及立面布置图、厂鸟瞰图技术经济分析表 概算书、投资及材料表初步设计说明书图2-3 初步设计程序 27 给排水电力条件暖风条件热力条件设备安装总图1.设备安装2.土建穿孔预埋螺栓图仪表施工图 1.自控或集中控制仪表2.仪表一览表3.仪表预算 初步设计图纸及说明书设备条件土建条件外管道自控条件 各项工程 预算 管道施工图1.主管布置图2.管道布置图3.单体设备接管图4.管件图5.管架、阀架图6.管道材料表7.和管道施工说明书8.图纸总目录车间布置图管道结构图预算1.设备安装预算2.管道安装预算 总预算全工程预算图2-4 工艺与非工艺设计配合关系 28 2.2.2初 步 设 计 的 设 计 文 件 设计说明书 ；说明书的附图、附表。 设计依据设计指导思想设计范围及工厂组成建厂规模及产品方案主要原材料和燃料的规格生产方法及工艺流程、工艺计算厂址概况、公用工程及辅助工程、环境保护及综合利用 工厂的机械化和自动化水平劳动安全与工业卫生、工作制度及劳动定员存在的问题及解决意见、附图和附件 29 2.2.3施 工 图 设 计 的 设 计 文 件 (1)设计说明 设 计 说 明 包 括 工 艺 设 计 说 明 ， 管 道 设 计 说 明 ， 隔 热 、 隔声 设 计 说 明 ， 防 腐 设 计 说 明 等 。工艺设计说明包括设计依据，工艺说明，设计范围。管道设计说明包括管道分区情况，管道图表示法有关标准，材料供应情况，设备安装的注意事项，管道预制及安装要求，管架，静电接地采用的国家及部颁标准。隔热、隔声设计说明包括隔热材料的选用，工程中遇到的隔热等级，采用的隔热、隔声结构及标准，施工要求等。防腐设计说明包括涂漆的范围，采用的涂料名称，施工要求，涂该的颜色，埋地管道的外防腐，管道的内防腐等。 30 (2)有关图纸 图 纸 目 录 、 首 页 图 ， 管 道 及 仪 表 流 程 图 ， 分区 索 引 图 ， 设 备 布 置 图 ， 设 备 安 装 图 ， 管 道 布 置图 ， 软 管 站 布 置 图 ， 管 道 轴 测 图 ， 管 道 轴 测 图 索引 和 管 段 表 索 引 ， 特 殊 管 架 图 管 架 图 索 引 特殊 管 件 图 ， 设 备 管 口 方 位 图 等 。 (3)有关表格 设 备 一 览 表 ， 设 备 地 脚 螺 栓 表 ， 管 段 表 及管 道 物 性 表 管 架 表 ， 弹 簧 汇 总 表 ， 特 殊 阀 门和 管 道 附 件 表 。 隔 热 材 料 表 ， 防 腐 材 料 表 ， 伴热 管 图 和 伴 热 管 表 ， 综 合 材 料 表 等 。 31 2.3 工 艺 设 计 中 的 全 局 性 问 题2.3.1厂 址 的 选 择工厂的地理位置对于企业的成败具有重大的影响，厂址选择的好坏对工厂的建设进度、投资数量、经济效益以及环境保护等方面关系密切，所以它是基本建设的一个重要环节。在选择厂址时，应该考虑:原料和市场，能源供应，气候条件，运输条件，供水条件，对环境的影响，劳动力来源，节约土地，协作条件，防灾等。 32 2.3 工 艺 设 计 中 的 全 局 性 问 题2.3.2总 图 布 置即工厂的总体布局，其任务是要总体地解决全厂所有的建筑物和构筑物在平面和竖向上的布置，运输网和地上、地下工程技术管网的布置，行政管理、福利及美化设施的布置等问题。 33 原料接收栈桥海上出厂区原料罐区半成品及成品区 装置区公用工程区办公区 34 a生产要求：总体布局首先要求保证径直和短捷的生产作业线，尽可能避免交叉和迂回，使各种物料的输送距离为最小。同时将水、电、汽耗量大的车间尽量集中，形成负荷中心，并使其与供应源靠近，使水、电、汽输送距离为最小。b安全要求： 化工厂具有易燃、易爆、有毒的特点，厂区应充分考虑安全布局遵守防火、卫生等安全规范和标准的布关规定，重点是防止火灾和爆炸的发生。c发展要求： 厂区布置要求有较大的弹性，对于工厂的发展变化有较大的适应性。也就是说，随着工厂不断的发展变化，厂区的不断扩大厂内的生产布局和安全布局方面仍能保持合理的布置。总体布局主要应该满足三个方面的要求。 35 2.3.3安 全 防 火 与 环 境 保 护a设计中应考虑的防火防爆问题 b设计工作中的防毒与环境保护 36 2.3.4公 用 工 程 公用工程包括动力、供排水和采暖通风等内容。 a动力 主要是考虑电力问题，比如搅拌机、泵、鼓风机、气体压缩机、提升机等通常都由电动机带动，有时也使用蒸汽透平。 确定是使用电网的电力还是自备发电厂的电力。自备电厂除得到电力外，还有可能得到副产品蒸汽以供工艺和加热使用。使用电网电力，则需设置锅炉房，以生产蒸汽。大型厂为了综合利用能量，常使供热系统和生产装置(例如换热设备、放出大量反应热的反应器等)以及动力系统(例如发电设备、各种机、泵)密切结合，成为工艺动力装置，可降低能量消耗，甚至做到“能量自给”。 37 b供排水 自备水源或市政供水系统。若需水量大，自备水源较为经济。自备水源可来自深井、河流、湖泊及其他蓄水系统。 为节约用水，大量使用冷却水的工厂应循环利用。冷却塔 R T2T 1B W热交换器 E MR-循环水量 W-飞溅水量 M-补充水量 B-排放水量 E-蒸发水量 循 环 冷 却 水 是指 反 复 循 环 使 用 的冷 却 水 ， 如 图 ， 换热 后 温 度 升 高 的 冷却 水 ， 经 冷 却 塔 流下 ， 由 于 和 空 气 密切 接 触 ， 靠 一 部 分水 蒸 发 使 水 温 度 降低 ， 再 循 环 使 用 。 38 c采暖通风 是卫生工程，旨在保证厂房具有适宜的工作条件(温度、湿度以及洁净的空气)。因为过程工业生产在许多情况下劳动条件较差，如高温和有害气体或有侵蚀性的气体，易燃、易爆的原料和粉尘。需设置通风系统以改善劳动条件，保障安全生产。有些生产过程要求室内有一定的温度和湿度(如纤维厂)，这就需要在通风系统中考虑调节空气温度和湿度，在采暖地区还要进行冬季采暖的设计。另有一些生产过程则要求室内达到各种无菌级别的卫生要求(如某些药剂车间)。 39 2.3.5自 动 控 制 针对温度、压力、流量、液位、成分和物性等参数的控制问题。其基本要求可归纳为如下三项。安全性：是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，通常采用参数越限报警、事故报警和联锁保护等措施加以保证。由于过程工业高度连续化和大型化的持点，通过在线故障预测和诊断，设计容错控制系统等手段，进一步提高运行的安全性。经济性：旨在通过对生产过程的局部优化或整体优化控制，达到低生产成本、高生产效率和能量充分利用的目的。稳定性：指控制系统具有抑止外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。 40 过程控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上根据安全性、经济性、稳定性三项要求，通过对控制对象的分析综合，采用适宜的技术手段加以实现。 生产过程的自动控制设计主要包括自动检测系统设计；自动信号联锁保护系统设计动操纵系统设计；自动调节系统设计等，详见第7章。 41 2.3.6土 建 设 计 土建设计包括全厂所有的建筑物、构筑物(框架、平台、设备基础、爬梯等)设计。过程工业生产有易燃、易爆、腐蚀性等特点，因此对建筑有某些特殊要求，可参照“建筑设计防火规范”进行设计。为了减少爆炸事故对建筑物的破坏作用，建筑设计中的基本措施就是利用泄压和抗爆结构。在工厂的土建设计中，结构功能比式样重要得多。结构功能要适用于工艺要求，如设备安装要求，扩建要求和安全要求等。 42 甲醇制氢工艺设计举例物料衡算、能量衡算氢气的用途半导体工业：大规模和超大规模及兆位级集成电路制造。需高纯及特高纯氢气。非晶硅与太阳能电池：用于沉积大面积、高质量、均匀的Si模，要求氢气高纯。光导纤维和石英光纤的制造：用氢氧火焰加热（12001500）制造光纤预制棒，要求氢气高纯。石化工业：加氢裂化及加氢精制。 43 氢气的用途许多精细化工领域，依据不同的生产规模，也需要数量大小不等的氢气。 一旦生产过程需要氢气时，设计技术人员就有必要对制氢工艺路线，包括制氢原料（如价格及来源）、生产技术（是否先进）以及工艺过程（是否成熟）等进行比较和选择。 44 制氢工艺路线的评判与选择 依据原料及工艺路线，目前制氢的方法有以下几种：水电解法氯碱工业中电解食盐水副产氢气烃类水蒸气转化法烃类部分氧化法煤气化和煤水蒸汽转化法氨或甲醇催化裂解法石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢合成氨厂和焦化厂的各种富含氢的废气 45 制氢工艺路线的评判与选择 依据原料及工艺路线，目前制氢的方法有以下几种：水电解法能耗大，趋于淘汰氯碱工业中电解食盐水副产氢气烃类水蒸气转化法目前世界应用最普遍，规模大，工艺复杂烃类部分氧化法规模大，工艺复杂，流程长煤气化和煤水蒸汽转化法氨或甲醇催化裂解法石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢 合成氨厂和焦化厂的各种富含氢的废气 46 甲醇蒸汽转化制氢工艺的特点 随着精细化工行业的发展，当氢气用量在2003000m3/h时，甲醇氢气转化制氢技术表现出良好的技术经济指标，受到许多国家的重视。该工艺的特点：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（50%）。反应温度低（260280）。与电解水制氢相比，单位氢气成本低，一套规模为1000m3/h的甲醇制氢装置的单位氢气成本低于1.2元/m 3，电解水为35元/m3 。甲醇原料易得，运输、贮存方便。可以做成组装式或可移动的装置，操作方便，搬运灵活。 47 甲醇蒸汽转化制氢工艺设计 48 分离方法的选择 通常产品氢气要求纯度99.99%，COCO2 20106分离方法：变压吸附（PSA）：变 压 吸 附 是 利 用 吸 附 剂 对 不 同 气 体 组 分 的 吸 附特 性 不 同 ， 及 吸 附 量 随 压 力 变 化 而 变 化 的 特 性 ， 通 过 压 力 变 换 过 程 实 现 气体 分 离 。膜分离：利 用 各 种 气 体 组 分 在 透 过 纤 维 膜 时 的 溶 解 度 和 扩 散 系 数 不 同 ，导 致 不 同 气 体 在 膜 中 的 相 对 渗 透 速 率 不 同 ， 对 气 体 进 行 提 纯 （ 在 原 料 气 的各 组 分 中 氢 气 的 相 对 渗 透 速 率 最 快 ， 从 而 可 将 氢 气 分 离 提 纯 ） 。 49 甲醇制氢工艺设计工艺路线：甲醇裂解吸收法脱CO2 (碳酸丙烯酯)变压吸附氢提纯物料流程图 50 甲醇制氢物料衡算（1）依据： 51 甲醇制氢物料衡算（2）投料量计算： （醇水投料比1:1.5） 52 甲醇制氢物料衡算（3）原料液储槽（V0101）： 53 甲醇制氢物料衡算（4）换热器(E0101)、汽化塔(T0101)、过热器(E0103)： 没有物流变化 54 甲醇制氢物料衡算（5）转化器（R0101）： 55 甲醇制氢物料衡算（5）转化器（R0101）： 56 甲醇制氢物料衡算（6）吸收塔（T0102）、解析塔（T0103）： 570.38 11.77 58 甲醇制氢物料衡算（6）吸收塔（T0102）、解析塔（T0103）： 59 甲醇制氢物料衡算（6）吸收塔（T0102）、解析塔（T0103）： 60 甲醇制氢物料衡算各节点的物料量： 61 甲醇制氢热量衡算（1）汽化塔（T0101）顶温确定： 在已知汽相组成和总压的情况下，可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查手册。 62 甲醇制氢热量衡算（1）汽化塔（T0101）顶温确定： 63 甲醇制氢热量衡算（2）转化器（R0101）： 64 甲醇制氢热量衡算（3）过热器（E0102）： 65 甲醇制氢热量衡算（4）汽化塔（T0101）： 66 甲醇制氢热量衡算（5）预热器（E0101）： 67 甲醇制氢热量衡算（6）冷凝器（E0103）： 68 设备设计条件图