CN214880203U - 一种甲醇制氢自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇制氢自动控制系统，属于甲醇制氢技术领域。本实用新型包括控制器，与控制器连接的原料转化装置、变压吸附装置和导热油控制装置，原料转化装置包括洗涤分离器、循环液中间罐、换热器和转化器，导热油控制装置包括燃烧器和导热油炉，变压吸附装置包括变压吸附系统和尾气缓冲罐，同时系统中还设置有相关仪表、泵和阀门。通过对氢气负荷的设定，实现了甲醇、脱盐水和天然气的自动调节，增强了自动控制水平，减少人员劳动强度和现场操作工作。

Description

一种甲醇制氢自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及甲醇制氢技术领域，具体涉及为一种甲醇制氢自动控制系统。

背景技术

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。

对没有方便氢源的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资，只适用于大规模用户。对中小用户电解水可方便制得氢气，但能耗很大，每立方米氢气耗电达到6度，且氢纯度不理想，杂质多，同时规模也受到限制，因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。

甲醇与脱盐水的蒸汽混合物在转化器中加压加热催化裂解和转化一步完成，生成氢气和二氧化碳，其反应式如下：

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+24.90kJ/mol

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206.3kJ/mol

甲醇蒸汽重整制氢由于氢收率高，能量利用合理，过程控制简单，便于工业操作而更多地被采用。

然而，目前甲醇转化制氢装置，需要根据装置状况，人为来进行参数设定，操作不便，制得的氢气纯度不高，不能及时应对异常突发事件。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够自动调整输入、减少人工操作的甲醇制氢自动控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种甲醇制氢自动控制系统，包括控制器，还有与控制器连接的原料转化装置、变压吸附装置和导热油控制装置；

所述原料转化装置包括洗涤分离器、循环液中间罐、换热器和转化器，所述洗涤分离器和转化器均与控制器连接，所述洗涤分离器的第一输入口连接有脱盐水进料管道，所述洗涤分离器的排水口通过管道与循环液中间罐的输入口连接，循环液中间罐的输出口通过管道与甲醇进料管道连接，连接后通过合并管道与换热器的第一输入口连接，所述换热器的第一输出口通过管道与转化器的第一输入口连接，所述转化器的第一输出口通过管道与换热器的第二输入口连接，换热器的第二输出口与洗涤分离器的第二输入口连接，洗涤分离器的排气口通过管道连接到变压吸附装置，所述转化器的第二输入口与第二输出口分别通过导热油输出管道和导热油输入管道与导热油控制装置连接，所述变压吸附装置还通过管道与导热油控制装置连接；

所述脱盐水进料管道上设置有脱盐水泵和脱盐水调节阀，所述循环液中间罐上设置有第一液位计，所述甲醇进料管道入口处设置有甲醇流量计和甲醇调节阀，所述合并管道上还依次设置有循环液泵、比重仪、循环液流量计和循环液调节阀，所述脱盐水泵、脱盐水调节阀、第一液位计、甲醇流量计、甲醇调节阀、循环液泵、比重仪、循环液流量计和循环液调节阀均与控制器连接。

进一步的是，所述洗涤分离器上设置有第二液位计，洗涤分离器的排水口连接管道上设置有洗涤液回流阀，第二液位计和洗涤液回流阀均与控制器连接。

进一步的是，所述导热油控制装置包括燃烧器和导热油炉，所述燃烧器上设置有均与控制器连接的火焰检测器和点火变压器，所述燃烧器的输入口与天然气输入管道连接，燃烧器的输出口与导热油炉的加热口连接，导热油炉的导热油输出管道与转化器的第二输入口连接，导热油炉的导热油输入管道与转化器的第二输出口连接，导热油输入管道上设置有导热油循环泵，所述导热油炉的排气口通过管道与空气预热器的第一输入口连接，空气预热器的第一输出口通过管道与烟囱连接，所述导热油循环泵与控制器连接。

进一步的是，所述导热油控制装置还包括鼓风机，所述鼓风机的出风口通过管道与空气预热器的第二输入口连接，空气预热器的第二输出口通过管道与燃烧器连接，连接空气预热器与燃烧器的管道上设置有空气调节阀，空气预热器的第一输出口连接的管道上设置有氧气分析仪，所述空气调节阀和氧气分析仪均与控制器连接。

进一步的是，所述天然气输入管道上依次设置有与控制器连接的天然气稳压阀、天然气调节阀和压力开关，导热油输出管道上设置有温度计，天然气调节阀与温度计均与控制器连接。

进一步的是，所述变压吸附装置包括变压吸附系统和尾气缓冲罐，所述变压吸附系统与控制器连接，所述变压吸附系统的输入口通过管道与洗涤分离器的排气口连接，尾气缓冲罐的输入口分别通过管道与变压吸附系统的尾气口和变压吸附系统的输入口连接，变压吸附系统的输出口通过管道连接至用户端，所述尾气缓冲罐的输出口通过管道与燃烧器的输入口连接。

进一步的是，所述变压吸附系统的输出口的管道上依次设置有与控制器连接的变压吸附系统压力计、变压吸附系统压力调节阀、CO分析仪和氢气流量计。

进一步的是，所述尾气缓冲罐的输出口连接的管道上设置有尾气稳压阀。

进一步的是，所述变压吸附系统的输入口连接的管道上设置有转换气压力计，变压吸附系统的输入口与尾气缓冲罐的输入口之间管道上设置有超压放空阀，转换气压力计和超压放空阀均与控制器连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的甲醇制氢自动控制系统实现了甲醇、脱盐水和天然气的自动调节，甲醇的进液量通过流量计控制，脱盐水的进液通过液位间接控制，天然气的进气通过导热油温度计控制，甲醇与脱盐水的比例通过比重计调整，空气输入量根据导热油炉排出的烟气中的氧气剩余量进行自动控制；还包括PSA吸附压力自动控制、系统压力超高调节控制、洗涤分离器液位控制、循环液泵流量控制、天然气压力自动控制、PSA吸附时序控制，氢气输出管道设置的一氧化碳气体在线分析，可根据分析结果自动调整PSA时序，让系统随时保持在一个较合理的状态。保证氢气纯度的同时减少物热消耗，增强了自动控制水平，减少人员劳动强度和现场操作工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中标记：10a-甲醇流量计；10b-甲醇调节阀；11-脱盐水泵；12a-脱盐水调节阀；12b-第一液位计；13-洗涤分离器；14a-第二液位计；14b-洗涤液回流阀；15-循环液中间罐；16-循环液泵；17-比重仪；18a-循环液流量计；18b-循环液调节阀；19-换热器；20-转化器；21a-转换气压力计；21b-超压放空阀；22-变压吸附系统；23-尾气缓冲罐；24-尾气稳压阀；25a-变压吸附系统压力计；25b-变压吸附系统压力调节阀；26-CO分析仪；27-氢气流量计；28-天然气稳压阀；29a-天然气调节阀；29b-温度计；30-压力开关；31-燃烧器；32-火焰检测器；33-点火变压器；34a-助燃空气调节阀；34b-氧气分析仪；35-导热油炉；36-导热油循环泵；37-空气预热器；38-鼓风机；39-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种甲醇制氢自动控制系统，包括控制器，还有与控制器连接的原料转化装置、变压吸附装置和导热油控制装置。系统中，控制器根据人为设定的氢气负荷量进行计算，通过对原料配比、导热油控制和变压器控制实现甲醇制氢，将氢气供给所需装置使用。其中，原料转化装置用于将按比例混合的甲醇和脱盐水在泵加压的作用下进行预热转化，实现反应物的冷凝冷却、气液分离。导热油控制装置用于加热导热油实现甲醇制氢的高温转化。变压吸附装置用于将反应之后的气体进行吸附净化得到纯度较高的氢气。

上述系统中，原料转化装置包括洗涤分离器13、循环液中间罐15、换热器19和转化器20，洗涤分离器13和转化器20均与控制器连接，洗涤分离器13的第一输入口连接有脱盐水进料管道，洗涤分离器13的排水口通过管道与循环液中间罐15的输入口连接，循环液中间罐15的输出口通过管道与甲醇进料管道连接，连接后通过合并管道与换热器19的第一输入口连接，换热器19的第一输出口通过管道与转化器20的第一输入口连接，转化器20的第一输出口通过管道与换热器19的第二输入口连接，换热器19的第二输出口与洗涤分离器13的第二输入口连接，洗涤分离器13的排气口通过管道连接到变压吸附装置，转化器20的第二输入口与第二输出口分别通过导热油输出管道和导热油输入管道与导热油控制装置连接，变压吸附装置还通过管道与导热油控制装置连接。

其中，脱盐水进料管道上设置有脱盐水泵11和脱盐水调节阀12a，循环液中间罐15上设置有第一液位计12b，甲醇进料管道入口处设置有甲醇流量计10a和甲醇调节阀10b，合并管道上还依次设置有循环液泵16、比重仪17、循环液流量计18a和循环液调节阀18b，脱盐水泵11、脱盐水调节阀12a、第一液位计12b、甲醇流量计10a、甲醇调节阀10b、循环液泵16、比重仪17、循环液流量计18a和循环液调节阀18b均与控制器连接。

原料转化装置运行时，控制器控制脱盐水泵11、洗涤分离器13等装置开始工作，脱盐水原料在脱盐水泵11的作用下通过管道流入洗涤分离器13中，并在洗涤液回流阀14b的作用下从洗涤分离器13中流入到循环液中间罐15中，并在循环液泵16的作用下与甲醇原料混合，混合液经换热器19流入转化器20中，在导热油的作用下进行转化反应，转化后的转化气通过换热器19冷却冷凝后进入洗涤分离器13中利用脱盐水对转化气中的甲醇进行洗涤，洗涤后的液体流入循环液中间罐15中进行循环利用，而洗涤后的转化气则进入变压吸附装置中进行净化吸附处理。值得说明的是，转化后的气体经洗涤分离器13洗涤后，流入循环液中间罐15中的液体里甲醇含量极少，循环液中间罐15中的液体主要为脱盐水。

并且，为保证系统能够根据设定的氢气负荷量进行自动调整，在控制器中根据氢气的产能结合变压吸附工艺计算得出甲醇和脱盐水的消耗量，值得说明的是，本实用新型装置中都由控制器实时采集与各类型阀和泵控制连接的流量计、压力计等数据实现对阀和泵的控制。

为实现原料输入的自动控制，控制器采集甲醇流量计10a的数据信息，甲醇的进液量可以根据甲醇流量计10a的测量值是否超过控制器中所设定的流量阈值进而来控制甲醇调节阀10b的大小，若测得甲醇进液流量大于阈值设定，则将甲醇调节阀10b调小，反之则调大，从而实现甲醇进液的自动调节。同时，脱盐水的进液量则可以根据设置在循环液中间罐15上第一液位计12b的测量值来控制脱盐水调节阀12a，并且，洗涤分离器13上设置有第二液位计14a，可根据第二液位计14a的测量值来调整设置在洗涤分离器13的排水口连接管道上的洗涤液回流阀14b，实现脱盐水进液的间接自动调节，即若控制器采集的第一液位计12b或第二液位计14a的测量值超过控制器中设定的液位阈值，则对应调整脱盐水调节阀12a或洗涤液回流阀14b的阀门大小。

为保证甲醇与脱盐水的混合液的配比设置，则通过比重仪17进行分析，控制器根据混合液比重的测量值来判断是否超过设定的比重值来控制甲醇调节阀10b的大小，同时设置的循环液流量计18a用于测量混合液流量大小，控制器根据所测定的循环液流量计18a的流量值是否超过所设的流量阈值进而对应控制循环液调节阀18b的大小。同时根据控制器还可以根据比重仪17的测量值控制脱盐水泵11和循环液泵16的运行。

上述系统中，导热油控制装置包括燃烧器31和导热油炉35，燃烧器31上还设置有与控制器连接的火焰检测器32和点火变压器33，燃烧器31的输入口与天然气输入管道连接，燃烧器31的输出口与导热油炉35的加热口连接，导热油炉35的导热油输出管道与转化器20的第二输入口连接，导热油炉35的导热油输入管道与转化器20的第二输出口连接，导热油输入管道上设置有导热油循环泵36，导热油炉35的排气口通过管道与空气预热器37的第一输入口连接，空气预热器37的第一输出口通过管道与烟囱39连接，导热油循环泵36与控制器连接。

其中，天然气输入管道上依次设置有天然气稳压阀28、天然气调节阀29a和压力开关30，导热油输出管道上设置有温度计29b，天然气调节阀29a与温度计29b均与控制器连接。

导热油的加热通过天然气燃烧实现，天然气通过管道进入到燃烧器31中，天然气管道上设置有天然气稳压阀28和压力开关30进行压力调节，控制器控制点火变压器33工作点燃天然气在燃烧器31中燃烧，并且通过火焰检测器32检测是否有燃烧器31中是否存在火焰，将燃烧后的天然气供给导热油炉35对炉中的导热油进行加热处理，加热后的导热油则通过管道输入到转化器20中实现高温转化，而在转化器20中作用后的导热油则在导热油循环泵36的作用下回流到导热油炉35中重新加热，实现了导热油的循环利用。

为实现天然气自动调节，导热油控制装置则通过温度计29b检测导热油的温度，并通过控制器采集检测的温度值与设定的温度值进行比较，判断导热油温度是否过高或过低，从而来调节天然气调节阀29a，控制天然气的输入量。例如，当检测到的导热油温度未到达规定温度，则调大天然气调节阀29a增加天然气的输入量，进行燃烧。同时，导热油炉35中产生的烟气通过空气预热器37从烟囱39排出。

进一步优选的，为实现天然气的充分燃烧，导热油控制装置还设置有鼓风机38，鼓风机38的出风口通过管道与空气预热器37的第二输入口连接，空气预热器37的第二输出口通过管道与燃烧器31连接，连接空气预热器37与燃烧器31的管道上设置有空气调节阀34a，空气调节阀34a与设置在空气预热器37的第一输出口连接的管道上的氧气分析仪34b控制连接。装置利用了烟气的余热对鼓风机38输入的空气进行了加热处理，同时通过氧气分析仪34b对烟气中氧气的含量进行测定，将测定的氧气含量通过控制器比较氧气含量是否过高或过低，根据测定值来控制空气调节阀34a调整空气的输入量。

经过原料转化装置处理后的转化气进入变压吸附装置中，由于转化气中包含氢气以及二氧化碳、一氧化碳等含碳气体，所以需要变压吸附装置进行氢气提纯处理。变压吸附装置包括变压吸附系统22和尾气缓冲罐23，变压吸附系统22的输入口通过管道与洗涤分离器13的排气口连接，尾气缓冲罐23的输入口分别通过管道与变压吸附系统22的尾气口和变压吸附系统22的输入口连接，变压吸附系统22的输出口通过管道连接至用户端，尾气缓冲罐23的输出口通过管道与燃烧器31的输入口连接。

其中，变压吸附系统22(PSA系统)采用五塔运行，单塔吸附，两次均压加冲洗变压吸附，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附(A)、一均降压(E1D)、二均降压(E2D)、顺放降压(PP)、逆向放压(D)、冲洗(P)、二均升压(E2R)、一均升压(E1R)以及最终升压(FR)等步骤。五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。值得说明的是，PSA系统属于现有技术，因此本申请对此不进行过多的赘述。

转化气进入变压吸附装置中变压吸附系统22进行杂质气体吸附后排出用户端，同时，变压吸附系统22的输出口的管道上依次设置有与控制器连接的变压吸附系统压力计25a、变压吸附系统压力调节阀25b、CO分析仪26和氢气流量计27。通过CO分析仪分析净化后氢气中CO的含量，控制器采集分析信息，并通过测定的CO的含量调整PSA系统的时序，让PSA系统随时保持在一个较合理的状态，保证氢气纯度的同时减少物热消耗。并且通过变压吸附系统压力计25a测量PSA系统压力值，控制器采集系统压力值，根据压力值来控制变压吸附系统压力调节阀25b来调节PSA系统的压力。

进一步的是，为监测转化气的压力大小，变压吸附系统22的输入口连接的管道上设置有转换气压力计21a，变压吸附系统22的输入口与尾气缓冲罐23的输入口之间管道上设置有超压放空阀21b，转换气压力计21a和超压放空阀21b均与控制器连接，控制器将采集的压力值进行比较，将压力过大时的转化气通过控制超压放空阀21b放掉一部分气体到尾气缓冲罐23中进行放压处理。

上述变压吸附装置中，PSA系统反应后的尾气进入尾气缓冲罐23中，而尾气缓冲罐23的输出口连接的管道上设置有尾气稳压阀24进行稳压调节，因PSA系统中排出的气体中含有大量的氧气，因此还将尾气排入燃烧器31中进行燃烧。

通过本实用新型提供的甲醇制氢自动控制系统，能够实现对各种原料参数的自动控制调节，保证氢气纯度的同时减少物热消耗，实现了自动化运行，并且能够对系统中的压力、温度、液位等状态进行实时监测，自动对异常状态进行调节，减少人员劳动强度和现场操作工作。

Claims (9)

1.一种甲醇制氢自动控制系统，包括控制器，其特征在于，还有与控制器连接的原料转化装置、变压吸附装置和导热油控制装置；

所述原料转化装置包括洗涤分离器(13)、循环液中间罐(15)、换热器(19)和转化器(20)，所述洗涤分离器(13)和转化器(20)均与控制器连接，所述洗涤分离器(13)的第一输入口连接有脱盐水进料管道，所述洗涤分离器(13)的排水口通过管道与循环液中间罐(15)的输入口连接，循环液中间罐(15)的输出口通过管道与甲醇进料管道连接，连接后通过合并管道与换热器(19)的第一输入口连接，所述换热器(19)的第一输出口通过管道与转化器(20)的第一输入口连接，所述转化器(20)的第一输出口通过管道与换热器(19)的第二输入口连接，换热器(19)的第二输出口与洗涤分离器(13)的第二输入口连接，洗涤分离器(13)的排气口通过管道连接到变压吸附装置，所述转化器(20)的第二输入口与第二输出口分别通过导热油输出管道和导热油输入管道与导热油控制装置连接，所述变压吸附装置还通过管道与导热油控制装置连接；

所述脱盐水进料管道上设置有脱盐水泵(11)和脱盐水调节阀(12a)，所述循环液中间罐(15)上设置有第一液位计(12b)，所述甲醇进料管道入口处设置有甲醇流量计(10a)和甲醇调节阀(10b)，所述合并管道上还依次设置有循环液泵(16)、比重仪(17)、循环液流量计(18a)和循环液调节阀(18b)，所述脱盐水泵(11)、脱盐水调节阀(12a)、第一液位计(12b)、甲醇流量计(10a)、甲醇调节阀(10b)、循环液泵(16)、比重仪(17)、循环液流量计(18a)和循环液调节阀(18b)均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述洗涤分离器(13)上设置有第二液位计(14a)，洗涤分离器(13)的排水口连接管道上设置有洗涤液回流阀(14b)，第二液位计(14a)和洗涤液回流阀(14b)均与控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述导热油控制装置包括燃烧器(31)和导热油炉(35)，所述燃烧器(31)上设置有均与控制器连接的火焰检测器(32)和点火变压器(33)，所述燃烧器(31)的输入口与天然气输入管道连接，燃烧器(31)的输出口与导热油炉(35)的加热口连接，导热油炉(35)的导热油输出管道与转化器(20)的第二输入口连接，导热油炉(35)的导热油输入管道与转化器(20)的第二输出口连接，导热油输入管道上设置有导热油循环泵(36)，所述导热油炉(35)的排气口通过管道与空气预热器(37)的第一输入口连接，空气预热器(37)的第一输出口通过管道与烟囱(39)连接，所述导热油循环泵(36)与控制器连接。

4.根据权利要求3所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述导热油控制装置还包括鼓风机(38)，所述鼓风机(38)的出风口通过管道与空气预热器(37)的第二输入口连接，空气预热器(37)的第二输出口通过管道与燃烧器(31)连接，连接空气预热器(37)与燃烧器(31)的管道上设置有空气调节阀(34a)，空气预热器(37)的第一输出口连接的管道上设置有氧气分析仪(34b)，所述空气调节阀(34a)和氧气分析仪(34b)均与控制器连接。

5.根据权利要求3所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述天然气输入管道上依次设置有天然气稳压阀(28)、天然气调节阀(29a)和压力开关(30)，导热油输出管道上设置有温度计(29b)，天然气调节阀(29a)与温度计(29b)均与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述变压吸附装置包括变压吸附系统(22)和尾气缓冲罐(23)，所述变压吸附系统(22)与控制器连接，所述变压吸附系统(22)的输入口通过管道与洗涤分离器(13)的排气口连接，尾气缓冲罐(23)的输入口分别通过管道与变压吸附系统(22)的尾气口和变压吸附系统(22)的输入口连接，变压吸附系统(22)的输出口通过管道连接至用户端，所述尾气缓冲罐(23)的输出口通过管道与燃烧器(31)的输入口连接。

7.根据权利要求6所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述变压吸附系统(22)的输出口的管道上依次设置有与控制器连接的变压吸附系统压力计(25a)、变压吸附系统压力调节阀(25b)、CO分析仪(26)和氢气流量计(27)。

8.根据权利要求6所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述尾气缓冲罐(23)的输出口连接的管道上设置有尾气稳压阀(24)。

9.根据权利要求6所述的一种甲醇制氢自动控制系统，其特征在于，所述变压吸附系统(22)的输入口连接的管道上设置有转换气压力计(21a)，变压吸附系统(22)的输入口与尾气缓冲罐(23)的输入口之间管道上设置有超压放空阀(21b)，转换气压力计(21a)和超压放空阀(21b)均与控制器连接。

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