摘 要

本文以甲醇与水进行变换反应制取氢气为对象进行模拟设计。得到质量分数为99.99%的氢气和99.9%的二氧化碳。

首先在原有工艺的基础上使用化工模拟软件Aspen Plus进行工艺模拟改进。对甲醇水蒸气转化反应，二氧化碳吸收解吸过程进行模拟计算，确定了原料用量，设备设计选型和工艺参数。然后通过使用 Exchanger Design and Rating 软件对工艺流程中换热器进行详细的核算，得到具体的数据参数，最终绘制PFD，PID，设备布置图以及厂区布置图。最后，结合工艺与设备特点参照相关标准绘制了设备布置图与厂区布置图。

关键词：甲醇制氢 流程模拟 装置设计 Aspen EDR

Production plant design of 3000Nm³/h Methanol conversion of Hydrogen

ABSTRACT

The Production plant of 3000 Nm3/h Methanol conversion of hydrogen was simulated in this study. The product was as follows: a 99.99% of the mass fraction of hydrogen and99.9% of the mass fraction of carbon dioxide.

The technical process was firstly designed，and then the conversion reaction andabsorption process and desorption process was simulated by using the Aspen Plus software. Make improvements to the old process on the basis of the existing Determine the amount of raw materials, equipment selection and design of process parameters After that，more detailed business accounting about the condensers of E0101，E0102，were carried out with the use of Exchanger Design and Rating software and obtained their data parameters，assembly drawings and piping layout drawings. At last，Drawing equipment layout and plant layout.on the basis of the characteristics of the technology and equipment in accordance with national standards.

Key Words: Methanol conversion of hydrogen; Process simulation;Device Design Aspen

目录

第一章 绪论 3

1.1 制氢方法 4

1.1.1制氢工艺比较 4

1.1.2 选择甲醇水蒸气转化制氢原因 5

1.1.3 成本优势逐渐显示 6

1.1.4 结论 6

1.2 产品方案 6

第二章 甲醇制氢工艺设计 7

2.1 甲醇制氢工艺流程 7

2.2 物料衡算 12

2.2.1 物料衡算的原理和准则 12

2.2.2 项目衡算 13

2.3 能量衡算 14

2.3.1 能量衡算遵循的原则 14

2.3.2设备热量衡算 15

第三章 设备设计与选型 1

3.1 塔设备的选型 1

3.2 填料塔设计 3

3.3 换热器工艺方案的确定 3

3.3.1 换热器概述 3

3.3.2 设计依据 3

3.3.3换热器选型 4

3.3.4 换热管规格选择 4

3.3.5 壳程数和台数 5

3.3.6 换热面积 5

3.3.7 裕量 5

3.3.8 工艺条件选择 5

3.4 换热器机械设计(E-0101 E-0102) 6

3.4.1 换热器 E-0101 6

3.4.2 换热器E-0102 14

3.4.3换热器选型设备一览表 15

3.5 气液分离器设计 16

3.5.1 类型选择 16

3.5.2 尺寸设计 16

3.6 泵的选型 19

3.6.1 泵选型的原则 19

3.6.2 泵的选型依据 20

3.6.3 具体的泵的选型 20

3.6.4 泵选型 21

3.7 压缩机的选型 23

3.7.1 概述 23

3.7.2 选型原则如下： 23

3.8 反应器设计 23

3.8.1 设计反应器的原则如下 23

3.8.2 反应器的尺寸以R0101为例 24

第四章 配管与车间布置 25

4.1选型与布置依据 25

4.2 管道选型与布置 25

4.2.1 泵的管道布置 26

4.2.2 换热器的管道布置 27

4.2.3 管廊上的管道布置 27

4.2.4 塔的管道布置 27

4.2.5 管道编号说明 28

4.2.6 部分管道一览表 28

4.3 车间设备布置 29

4.3.1 布置原则 30

第五章 自动控制及仪表 31

5.1 设计标准 31

5.2 设计原则 31

5.3 设计方案 32

5.3.1 分散控制系统(DCS) 32

5.3.2 安全仪表系统(SIS) 32

5.3.3仪表及控制设备维护系统(AMS) 32

5.3.4 气体检测系统(GDS) 33

第六章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 36

第一章 绪论

可以这么说，现代社会高速发展离不开科学技术的进步，譬如第一次和第二次科技革命，得益于石油化工的发展，煤石油天然气的加入加速了时代的进步，它们的广泛投入使用，对于人类大生产来说意义极大。因此，它是一种以化石能源为基础的经济体。。当然，因为石油化工的所有资源来自于大自然，都是有限的，因此在人们广泛的使用后，已经日渐枯竭，尤其在21世纪上半叶体现的更加明显，有科学家做过统计，目前可以使用的化石能源的极限就在1180到1500万吨之间，在1995年世界石油的年开采量为33.2亿吨，按照这种数据来看，大约在2050年资源将会开采完。有很多关于天然气储备的数据，最近几年有过调研说明估计131800～152900兆立方米。并且天然气的年开采量一般维持在在2300兆立方米，按照这种数据的增长不难想象天然气能源将在57～65年内枯竭。其中煤在1995年的年开采量为33亿吨，按照这种数据最多只能供应170年，铀同理，大约能坚持到21世纪30年代中期。很难想象没有化石能源的话，整个世界经济将会呈现一种怎样的状态，这对世界经济的冲击会很大，最终葬送现代经济。

这需要我们去开发新的能源，氢气便是这样一种很好的清洁能源。

1.1 制氢方法

1.1.1制氢工艺比较

主要制氢工艺技术方法

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