CN100534894C - 甲醇制气工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工领域的一种气体的制备方法及设备，具体为甲醇制气工艺及设备，解决现有甲醇制气工艺存在原料混配人工现场操、自动化程度较低、甲酸处理方法不当以及催化剂还原温度高等问题，本发明所述工艺上的发明点主要是催化剂由铜40-60%、锌25-45%、铝10-15%、钾4-5%制成，在制作和使用过程中不会引起环境污染，还原温度较低，寿命较长。在设备方面，将热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸溶液收集到甲酸收集罐内，通过由控制单元控制的液位传感器、气动阀实现了甲酸溶液的自动排放，大大降低了甲酸对设备的腐蚀，在配料工序中，混配罐上安装由控制单元操纵的液位传感器，工作过程中无需工人值守，实现自动化配料，大大减轻了工人劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域的一种气体的制备方法及设备，具体为甲醇制气工艺及设备。
背景技术
传统的制氢工艺为电解制氢，用这种方法生产氢气需要消耗很大的电能，而且电解法得到的氢气压力较低，不能直接与用户的管网连接，还需配备昂贵的氢气增压设备。随着本领域技术的不断发展，人们开始用甲醇作原料制备氢，甲醇作原料制备氢具有节约能源、成本较低、氢气纯度较高等优点。但在现有工艺过程中，存在以下缺点：1、在配料过程中，甲醇和去离子水分别直接泵入混配罐，然后开启混料泵或气体搅拌装置，不断地在混配罐内进行搅拌，这样，会有甲醇蒸汽不断溢出，而且上述过程都是由人工现场操作，不可避免地会呼吸到甲醇蒸汽，也不可避免地会接触到甲醇液体，严重影响工人身体健康，且由人工现场操作，工人劳动强度大；2、甲醇与水反应后的生成气体中会含有一定量的甲酸，该甲酸可能是由甲醇带入，也可能是由副反应产生，当甲酸的累积量达到一定程度并冷凝(100℃以下)后，其冷凝液会对设备造成严重腐蚀。目前，有两种方法去除甲酸，一是酸碱中和法，即加入过量的碱液以中和甲酸，这种方法避免了酸腐蚀，又带来了热碱腐蚀；二是脱酸剂法，该脱酸剂为固体吸附剂，吸附量有限，不适合大气量使用，而且脱酸剂需定期更换，不仅成本较高，而且影响生产的正常进行；3、在甲醇制氢工艺中，催化剂性能的好坏决定整个工艺的先进与否，现有的一些工艺中的催化剂是以Cu、Zn、Cr为主要成分，不仅催化剂的还原温度较高，一般在180-250℃，而且其中Cr在制作和使用过程中会引起环境污染，使人鼻隔膜穿孔。
发明内容
本发明为了解决现有甲醇制气工艺存在原料混配人工现场操、自动化程度较低、甲酸处理方法不当以及催化剂还原温度高等问题，提供一种甲醇制气工艺及设备。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例混合后导入混配罐，经计量后进入热交换器，和反应后的重整气进行热交换，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器内，在反应器内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器出来的重整气进入热交换器和原料进行换热，换热后进入水冷器进一步降温，然后经脱水后用变压吸附法进行纯化，所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：
铜 40-60％ 锌 25-45％ 铝 10-15％ 钾 4-5％。
所述的热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸溶液由甲酸收集罐自动收集，由于热交换器和水冷器出口的温度通常都在甲酸的液化温度以下，所以采用自然冷凝、然后依靠重力收集的方法去除重整气内的甲酸。
本发明所述的甲醇与水的比例、反应温度以及反应压力为现有公知技术，是本领域的普通技术人员所熟知的。本发明在具体实施时，选用甲醇与水的比例为1∶0.7-1，反应温度为180℃-320℃，压力为0.8-2.0Mpa。在甲醇重整反应过程中，利用上述催化剂及反应条件所得到的重整气经变压吸附法脱除杂质后，可获得纯度为99.5％-99.9995％的氢气和纯度为99-99.99％的二氧化碳气体，反应过程中所需要的热量由导热油提供。
完成上述甲醇制气工艺的设备，包括含有混配罐的自动配料装置、与混配罐相连的热交换器以及与热交换器相连的水冷器，还包含甲酸收集罐，甲酸收集罐上方分别通过管道与水冷器、热交换器底部相连，甲酸收集罐下方设有废液排放管，废液排放管上安装有气动阀；甲酸收集罐上还设置由控制单元操纵的液位传感器，控制单元的输入端与液位传感器连接，输出端与气动阀连接。所述的控制单元、液位传感器，气动阀的结构以及三者之间的工作原理是本领域的普通技术人员熟知的。在本发明所述的技术方案中，由热交换器和水冷器冷凝下来的甲酸溶液由管道流入甲酸收集罐内，当罐内液位达到上限设定值时，液位传感器将液位信号输入控制单元，然后控制单元将输出信号传给废液排放管上的气动阀，气动阀打开，罐内的甲酸溶液开始排放；当罐内的液位下降到下限设定值时，在控制单元的作用下气动阀关闭，实现了甲酸的收集与自动排放。
上述自动配料装置包括甲醇和去离子水的原料储罐以及分别与原料储罐相连的甲醇泵和去离子水泵，两泵分别通过甲醇输送管和去离子水输送管与混配罐连通。甲醇输送管和去离子水输送管上设置物料中间混合器，甲醇输送管与物料中间混合器的上方连接，去离子水输送管与物料中间混合器的下方连接。在配料过程中，两种物料分别在泵的冲击力的作用下，先进入体积较小的物料中间混合器内，而且考虑到两种物料的比重差异，将甲醇由物料中间混合器的上方导入，而去离子水由其下方导入，以使两者充分混合。
所述的混配罐上设置由控制单元操纵的液位传感器，控制单元的输入端与液位传感器连接，输出端分别与甲醇泵和去离子水泵连接，当混配罐的液位低于下限设定值时，液位传感器将信号输送给控制单元，然后控制单元将输出信号传给甲醇泵和去离子水泵，将两者打开，使得甲醇和去离子水以一定比例混合；当混配罐内的液位达到上限设定值时，在控制单元的作用下自动关闭甲醇泵和去离子水泵。所述的控制单元、液位传感器的结构以及如何根据液位的高低来控制两个泵的开启是本领域的普通技术人员很容易实现的。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用Cu、Zn、Al、K为催化剂，在制作和使用过程中不会引起环境污染，而且在工艺上还原温度较低(150-180℃)，且该催化剂寿命较长(3-5年)；
2、在配料工序中，本发明采用在混配罐上安装由控制单元操纵的液位传感器，工作过程中无需工人值守，实现自动化配料，大大减轻了工人劳动强度，保证了工人的身心健康，而且甲醇和去离子水在泵的冲击力的作用下，在体积较小的物料中间混合器内混合均匀，不会分层；
3、将热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸溶液收集到甲酸收集罐内，而且通过由控制单元控制的液位传感器、气动阀实现了甲酸溶液的自动排放，大大降低了甲酸对设备的腐蚀，延长了设备的使用寿命，
总之，本发明工艺先进，实现了自动化生产，而且结构简单，设备造价较低，可广泛应用于甲醇制气行业。
附图说明
图1为本发明配料工序的工艺流程图
图2为本发明反应过程的工艺流程图
图3为图2中甲酸收集罐的结构示意图
图中：1-混配罐 2-热交换器 3-反应器 4-水冷器 5-甲酸收集罐 6-废液排放管 7-气动阀 8-控制单元 9-液位传感器 10-原料储罐 11-甲醇泵12-去离子水泵 13-甲醇输送管 14-去离子水输送管 15-物料中间混合器16-气化过热器 17-洗涤塔 18-计量泵 19-分离器 20-冷干机 21-缓冲罐22-控制单元 23-液位传感器
具体实施方式
实施例1：
甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例导入混配罐1，经计量泵18计量后进入热交换器2，和反应后的重整气进行热交换，换热后的甲醇水蒸气进入气化过热器16进行进一步加热，使其达到反应温度，此过程甲醇水蒸气从130℃升至230℃以上，热量由导热油提供，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器3内，在反应器3内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器3出来的重整气进入热交换器2和原料进行换热，换热后进入水冷器4进一步降温，使其达到常温，降温后的气体进入洗涤塔17，用去离子水洗去没有完全反应的微量甲醇(洗涤后的去离子水用于配料)，再经气液分离器19、冷干机20脱除气体里的水分，得到干燥的氢气和二氧化碳，干燥的重整气经过变压吸附分离氢和二氧化碳，所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：铜40％、锌45％、铝10％、钾5％，所述的反应温度为230℃，压力为0.8Mpa，所述的热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸溶液由甲酸收集罐自动收集。
完成上述工艺所用的设备，包括含有混配罐1的配料装置、与混配罐1相连的热交换器2以及与热交换器2相连的水冷器4，还包含甲酸收集罐5，甲酸收集罐5上方分别通过管道与水冷器4、热交换器2底部相连，甲酸收集罐5下方设有废液排放管6，废液排放管6上安装有气动阀7；甲酸收集罐5上还设置由控制单元22操纵的液位传感器23，控制单元22的输入端与液位传感器23连接，输出端与气动阀7连接；上述配料装置包括甲醇和去离子水的原料储罐10以及分别与原料储罐10相连的甲醇泵11和去离子水泵12，两泵分别通过甲醇输送管13和去离子水输送管14与混配罐1连通，甲醇输送管13和去离子水输送管14上设置物料中间混合器15，甲醇输送管13与物料中间混合器15的上方连接，去离子水输送管14与物料中间混合器15的下方连接；混配罐1上设置由控制单元8操纵的液位传感器9，控制单元8的输入端与液位传感器9连接，输出端分别与甲醇泵11和去离子水泵12连接。
实施例2：
甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例导入混配罐1，经计量泵18计量后进入热交换器2，和反应后的重整气进行热交换，换热后的甲醇水蒸气进入气化过热器16进行进一步加热，使其达到反应温度，此过程甲醇水蒸气从130℃升至230℃以上，热量由导热油提供，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器3内，在反应器3内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器3出来的重整气进入热交换器2和原料进行换热，换热后进入水冷器4进一步降温，使其达到常温，降温后的气体进入洗涤塔17，用去离子水洗去没有完全反应的微量甲醇(洗涤后的去离子水用于配料)，再经气液分离器19、冷干机20脱除气体里的水分，得到干燥的氢气和二氧化碳，干燥的重整气经过变压吸附分离氢和二氧化碳，所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：铜55％、锌25％、铝15％、钾5％，所述的反应温度为320℃，压力为2.0Mpa，所述的热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸由甲酸收集罐自动收集。
甲醇制气的设备如上所述。
实施例3：
甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例导入混配罐1，经计量泵18计量后进入热交换器2，和反应后的重整气进行热交换，换热后的甲醇水蒸气进入气化过热器16进行进一步加热，使其达到反应温度，此过程甲醇水蒸气从130℃升至230℃以上，热量由导热油提供，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器3内，在反应器3内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器3出来的重整气进入热交换器2和原料进行换热，换热后进入水冷器4进一步降温，使其达到常温，降温后的气体进入洗涤塔17，用去离子水洗去没有完全反应的微量甲醇(洗涤后的去离子水用于配料)，再经气液分离器19、冷干机20脱除气体里的水分，得到干燥的氢气和二氧化碳，干燥的重整气经过变压吸附分离氢和二氧化碳，所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：铜50％、锌35％、铝11％、钾4％，所述的反应温度为280℃，压力为1.0Mpa，所述的热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸由甲酸收集罐自动收集。
甲醇制气的设备如上所述。
实施例4：
甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例导入混配罐1，经计量泵8计量后进入热交换器2，和反应后的重整气进行热交换，换热后的甲醇水蒸气进入气化过热器16进行进一步加热，使其达到反应温度，此过程甲醇水蒸气从130℃升至230℃以上，热量由导热油提供，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器3内，在反应器3内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器3出来的重整气进入热交换器2和原料进行换热，换热后进入水冷器4进一步降温，使其达到常温，降温后的气体进入洗涤塔17，用去离子水洗去没有完全反应的微量甲醇(洗涤后的去离子水用于配料)，再经气液分离器19、冷干机20脱除气体里的水分，得到干燥的氢气和二氧化碳，干燥的重整气经过变压吸附分离氢和二氧化碳，所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：铜44％、锌40％、铝12％、钾4％，所述的反应温度为300℃，压力为1.5Mpa，所述的热交换器和水冷器内冷凝下来的甲酸由甲酸收集罐自动收集。
甲醇制气的设备如上所述。
Claims (5)
1、一种甲醇制气工艺，包括以下步骤，将甲醇与水按比例导入混配罐(1)，经计量后进入热交换器(2)，和反应后的重整气进行热交换，然后汽化后的甲醇水蒸气进入装有催化剂的反应器(3)内，在反应器(3)内进行裂解、变换反应以得到氢和二氧化碳，由反应器(3)出来的重整气进入热交换器(2)和原料进行换热，换热后进入水冷器(4)进一步降温，然后经脱水后用变压吸附法进行纯化，其特征是：所述的催化剂由下列重量百分比的原料制成：
铜40-60％ 锌25-45％ 铝10-15％ 钾4-5％。
2、根据权利要求1所述的甲醇制气工艺，其特征是热交换器(2)和水冷器(4)出口冷凝下来的甲酸溶液由甲酸收集罐(5)自动收集。
3、完成如权利要求1或2所述的甲醇制气工艺的设备，包括含有混配罐(1)的配料装置、与混配罐(1)相连的热交换器(2)以及与热交换器(2)相连的水冷器(4)，其特征是还包含甲酸收集罐(5)，甲酸收集罐(5)上方分别通过管道与水冷器(4)、热交换器(2)出口相连，甲酸收集罐(5)下方设有废液排放管(6)，废液排放管(6)上安装有气动阀(7)；甲酸收集罐(5)上还设置由控制单元(22)操纵的液位传感器(23)，控制单元(22)的输入端与液位传感器(23)连接，输出端与气动阀(7)连接。
4、根据权利要求3所述的完成甲醇制气工艺的设备，其中配料装置包括甲醇和去离子水的原料储罐(10)以及分别与原料储罐(10)相连的甲醇泵(11)和去离子水泵(12)，两泵分别通过甲醇输送管(13)和去离子水输送管(14)与混配罐(1)连通，其特征是甲醇输送管(13)和去离子水输送管(14)上设置物料中间混合器(15)，甲醇输送管(13)与物料中间混合器(15)的上方连接，去离子水输送管(14)与物料中间混合器(15)的下方连接。
5、根据权利要求4所述的完成甲醇制气工艺的设备，其特征是混配罐(1)上设置由控制单元(8)操纵的液位传感器(9)，控制单元(8)的输入端与液位传感器(9)连接，输出端分别与甲醇泵(11)和去离子水泵(12)连接。
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