过程装备与控制工程大四上学期综合课程设计

甲醇制氢生产装置

计

算

说

明

书

姓名：张起星

单位：控制070408

目录

1. 前言

2. 设计任务书

3. 甲醇制氢工艺设计

3.1 甲醇制氢工艺流程

3.2 物料衡算

3.3 热量衡算

4. 机器选型及管道设计

4.1 泵的选型

4.2 管子选型

4.3阀门选型

4.4管道法兰选型

5. 强度校核计算说明书

6. 反应器控制方案设计

7.技术经济评价、环境评价

8.参考文献

附录：1.预热器装配图

2.管道平面布置图

3.管道空视图

1 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。

2 设计任务书

本次课程设计是设计生产能力为2550m3/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2550m3/h甲醇制氢生产装置

二、设计参数：生产能为2550m3/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。

5、技术经济评价计算。

四、图纸清单：

1、甲醇制氢装置物流图

2、换热器设备图

3、管板零件图

4、管道仪表流程图

5、设备布置图

6、管道布置图

7、管道空视图(PL0104-15L1B)

8、管道空视图(PL0105-15L1B)

3甲醇制氢工艺设计

3.1 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1：1.5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、CO 2的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热器(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CO 2，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。

图1－2

3.2 物料衡算

1、依据

甲醇蒸气转化反应方程式:

CH 3OH →CO ↑+2H 2↑ （1-1） CO+H 2O →CO 2↑+ H 2↑ （1-2）

CH 3OH 分解为CO 转化率99%,反应温度280℃,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol). 2、投料计算量

代入转化率数据,式(1-1)和式(1-2)变为:

CH 3OH →0.99CO ↑+1.98H 2↑+0.01 CH 3OH （1-3） CO+0.99H 2O →0.99CO 2↑+ 1.99H 2+0.01CO （1-4） 合并式(1-3),式(1-4)得到:

CH 3OH+0.981 H 2O →0.981 CO 2↑+0.961 H 2↑+0.01 CH 3OH+0.0099 CO ↑