CN114180520A - 一种pta提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，解决PTA尾气中的热量得不到合理利用，同时还会对环境会造成较大的污染的问题，甲醇制氢工艺中产生的尾气和PTA提氢之后的尾气均进入到反应器中，反应器上连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器中与进入反应器中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器和转化器供热。利用制氢PSA尾气催化氧化反应形成独立的催化反应系统，不另外采用蒸汽加热系统而直接采用催化反应气对导热油加热，进而提供热量给制氢使用，实现了节能环保的效果。
Description
技术领域
本发明涉及能源综合利用工艺技术领域，更具体的是涉及PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺技术领域。
背景技术
PTA生产过程中需要氢气参与反应，氢气通常需要利用甲醇、水重整制得，在制备氢气的过程中需要热量供给，目前通用做法采用高压蒸汽对甲醇制氢系统供热。PTA反应完毕后，PTA尾气中含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、乙酸、甲烷等，需要系统进一步处理，回收氢气，通常做法为降温、分液、洗涤、除氧、PSA氢气提纯，PSA尾气排放至大气。
甲醇与水蒸气重整反应生成的H2和CO2，再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离，得到高纯氢气。甲醇制氢尾气(主要含有氢气、二氧化碳、微量甲醇及少量一氧化碳)则通过大气排放。
随着国家对尾气排放要求的提高，国内大部分地区已无法接受该尾气直接对大气排放，需要将有机物、一氧化碳处理后才能排放。然而现有的PTA生产工艺中产生的尾气仍然含有较多对环境会造成污染的有害物质，比如有机物、氮氧化物、硫化物等。
发明内容
本发明的目的在于解决PTA尾气中的热量不能得到合理的利用，同时排放的尾气对环境会造成较大的污染的问题，本发明提供了一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，包括甲醇制氢工艺和PTA提氢尾气催化氧化工艺；
所述甲醇制氢工艺为将甲醇和水的混合液依次通过汽化过热器、转化器、冷却分离器之后得到介质气，将介质气通入到PSA-1中进行分离，分离出大部分纯度较高的氢气，剩余的介质气进入到尾气缓冲罐中；汽化过热器、转化器上连接导热油管；
所述PTA提氢尾气催化氧化工艺为将预处理之后的PTA尾气经过PSA-2分离出氢气之后，剩余的尾气进入到尾气缓冲罐中，和甲醇制氢工艺中产生的尾气一同进入到反应器中，反应器上也连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器中与进入反应器中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器和转化器供热。
进一步的，所述反应器连接有风机，所述风机与所述反应器之间连接有空气预热器。
进一步的，所述反应器还连接有循环风机。
进一步的，所述尾气缓冲罐中的压力控制在0.02Mpa-0.04Mpa。
进一步的，所述反应器的结构包括方箱外壳，导热油管连接在方箱外壳内部。
其中，所述方箱外壳内部的导热油管为立式或卧式。
上述结构的反应器，通过强制对流传热与管束内的导热油进行热交换，换热效率更高。
工艺流程：甲醇和脱盐水常温进入汽化过热器。汽化过热器采用导热油供热升温至260℃，过热后的原料气进入转化器进行转化反应。转化器利用导热油供热。从转化器出来的反应气(250～260℃)进入冷却器用冷却水冷却，冷却后的物料送气液分离器进行分离，分离后得到转化气至38℃(主要含氢气、二氧化碳、少量一氧化碳和微量甲醇)经过PSA得到常温氢气，尾气去催化反应升温至350～380℃，给系统供热。PTA尾气经过预处理、PSA提纯氢气后，尾气去催化反应给系统供热。
PTA尾气常温经过PSA-2提氢后，PSA-2尾气通过逆放、冲洗预处理的步骤进入尾气缓冲罐，得到氢气、一氧化碳、有机物等混合物的压力通过压力调节阀调节至0.02Mpa-0.04Mpa，进入反应器。外界空气通过风机、空气预热器和循环风机，持续与反应器中的混合物进行催化反应，升温至350～380℃得到热量，加热导热油，并利用导热油进入过热器、转化器以提供甲醇、水过热和甲醇转化反应需要的热量。同时，反应器中的多余的烟气，通过压力调节阀、烟囱排放至大气。
反应器内的催化反应涉及的主要方程式包括：
2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O
2CO+O2＝2CO2
2H2+O2＝2H2O
CH4+2O2＝2H2O+CO2
催化氧化反应起活温度≥30℃，PSA尾气与空气混合升温后进入催化反应器进行氧化反应，释放热量，尾气经过氧化反应后得到的二氧化碳、水，升温至350～380℃，给导热油供热，进而给甲醇、水蒸发和反应提供热量，得到的氮气、二氧化碳、水混合气体则通过风机循环使用，催化反应系统维持压力在10-20kpa，在不断鼓风的同时，反应器中的多余的烟气，通过压力调节阀、烟囱排放至大气。
本发明的有益效果如下：
(1)本申请利用制氢PSA尾气催化氧化反应形成独立的催化反应系统，利用循环风机提高烟气的流动速度以提高换热效率，不另外采用蒸汽加热系统而直接采用催化反应气对导热油加热，进而提供热量给制氢使用，实现了节能环保的效果；
(2)本申请减少了废气中有机废料的排放，排放气中无有机物、无氮氧化物、无硫化物等其他有害物质；
(3)本申请回收了PSA尾气中的热量，替代高压蒸汽或其他热源，综合能耗减少约1/3；
(4)本申请中的尾气处理无明火设备，装置安全可靠，可减少与周边设备间距要求；
(5)本申请利用PSA尾气反应替代高压蒸汽，以1000方制氢装置为例，每小时可减少蒸汽消耗2.5T，折合天然气约150Nm3；
(6)本申请无固体废弃物产生。
附图说明
图1是本发明中一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺的工艺流程图。
附图标记：11-PSA-2，12-尾气缓冲罐，13-PSA-1，14-冷却分离器，15-汽化过热器，16-转化器，17-导热油泵，18-反应器，19-风机，21-烟囱，22-空气预热器，23-循环风机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，本发明提供一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，包括甲醇制氢工艺和PTA提氢尾气催化氧化工艺；
甲醇制氢工艺为将甲醇和水的混合液依次通过汽化过热器15、转化器16、冷却分离器14之后得到介质气，将介质气通入到PSA-1 13中进行分离，分离出大部分纯度较高的氢气，剩余的介质气进入到尾气缓冲罐12中；汽化过热器15、转化器16上连接导热油管；导热油通过导热油泵17实现循环流动。
PTA提氢尾气催化氧化工艺为将预处理之后的PTA尾气经过PSA-2 11分离出氢气之后，剩余的尾气进入到尾气缓冲罐12中，和甲醇制氢工艺中产生的尾气一同进入到反应器18中，反应器18上也连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器18中与进入反应器18中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器15和转化器16供热。得到的氮气、二氧化碳、水混合气体则通过循环风机23实现循环使用，通过风机19鼓入反应器18内的空气首先经过空气预热器22进行预热处理，在不断鼓风的同时，反应器18中的多余的烟气，通过压力调节阀、烟囱21排放至大气。
其中，尾气缓冲罐中的压力控制在0.02Mpa。
实施例2
参照图1，本发明提供一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，包括甲醇制氢工艺和PTA提氢尾气催化氧化工艺；
甲醇制氢工艺为将甲醇和水的混合液依次通过汽化过热器15、转化器16、冷却分离器14之后得到介质气，将介质气通入到PSA-1 13中进行分离，分离出大部分纯度较高的氢气，剩余的介质气进入到尾气缓冲罐12中；汽化过热器15、转化器16上连接导热油管；导热油通过导热油泵17实现循环流动。
PTA提氢尾气催化氧化工艺为将预处理之后的PTA尾气经过PSA-2 11分离出氢气之后，剩余的尾气进入到尾气缓冲罐12中，和甲醇制氢工艺中产生的尾气一同进入到反应器18中，反应器18上也连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器18中与进入反应器18中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器15和转化器16供热。得到的氮气、二氧化碳、水混合气体则通过循环风机23实现循环使用，通过风机19鼓入反应器18内的空气首先经过空气预热器22进行预热处理，在不断鼓风的同时，反应器18中的多余的烟气，通过压力调节阀、烟囱21排放至大气。
其中，尾气缓冲罐中的压力控制在0.03Mpa。
实施例3
参照图1，本发明提供一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，包括甲醇制氢工艺和PTA提氢尾气催化氧化工艺；
甲醇制氢工艺为将甲醇和水的混合液依次通过汽化过热器15、转化器16、冷却分离器14之后得到介质气，将介质气通入到PSA-1 13中进行分离，分离出大部分纯度较高的氢气，剩余的介质气进入到尾气缓冲罐12中；汽化过热器15、转化器16上连接导热油管；导热油通过导热油泵17实现循环流动。
PTA提氢尾气催化氧化工艺为将预处理之后的PTA尾气经过PSA-2 11分离出氢气之后，剩余的尾气进入到尾气缓冲罐12中，和甲醇制氢工艺中产生的尾气一同进入到反应器18中，反应器18上也连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器18中与进入反应器18中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器15和转化器16供热。得到的氮气、二氧化碳、水混合气体则通过循环风机23实现循环使用，通过风机19鼓入反应器18内的空气首先经过空气预热器22进行预热处理，在不断鼓风的同时，反应器18中的多余的烟气，通过压力调节阀、烟囱21排放至大气。
其中，尾气缓冲罐中的压力控制在0.04Mpa。
以1000Nm3/h甲醇制氢为计，现有的甲醇制氢的公用工程消耗表与本申请实施例1到实施例3的工程消耗表的对照表如下所示：
Claims (6)
1.一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，包括甲醇制氢工艺和PTA提氢尾气催化氧化工艺；
所述甲醇制氢工艺为将甲醇和水的混合液依次通过汽化过热器、转化器、冷却分离器之后得到介质气，将介质气通入到PSA-1中进行分离，分离出大部分纯度较高的氢气，剩余的介质气进入到尾气缓冲罐中；汽化过热器、转化器上连接导热油管；
所述PTA提氢尾气催化氧化工艺为将预处理之后的PTA尾气经过PSA-2分离出氢气之后，剩余的尾气进入到尾气缓冲罐中，和甲醇制氢工艺中产生的尾气一同进入到反应器中，反应器上也连接导热油管，甲醇制氢剩余的尾气和PTA提氢之后的尾气在反应器中与进入反应器中的空气进行催化反应生成二氧化碳和水，并释放热量，释放的热量给烟气加热，升温之后的烟气为导热油管中的油进行升温处理，升温之后的导热油为汽化过热器和转化器供热。
2.根据权利要求1所述的一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，所述反应器连接有风机，所述风机与所述反应器之间连接有空气预热器。
3.根据权利要求1所述的一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，所述反应器还连接有循环风机。
4.根据权利要求1所述的一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，所述尾气缓冲罐中的压力控制在0.02Mpa-0.04Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，所述反应器的结构包括方箱外壳，导热油管连接在方箱外壳内部。
6.根据权利要求5所述的一种PTA提氢尾气催化氧化与甲醇制氢的联产工艺，其特征在于，所述方箱外壳内部的导热油管为立式或卧式。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62246803A (ja) * | 1986-04-18 | 1987-10-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高純度水素の製造方法 |
| CN101708821A (zh) * | 2009-12-08 | 2010-05-19 | 四川亚联高科技股份有限公司 | 催化燃烧烟气作为热源的甲醇水蒸气制氢工艺 |
| CN102908884A (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 精对苯二甲酸生产废气的净化方法 |
| CN104566405A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-04-29 | 南京化工职业技术学院 | 一种低能耗的pta氧化尾气催化燃烧处理方法 |
| CN112678770A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-20 | 四川天采科技有限责任公司 | 一种采用psa尾气催化燃烧供热的甲醇、水制氢装置 |
-
2021
- 2021-12-09 CN CN202111502866.9A patent/CN114180520A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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