CN115465836B - 一种甲醇制氢工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲醇制氢工艺，属于甲醇裂解制氢技术领域，针对了甲醇裂解制氢工艺流程长、使用成本较高以及能耗需求更大的问题，包括以下步骤：S1、过热汽化；S2、升温加热；S3、转化器催化反应；S4、水洗除杂；S5、PSA除杂；本发明采用4.0MPa,420℃的中压蒸汽代替导热油对甲醇裂解转化器进行催化反应提供热量，省去了导热油加热工艺，简化了工艺流程，适用于小规模制氢生产，同时取消了导热油加热供热的工艺流程，既可以省去对导热油加热炉，导热油循环泵、空气预热、风机，排气筒等设备的投资，大大节约了成本以及使用能耗。

Description

一种甲醇制氢工艺
技术领域
本发明属于甲醇裂解制氢技术领域，具体涉及一种甲醇制氢工艺。
背景技术
甲醇裂解是一个吸热反应，需要外部提供热量，现有工艺采用天然气燃烧给导热油加热至220-280℃，导热油再给甲醇裂解催化剂加热来实现。
请参照图1，现在甲醇制氢的生产工艺流程为：启动导热油泵，导热油系统和甲醇转化器建立循环，启动风机给导热油加热炉输送空气，和天然气在导热油加热炉内进行燃烧，使管程内的导热油加热至270℃，270℃的导热油进入转化器的壳程，使转化器管程内的催化剂床层温度升温至270℃，导热油加热炉内燃烧后的105℃尾气进入排气筒进行排放，启动原料液给料泵将甲醇水混合物送至汽化器壳程，在汽化器管程通入中压过热蒸汽4.0MPa,420℃，汽化器壳程内的甲醇水汽化成气体(2.7MPa，225℃)进入过热器管程，在过热器壳程内通入温度为270℃的导热油进行加热，加热至260℃的不含水的汽化气进入转换器的管程，汽化气在转换器管程内在270℃的催化剂的作用下发生反应，转换气经过冷却器降温至40℃，经过水洗塔除去甲醇、水分，送至PSA装置脱除CO、CO2、CH4、CH3OH等杂质产出高纯度H2提供给用户，在实际生产工艺中，其存在以下明显缺陷：
①甲醇裂解部分工艺采用导热油炉加热工艺流程，需要采用天然气燃烧给导热油加热(250～270℃)，加热后的导热油在甲醇转换器壳程循环，给管程内的催化剂提供热量进行反应，工艺流程长；
②需要投资导热油炉，风机、空气预热器、排气筒等设备，需要消耗天然气、导热油且增加维护成本，需要配置导热油循环泵、风机，成本以及能耗需求更大。
因此，需要一种甲醇制氢工艺，解决现有技术中存在的甲醇裂解制氢工艺流程长、使用成本较高以及能耗需求更大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇制氢工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种甲醇制氢工艺，包括以下步骤：
S1、过热汽化：通过原料液给料泵将甲醇和水分别从甲醇贮罐和循环液贮罐中抽出，将甲醇与水的混合物送至汽化器壳程，中压条件下将过热蒸汽送入汽化器管程，汽化器壳程内的甲醇水汽化成气体；
S2、升温加热：将步骤S1中气体输送至蒸汽过热器管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至蒸汽过热器壳程，对蒸汽过热器管程内催化剂床层升温加热处理，汽化气加热去除汽化气中水的成分；
S3、转化器催化反应：将步骤S2中不含水的汽化气输送至转化器的管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至转化器壳程内进行升温处理，通过催化剂对汽化气在转化器管程内进行催化反应；
S4、水洗除杂：将步骤S3中的转化气送入水冷器进行初步冷却降温，继而送入水洗塔内，通过脱盐水泵将脱盐水贮罐内的脱盐水输送入水洗塔内，对生成物进行水洗去除生成物中的水分和甲醇残留液；
S5、PSA除杂：对步骤S4中的水洗转化气送入转化气分离罐内进行初步分离处理，分离后的转化气送入PSA装置内，吸附去除杂质，将氢气放置氢气贮存罐内贮存处理。
方案中需要说明的是，所述步骤S1中的中压过热蒸汽输送压力为4MPa，过热蒸汽加热温度为420℃。
进一步需要说明的是，所述步骤S1中甲醇水汽化形成的气体输出压力为2.7MPa，输出蒸汽气体温度为225℃。
更进一步需要说明的是，所述步骤S2中蒸汽过热器管程内催化剂床层升温温度为270℃，所述步骤S3中转化器管程内升温温度为270℃。
作为优选的一种实施方式，所述步骤S3中甲醇水蒸汽汽化气输入压力为2.7MPa，输入温度为260℃，催化反应生成物输出压力为2.7MPa，输送温度为280℃。
作为优选的一种实施方式，所述步骤S4中经水冷器以及水洗塔进行冷却降温至40℃。
作为优选的一种实施方式，所述步骤S4中水洗除杂形成的混合液通过输送泵送入步骤S1中的循环液贮罐。
与现有技术相比，本发明提供的一种甲醇制氢工艺，至少包括如下有益效果：
(1)采用4.0MPa,420℃的中压蒸汽代替导热油对甲醇裂解转化器进行催化反应提供热量，省去了导热油加热工艺，简化了工艺流程，适用于小规模制氢生产。
(2)取消了导热油加热供热的工艺流程，既可以省去对导热油加热炉，导热油循环泵、空气预热、风机，排气筒等设备的投资，大大节约了成本以及使用能耗。
附图说明
图1为现有甲醇裂解制氢工艺流程示意图；
图2为本发明的甲醇裂解制氢工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
为了使得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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
请参阅图2，本发明提供一种甲醇制氢工艺，包括以下步骤：
S1、过热汽化：通过原料液给料泵将甲醇和水分别从甲醇贮罐和循环液贮罐中抽出，将甲醇与水的混合物送至汽化器壳程，中压条件下将过热蒸汽送入汽化器管程，汽化器壳程内的甲醇水汽化成气体；
S2、升温加热：将步骤S1中气体输送至蒸汽过热器管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至蒸汽过热器壳程，对蒸汽过热器管程内催化剂床层升温加热处理，汽化气加热去除汽化气中水的成分；
S3、转化器催化反应：将步骤S2中不含水的汽化气输送至转化器的管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至转化器壳程内进行升温处理，通过催化剂对汽化气在转化器管程内进行催化反应；
具体工作时，甲醇在裂解制氢时，其主要原理如下：
主反应：CH3OH＝CO+2H2+90.7KJ/mol
CO+H2O＝CO2+H2-41.2KJ/mol
总反应：CH3OH+H2O＝CO2+3H2+49.5KJ/mol
副反应：2CH3OH＝CH3OCH3+H2O-24.9KJ/mol
CO+3H2＝CH4+H2O-206.3KJ/mol
甲醇在裂解制氢反应为吸热反应，通过中压蒸汽对汽化器管程、蒸汽过热器壳程以及转化器壳程内进行热量供应提供，与现有技术相比，其省去了导热油的供热的工艺流程，使得甲醇裂解制氢工艺更加简单，并且其相应省去了导热油泵、导热油炉、风机、空气预热器以及排风筒设备，大大节约了生产成本。
S4、水洗除杂：将步骤S3中的转化气送入水冷器进行初步冷却降温，继而送入水洗塔内，通过脱盐水泵将脱盐水贮罐内的脱盐水输送入水洗塔内，对生成物进行水洗去除生成物中的水分和甲醇残留液；
经步骤S3反应生成的转化气经水冷器冷却降温，冷凝后其组成如下表：
序号 项目名称 参数
1 氢气 73.0～75.0
2 二氧化碳 23.0～25.0
3 CO 0.5～1.0
4 甲醇 300PPm
5 水 饱和
6 压力(MPa) 2.5
7 温度(℃) ～40
S5、PSA除杂：对步骤S4中的水洗转化气送入转化气分离罐内进行初步分离处理，分离后的转化气送入PSA装置内，吸附去除杂质，将氢气放置氢气贮存罐内贮存处理。
值得具体说明的是，步骤S1中的中压过热蒸汽输送压力为4MPa，过热蒸汽加热温度为420℃。
值得具体说明的是，步骤S1中甲醇水汽化形成的气体输出压力为2.7MPa，输出蒸汽气体温度为225℃。
值得具体说明的是，步骤S2中蒸汽过热器管程内催化剂床层升温温度为270℃，步骤S3中转化器管程内升温温度为270℃。
值得具体说明的是，步骤S3中甲醇水蒸汽汽化气输入压力为2.7MPa，输入温度为260℃，催化反应生成物输出压力为2.7MPa，输送温度为280℃。
值得具体说明的是，步骤S4中经水冷器以及水洗塔进行冷却降温至40℃。
值得具体说明的是，步骤S4中水洗除杂形成的混合液通过输送泵送入步骤S1中的循环液贮罐。
具体布置时，蒸汽过热器、转化器工艺气出口温度采用自动调节控制系统，用于对蒸汽过热器以及转化器处进行温度和压力调控，使其更加稳定的进行甲醇裂解制氢处理。
本方案中的具体的工艺流程为：通过原料液给料泵将甲醇和水分别从甲醇贮罐和循环液贮罐中抽出，将甲醇与水的混合物送至汽化器壳程，将4.0MPa,420℃过热蒸汽送入汽化器管程，汽化器壳程内的甲醇水汽化成气体(2.7MPa，225℃)，气体输送至蒸汽过热器管程内，4.0MPa,420℃的中压蒸汽输送至蒸汽过热器壳程，对蒸汽过热器管程内催化剂床层升温加热至270℃，汽化气加热至260℃去除汽化气中水的成分，输送至转化器的管程内，4.0MPa,420℃的中压蒸汽输送至转化器壳程内进行升温至270℃，通过催化剂对汽化气在转化器管程内在进行催化反应，转化气送入水冷器进行初步冷却降温至40℃，继而送入水洗塔内，通过脱盐水泵将脱盐水贮罐内的脱盐水输送入水洗塔内，对生成物进行水洗去除生成物中的水分和甲醇残留液，水洗转化气送入转化气分离罐内进行初步分离处理，分离后的转化气送入PSA装置内，吸附去除CO、CO2、CH4、CH3OH杂质，将氢气放置氢气贮存罐内贮存处理，后续通过输送装置将制得的氢气提供给用户。
根据上述内容可知：采用4.0MPa,420℃的中压蒸汽代替导热油对甲醇裂解转化器进行催化反应提供热量，省去了导热油加热工艺，简化了工艺流程，适用于小规模制氢生产，同时取消了导热油加热供热的工艺流程，既可以省去对导热油加热炉，导热油循环泵、空气预热、风机，排气筒等设备的投资，大大节约了成本以及使用能耗。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义，本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件，“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种甲醇制氢工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、过热汽化：通过原料液给料泵将甲醇和水分别从甲醇贮罐和循环液贮罐中抽出，将甲醇与水的混合物送至汽化器壳程，中压条件下将过热蒸汽送入汽化器管程，汽化器壳程内的甲醇水汽化成气体；
所述步骤S1中的中压过热蒸汽输送压力为4MPa，过热蒸汽加热温度为420℃；
所述步骤S1中甲醇水汽化形成的气体输出压力为2.7MPa，输出蒸汽气体温度为225℃；
S2、升温加热：将步骤S1中气体输送至蒸汽过热器管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至蒸汽过热器壳程，对蒸汽过热器管程内催化剂床层升温加热处理，汽化气加热去除汽化气中水的成分；
所述步骤S2中蒸汽过热器管程内催化剂床层升温温度为270℃；
S3、转化器催化反应：将步骤S2中不含水的汽化气输送至转化器的管程内，将步骤S1中的中压蒸汽输送至转化器壳程内进行升温处理，通过催化剂对汽化气在转化器管程内进行催化反应；
所述步骤S3中转化器管程内升温温度为270℃，所述步骤S3中甲醇水蒸汽汽化气输入压力为2.7MPa，输入温度为260℃，催化反应生成物输出压力为2.7MPa，输送温度为280℃；
S4、水洗除杂：将步骤S3中的转化气送入水冷器进行初步冷却降温，继而送入水洗塔内，通过脱盐水泵将脱盐水贮罐内的脱盐水输送入水洗塔内，对生成物进行水洗去除生成物中的水分和甲醇残留液；
所述步骤S4中经水冷器以及水洗塔进行冷却降温至40℃；
S5、PSA除杂：对步骤S4中的水洗转化气送入转化气分离罐内进行初步分离处理，分离后的转化气送入PSA装置内，吸附去除杂质，将氢气放置氢气贮存罐内贮存处理。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢工艺，其特征在于：所述步骤S4中水洗除杂形成的混合液通过输送泵送入步骤S1中的循环液贮罐。
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