论文总字数：31439字

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软件对工艺流程中冷凝器H0101、H0102进行详细的核算，得到具体的数据参数、装配图以及布管图。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 2400 m³/h Methanol conversion of hydrogen

ABSTRACT

The Production plant of 2400 m³/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 and absorption 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 H0101， H0102， 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， EDR

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 制氢方法 1

1.2 甲醇制氢工艺方法 1

1.2.1甲醇气相制氢 1

1.2.2液相制氢 4

1.2.3结论 4

1.2 设计原则 4

1.3 产品方案 5

第二章 甲醇制氢工艺设计 6

2.1 甲醇制氢工艺流程 6

2.2 物料衡算 13

2.2.1物料衡算的任务 14

2.2.2物料衡算的方法 14

2.2.3进料流股物料衡算 14

2.2.4各单元物料衡算 16

2.3 能量衡算 18

2.3.1能量衡算的目的 18

2.3.2能量衡算可以解决的问题 18

2.3.3基本原理 19

2.3.4系统能量衡算 19

第三章 设备设计与选型 27

3.1 塔设备的选型 27

3.2 填料塔设计 28

3.3 换热器工艺方案的确定 31

3.3.1换热器概述 31

3.3.2设计依据 31

3.3.3换热器选型 32

3.3.4换热管规格选择 32

3.3.4壳程数和台数 33

3.3.5换热面积 33

3.3.6裕量 33

3.3.7工艺条件选择 34

3.4 换热器机械设计（E-0101 E-0102） 35

3.4.1换热器E-0101 35

3.4.2换热器 E-0102 41

3.5 气液分离器设计 43

3.5.1V0101气液分离器的设计 43

3.5.2分离器尺寸的设计 44

3.6 泵的选型 45

3.6.1泵的选型原则 45

3.6.2泵的选型依据 46

3.6.3具体泵的选型 47

3.6.4泵选型 48

3.7 压缩机选型 50

3.7.1概述 50

3.7.2选型原则 50

3.8 反应器设计 50

3.8.1反应器设计原则 50

3.8.2反应器尺寸以R0101为例 51

第四章 配管与车间布置 52

4.1 选型与布置依据 52

4.2 管道选型与布置 52

4.2.1管道布置原则 54

4.2.2泵的管道布置 54

4.2.3换热器的管道布置 54

4.2.4管廊上的管道布置 55

4.2.5塔的管道布置 55

4.2.6管道编号说明 55

4.2.7部分管道一览表 56

4.3 车间设备布置 58

4.3.1布置原则 58

第五章 自动控制及仪表 60

5.1 设计标准 60

5.2 设计原则 60

5.3 设计方案 61

5.3.1分散控制系统(DCS) 61

5.3.2安全仪表系统(SIS) 61

5.3.3仪表及控制设备维护系统（AMS） 62

5.3.4气体检测系统(GDS) 62

第六章 总结与展望 63

参考文献 64

致 谢 66

附录 67

第一章 绪论

氢气是一种广泛应用于化工、冶金、电力、电子等行业的气体，由于氢的热值高，反应速度快，并且燃烧后水是它的唯一产物，是21世纪最理想的绿色能源。因此扩大氢生产资源、开发新的制氢工艺以及改进现有制氢工艺，受到人们的普遍关注。

1.1 制氢方法

制氢的原料包括：煤炭、水、烃类、硫化氢、醇类、等。煤炭制氢成本低且可大规模制氢，但煤炭杂质较多，需要经过脱硫等二次加工，导致制氢工艺流程较长，设备投资大。以水为原料制氢方法包括：太阳能高温电解水工艺、光催化分解水技术。由于原料为水，且在生产过程中不产生污染物绿色环保，但电解能耗较高导致成本高，生产规模小。烃类制氢主要与石油炼化，催化裂解等过程相结合，产氢量较大。但受制于与石油炼化的关联性不便于单独生产。分解硫化氢制氢方法包括：高温热解法、光催化法等这类方法对催化剂要求高且原料毒性大故使用有一定局限性。目前工业上大规模制氢原料主要采用甲烷和醇类。醇类制氢原料目前研究较多的是甲醇和乙醇。甲醇制氢由于具有反应温度低，氢产量高的优点，因此应用更为广泛。

1.2 甲醇制氢工艺方法

1.2.1甲醇气相制氢

甲醇气相制氢工艺包括甲醇裂解制氢、甲醇水蒸气重整制氢、甲醇部分氧化制氢和自热重整制氢等工艺过程。

1．甲醇裂解制氢

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