CN116425114A - 一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统和方法，包括脱盐水罐、水洗塔、脱盐水泵、循环泵、分解气缓冲罐和调节阀。其中，循环泵和水洗塔构成循环系统的主要结构，通过循环泵在水洗塔中增加自循环系统，在保持水洗塔液位和外循环系统的循环量不变的同时大大增加了水洗塔的淋洗液用量，通过在水洗塔上设置补液进口，维持水洗塔内的液位平衡和稀释水洗塔内部淋洗液。本发明提供的可甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，可以较彻底的脱除反应气中残余的甲醇，且可以在原有脱盐水罐的体积和脱盐水泵的功率保持不变的前提下获得较好的淋洗效果。
Description
技术领域
本发明属于甲醇裂解制氢装置技术领域，具体涉及一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统和方法。
背景技术
氢气作为一种热值高、无污染的新型能源，在工业上对高纯氢的需求越来越大。与水电解工艺制氢、天然气重整制氢相比，甲醇裂解制氢工艺有单次投资小、成本低、清洁无污染的特点。甲醇裂解制氢通常指甲醇与脱盐水混合后受热汽化，在催化剂的作用下裂解获得氢气的过程。通常，甲醇裂解制氢的工艺流程后需要变压吸附工艺提纯氢气，最终可获得纯度在99.9％以上的产品氢气。由于甲醇属于极性分子，容易在吸附剂上附着，影响变压吸附的吸附效果，所以需要在变压吸附前，将分解气中的甲醇含量尽可能的降低。
在甲醇裂解制氢的过程中，反应器出口的气体经冷却后，需要在水洗塔中经过脱盐水的淋洗，在净化分解气的同时回收分解气中携带的甲醇。现有水洗塔循环系统是由水洗塔、脱盐水泵和脱盐水罐组成的一个外循环系统，水洗塔本身存在液位限制，如果加大淋洗液的用量，会导致脱盐水罐体积大幅增加。水洗塔是带压系统，脱盐水罐是常压系统，淋洗液从水洗塔回流至脱盐水罐，脱盐水罐体积过大会增加系统的不稳定性。由于水洗塔和脱盐水罐之间存在压差，需要较大功率的脱盐水泵才能将脱盐水从脱盐水罐送入水洗塔。上述问题导致现有水洗塔中淋洗液用量远不够将分解气中的甲醇降至较低的水平，淋洗不彻底。且经水洗塔淋洗净化的分解气携带较多的水雾，导致分解气在管道和分解气缓冲罐中积存较多水分，不利于设备的正常运行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统和方法，在传统水洗塔的基础上增设了自循环系统和除水滤芯，与传统水洗塔相比具有淋洗彻底、兼具气液分离功能的特点，使分解气纯化更彻底，将纯净干燥的分解气输送至变压吸附工段。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，包括脱盐水罐、水洗塔、脱盐水泵、循环泵、分解气缓冲罐和调节阀。
其中，水洗塔包括裙座、出水口、循环液出口、分解气进口、补液进口、喷淋喷头、循环液进口和分解气出口。
其中，裙座设置在水洗塔底部，水洗塔固定在裙座上，保持位置不变，出水口设置在水洗塔底部，出水口与脱盐水罐管路连接。循环液出口设置在水洗塔直筒段的最底端，与循环泵的入口端管路连接。循环液出口上方依次设置有分解气进口和补液进口，补液进口与脱盐水泵出口端路连接，脱盐水泵入口端与脱盐水罐管路连接。循环液进口设置在水洗塔直筒段上方喷淋喷头位置，循环液进口一端与循环泵的出口端管路连接，另一端与喷淋喷头连接。分解气出口设置在水洗塔顶部，分解气出口与分解气缓冲罐管路连接。
调节阀设置在水洗塔与脱盐水罐的连接管路之间。
优选的，在补液进口上方与喷淋喷头下方的水洗塔空间内，横向设置有格栅，格栅上设置有丝网填料。
优选的，水洗塔顶端设置有滤芯。
进一步的，滤芯通过螺栓固定在座块上，座块焊接在水洗塔的上封头上。
优选的，水洗塔上设置有液位计，与调节阀连锁。
本发明除了提供一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统外，还进一步提供一种使用上述循环系统，进行甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环方法，具体如下：
分解气通过分解气进口进入水洗塔，循环泵将水洗塔底部的淋洗液抽至喷淋喷头对分解气进行淋洗，经循环淋洗脱除甲醇后，分解气通过分解气出口出水洗塔进入分解气缓冲罐，淋洗液脱除分解气内的甲醇后，回到水洗塔的塔底，构成淋洗循环系统。在循环系统中，水洗塔底部的脱盐水淋洗液首先进入脱盐水罐，经脱盐水泵将一定量的脱盐水淋洗液抽入水洗塔，稀释水洗塔内剩余的淋洗液，水洗塔内的淋洗液通过出水口回流至脱盐水罐内，通过调节调节阀的开度大小改变流出水洗塔的淋洗液流量。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
本发明提供的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统和方法，通过循环泵在水洗塔中增加自循环系统，在保持水洗塔液位和外循环系统的循环量不变的同时大大增加了水洗塔的淋洗液用量，循环泵的进出口之间不存在压差，加大淋洗液量不会额外增加循环泵的负荷。水洗塔上设有补液进口，用于维持水洗塔内的液位平衡和稀释水洗塔内部淋洗液。将本发明提供的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统应用在甲醇裂解制氢工艺过程中，由于其淋洗液用量的增加可以较彻底的脱除反应气中残余的甲醇，且可以在原有脱盐水罐的体积和脱盐水泵的功率保持不变的前提下获得较好的淋洗效果。通过在水洗塔顶部增设滤芯，可以有效脱除分解气中的水汽。
附图说明
图1为本发明中一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统连接关系图；
图2为本发明中一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统水洗塔内部连接关系图；
图3为本发明实施例中设置格栅和丝网填料的水洗塔内部连接关系图；
图4为本发明实施例中设置滤芯的水洗塔内部连接关系图；
图5为本发明实施例中一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统水洗塔内部连接关系图。
图中，1为脱盐水罐；2为水洗塔；3为脱盐水泵；4为循环泵；5为分解气缓冲罐；6为调节阀。201为裙座；202为出水口；203为循环液出口；204为分解气进口；205为补液进口；206为格栅；207为喷淋喷头；208为循环液进口；209为滤芯；210为分解气出口；211为丝网填料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图1至图2所示，本发明的技术方案中提供一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，包括脱盐水罐1、水洗塔2、脱盐水泵3、分解气缓冲罐5，其特征在于：循环系统还包括循环泵4和调节阀6。
其中，水洗塔2包括裙座201、出水口202、循环液出口203、分解气进口204、补液进口205、喷淋喷头207、循环液进口208和分解气出口210。
其中，裙座201设置在水洗塔2底部，水洗塔2固定在裙座201上，保持位置不变，出水口202设置在水洗塔2底部，出水口202与脱盐水罐1管路连接，循环液出口203设置在水洗塔2直筒段的最底端，与循环泵4的入口端管路连接；循环液出口203上方依次设置有分解气进口204和补液进口205，补液进口205与脱盐水泵3出口端路连接，脱盐水泵3入口端与脱盐水罐1管路连接；循环液进口208设置在水洗塔2直筒段上方喷淋喷头207位置，循环液进口208一端与循环泵4的出口端管路连接，另一端与喷淋喷头207连接；分解气出口210设置在水洗塔2顶部，分解气出口210与分解气缓冲罐管5路连接。
调节阀6设置在水洗塔2与脱盐水罐1的连接管路之间。
本发明技术方案中，采用循环泵4在水洗塔2中增加自循环系统，在保持水洗塔2液位和外循环系统的循环量不变的同时大大增加了水洗塔2的淋洗液用量，循环泵4的进出口之间不存在压差，所以加大淋洗液量不会额外增加循环泵的负荷。同时在水洗塔2上设有补液进口205，起到维持水洗塔2内的液位平衡和稀释水洗塔2内部淋洗液的作用。改进后的水洗塔系统由于淋洗液用量的增加可以较彻底的脱除反应气中残余的甲醇，且可以在原有脱盐水罐1的体积和脱盐水泵3的功率保持不变的前提下获得较好的淋洗效果。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，补液进口205上方与喷淋喷头207下方的水洗塔2空间内，横向设置有格栅206，格栅206上设置有丝网填料211。在本实施例中，格栅206用于支撑固定丝网填料211的位置，同时保证脱盐水和分解气可以穿过格栅206。丝网填料211的比表面积较大，气液分布均匀，脱盐水在丝网填料211表面覆盖润湿，使气液接触面积变大，提高，同时丝网填料211还可以增加气流扰动，减小气体和液体的流动速度，使气液接触时间变长，提高传质效率。
如图4所示，水洗塔2顶端设置有滤芯209。滤芯209通过螺栓固定在座块上，座块焊接在水洗塔2的上封头上。在本实施例中，在塔顶设置除水滤芯209，起到增大气体的气液分离效果，防止分解气夹带雾沫的作用。座块按照滤芯209尺寸设计，滤芯209通过螺栓固定在座块上，方便拆卸更换，座块用焊接的方式固定在水洗塔2上封头。分解气进入水洗塔经过淋洗后通过滤芯滤除水分，再从上封头的出口进入分解气缓冲罐5。在传统水洗塔的基础上增设自循环系统和除水滤芯209，与传统水洗塔相比具有淋洗彻底、兼具气液分离功能的特点，使分解气纯化更彻底，将纯净干燥的分解气输送至变压吸附工段。
在本发明的一些实施例中，水洗塔2上设置有液位计，与调节阀6连锁。
本发明的技术方案中除了提供一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统外，还进一步提供一种使用上述循环系统，进行甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环方法，具体如下：
分解气通过分解气进口204进入水洗塔2，循环泵4将水洗塔2底部的淋洗液抽至喷淋喷头207对分解气进行淋洗，经循环淋洗脱除甲醇后，分解气通过分解气出口210出水洗塔2进入分解气缓冲罐5，淋洗液脱除分解气内的甲醇后，回到水洗塔2的塔底，构成淋洗循环系统；在循环系统中，水洗塔2底部的脱盐水淋洗液首先进入脱盐水罐1，经脱盐水泵3将一定量的脱盐水淋洗液抽入水洗塔2，稀释水洗塔2内剩余的淋洗液，水洗塔2内的淋洗液通过出水口202回流至脱盐水罐内1，通过调节调节阀6的开度大小改变流出水洗塔2的淋洗液流量。
本发明技术方案中，淋洗液通过循环泵4从水洗塔2底部抽取淋洗液，在水洗塔2直筒段上部通过喷淋喷头207喷淋，保证淋洗液在水洗塔2的截面空间均匀分布。喷淋下来的淋洗液在塔体与分解气接触，气液间传质以脱除分解气中的甲醇，然后在重力作用下回到水洗塔底，经淋洗净化后的分解气流出水洗塔2进入分解气缓冲罐5。
为了避免水洗塔2内甲醇含量累积导致淋洗液中甲醇浓度过高，影响分解气脱除效果，水洗塔2底部设置了出水口，将水洗塔2底的喷淋液定量排入脱盐水罐1，与脱盐水罐1中的脱盐水混合后作为甲醇裂解制氢的原料进行反应。在水洗塔2的分解气进口上方设有补液进口，脱盐水泵3从脱盐水罐1中抽出脱盐水，经补液进口输入水洗塔2中。水洗塔2中喷淋液的液位对于水洗塔2的正常运行有较大的影响，液位过低会导致淋洗液量不足，影响分解气净化效果；液位过高会使分解气与淋洗液直接接触，增加分解气中的含水量。所以需要根据水洗塔2的液位动态调节出水量，以维持水洗塔2内液位的动态平衡。在水洗塔2上需要设置液位计，与塔底出水口的调节阀连锁。如果塔内液位超过设定值，则通过连锁控制加大控制阀6的开度，使水洗塔2底积存的淋洗液更多地回流至脱盐水罐1中；如果塔内液位低于设定值，则通过连锁控制减小控制阀6的开度，使水洗塔2底积存的淋洗液的回流量减少，水洗塔2内的液位逐渐升高。而不断的排出淋洗液、排入脱盐水可以有效的稀释淋洗液中甲醇的浓度，保证淋洗效果。在以往的工艺流程中，由于不存在自循环系统，为了保持水洗塔2的液位，淋洗液用量有限，导致分解气纯化不彻底。本发明技术方案中提出的水洗塔2由于自循环系统的存在，淋洗液用量为补液量的十倍，在分解气量一定的情况下，淋洗液量增加可以吸收更多甲醇，使淋洗更为彻底。
下面通过一个实例，进一步对本发明技术方案中提供的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环方法做进一步的描述，如图5所示，水洗塔循环系统由脱盐水罐1、水洗塔2、脱盐水泵3、循环泵4、分解气缓冲罐5和调节阀6构成。分解气进入水洗塔2，经过循环液淋洗脱除甲醇后，分解气出水洗塔进入分解气缓冲罐5。脱盐水先进入脱盐水罐1，再经脱盐水泵将一定量的脱盐水送入水洗塔2，稀释水洗塔内剩余的淋洗液。水洗塔2的塔底设有排液管，水洗塔2内的淋洗液可以通过排液管流入脱盐水罐1，通过调节调节阀6的开度大小来改变流出水洗塔2的淋洗液流量，保持水洗塔2的液位平衡。由循环泵4从水洗塔2的塔底抽取一定量的淋洗液从水洗塔2上部喷淋下来，脱除分解气内的甲醇后，回到水洗塔2的塔底，构成一个淋洗循环系统。
在水洗塔2中，裙座201起到的作用是支撑整个塔体和固定设备位置。淋洗液通过水洗塔2的底部的出水口202回流到脱盐水罐1中，循环液出口203位于水洗塔2直筒段的最下方，循环泵4的入口端与之相连，抽取淋洗液。进气口204是分解气进入水洗塔2的入口，补液口205在进气口204的上方，与脱盐水泵3相连，将脱盐水作为补液从脱盐水罐1送入水洗塔2中。格栅206设置在水洗塔2中，用于支撑固定丝网填料211的位置。喷淋喷头207是将从循环液进口208进来的淋洗液均匀喷洒，循环液进口208与循环泵4的出口端相连。分解气经过淋洗液的喷淋洗涤后，中间夹杂大量小颗粒雾滴，滤芯209可以去除雾沫夹带，增大分解气的气液分离程度。最终经过滤除水的分解气从水洗塔2顶部的分解气出口210进入分解气缓冲罐5。
需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“尾端”、“首端”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，包括脱盐水罐(1)、水洗塔(2)、脱盐水泵(3)、分解气缓冲罐(5)，其特征在于：所述循环系统还包括循环泵(4)和调节阀(6)；
其中，所述水洗塔(2)包括裙座(201)、出水口(202)、循环液出口(203)、分解气进口(204)、补液进口(205)、喷淋喷头(207)、循环液进口(208)和分解气出口(210)；
其中，所述裙座(201)设置在所述水洗塔(2)底部，所述水洗塔(2)固定在所述裙座(201)上，保持位置不变，所述出水口(202)设置在所述水洗塔(2)底部，所述出水口(202)与所述脱盐水罐(1)管路连接，所述循环液出口(203)设置在所述水洗塔(2)直筒段的最底端，与所述循环泵(4)的入口端管路连接；所述循环液出口(203)上方依次设置有所述分解气进口(204)和所述补液进口(205)，所述补液进口(205)与所述脱盐水泵(3)出口端路连接，所述脱盐水泵(3)入口端与所述脱盐水罐(1)管路连接；所述循环液进口(208)设置在所述水洗塔(2)直筒段上方所述喷淋喷头(207)位置，所述循环液进口(208)一端与所述循环泵(4)的出口端管路连接，另一端与所述喷淋喷头(207)连接；所述分解气出口(210)设置在所述水洗塔(2)顶部，所述分解气出口(210)与所述分解气缓冲罐管(5)路连接。
所述调节阀(6)设置在所述水洗塔(2)与所述脱盐水罐(1)的连接管路之间。
2.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，其特征在于：在所述补液进口(205)上方与所述喷淋喷头(207)下方的所述水洗塔(2)空间内，横向设置有格栅(206)，所述格栅(206)上设置有丝网填料(211)。
3.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，其特征在于：所述水洗塔(2)顶端设置有滤芯(209)。
4.如权利要求3所述的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，其特征在于：所述滤芯(209)通过螺栓固定在座块上，座块焊接在所述水洗塔(2)的上封头上。
5.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环系统，其特征在于：所述水洗塔(2)上设置有液位计，与所述调节阀(6)连锁。
6.一种甲醇裂解制氢工艺过程中的水洗塔循环方法，其特征在于：使用权利要求1-5任一项所述的循环系统进行循环，具体如下：
分解气通过所述分解气进口(204)进入所述水洗塔(2)，所述循环泵(4)将所述水洗塔(2)底部的淋洗液抽至所述喷淋喷头(207)对分解气进行淋洗，经循环淋洗脱除甲醇后，分解气通过所述分解气出口(210)出所述水洗塔(2)进入所述分解气缓冲罐(5)，淋洗液脱除分解气内的甲醇后，回到所述水洗塔(2)的塔底，构成淋洗循环系统；在循环系统中，所述水洗塔(2)底部的脱盐水淋洗液首先进入所述脱盐水罐(1)，经所述脱盐水泵(3)将一定量的脱盐水淋洗液抽入所述水洗塔(2)，稀释所述水洗塔(2)内剩余的淋洗液，所述水洗塔(2)内的淋洗液通过所述出水口(202)回流至所述脱盐水罐内(1)，通过调节所述调节阀(6)的开度大小改变流出所述水洗塔(2)的淋洗液流量。
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