生产能力为800Nm3h甲醇制氢生产装置设计

生产能力为800Nm3h甲醇制氢生产装置设计

机械与动力工程学院

过程装备与控制工程专业课程设计

设计题目：生产能力为800N m³/h 甲醇制氢生产装置设计

设计人：

指导教师：

班级：

组号：第一组

设计时间： 2012年12月24日至2013年1月18日

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。

目录

前言 (2)

设计任务书 (4)

第一章甲醇制氢工艺设计 (5)

5

5

6

第二章反应器设计计算 (9)

(9)

(12)

2.3.SW6校核 (16)

第三章管道设计 (35)

3.1管子选型 (35)

3.2阀门选型 (39)

3.3管道法兰选型 (40)

3.4仪表选型 (41)

第四章泵的选型 (44)

4.1计量泵的选择 (44)

4.2离心泵的选型 (45)

第五章反应器控制方案设计 (47)

5.1被控参数选择 (47)

5.2控制参数选择 (47)

5.3过程检测仪表的选用 (48)

5.4温度控制系统流程图及其控制系统方框图 (48)

5.5调节器参数整定 (49)

5.6如何实现控制过程的具体说明 (49)

第六章技术经济评价 (49)

6.1甲醇制氢装置的投资估算 (49)

6.2总成本费用估算与分析 (51)

6.3财务评价 (52)

参考文献： (54)

设计任务书

一、题目：生产能力为800N m³/h甲醇制氢生产装置。

二、设计参数：生产能为800N 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、工艺流程图

2、反应器装配图

3、反应器零件图

4、管道仪表流程图

5、设备平面布置图

6、管道平面布置图

7、管道空视图（E0101(a)--T0101(a)，P0102(a)-- V0101(a)）

8、单参数控制方案图

第一章甲醇制氢工艺设计

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H2、CO2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CO2，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CO2、CO及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。

图2－1 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量

1.2 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 ↑

氢气产量为: 800m 3

/h=35.714 kmol/h

甲醇投料量为: 35.714/2.9601 32=386.087 kg/h