甲醇制氢生产装置设计

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

本次课程设计是设计生产能力为2800m3/h甲醇制氢生产装置。在设计中要经过工艺设计计算，典型设备的工艺计算和结构设计，管道设计，单参数单回路的自动控制设计，机器选型和技术经济评价等各个环节的基本训练。

在设计过程中综合应用所学的多种专业知识和专业基础知识，同时获得一次工程设计时间的实际训练。课程设计的知识领域包括化工原理、过程装备设计、过程机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程。本课程设计是以甲醇制氢装置为模拟设计对象，进行过程装备成套技术的全面训练。

设计包括以下内容和步骤：

1、工艺计算。

2、生产装置工艺设计。

3、设备设计。分组进行。

4、机器选型。

5、设备不知设计。

6、管道布置设计。

7、绘制管道空视图。

8、设计一个单参数、单回路的自动控制方案。

9、对该装置进行技术经济评价。

10、整理设计计算说明书。

设计任务书

一、题目：生产能力为2800 m3/h甲醇制氢生产装置。

二、设计参数：生产能为2800 m3/h 。

三、计算内容：

1、工艺计算：物料衡算和能量衡算。

2、机器选型计算。

3、设备布置设计计算。

4、管道布置设计计算。

四、图纸清单：

1、物料流程图

2、工艺流程图

3、换热器总装图

4、换热器零件图

5、管道布置图

6、管道空视图(PL0102-20L1B)

第一章工艺设计

1.1.甲醇制氢物料衡算.

(1)依据

甲醇蒸气转化反应方程式：

CH3OH—→CO↑ + 2H2↑

CO + H2O —→CO2↑ + H2

CH3OHF分解为CO,转化率99%,CO变换转化率99*,反应温度 280℃,反应压力为

1. 5 MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。

(2)投料量计算

代如转化率数据

CH3OH —→ 0.99 CO↑ + 1.98 2H2↑ +0.01 CH3OH

CO + 0.99 H2O —→ 0.99 CO2↑ + 0.99 H2↑+ 0.01 CO↑

合并得到

CH3OH + 0.9801 H2O —→0.9801 CO2↑ + 2.9601 H2↑ + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO

氢气产量为：2800 m³/h=125 kmol/h

甲醇投料量为： 125/2.9601 * 32=1351.312 kg/h

水投料量为：1351.312/32 * 1.5 * 18=1140.168 kg/h

(3)原料储液槽 (V0101)

进：甲醇 1351.312 kg/h，水1140.168 kg/h。

出：甲醇 1351.312 kg/h，水 1140.168 kg/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 1351.312 kg/h，水 1140.168 kg/h，总计2491.48 kg/h

出：生成CO2 1351.312/32 * 0.9801 * 44=1821.48 kg/h

H2 1351.312/32 * 2.9601 * 2=250 kg/h

CO 1351.312/32 * 0.0099 * 28=11.704 kg/h

剩余甲醇1351.312/32 * 0.01 * 32=13.512 kg/h