CN218810345U - 一种甲醇裂解制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇裂解制氢装置，包括制氢装置主体，所述制氢装置主体的内部定位安装有甲醇脱盐水箱、换热器、汽化过热器、转化反应器、冷却箱、分离器与变压吸附提氢机构，所述甲醇脱盐水箱连接换热器与分离器的位置，所述换热器连接汽化过热器与冷却箱的位置，所述冷却箱连接分离器的位置，所述分离器连接变压吸附提氢机构的位置。本实用新型所述的一种甲醇裂解制氢装置，利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的。

Description

一种甲醇裂解制氢装置

技术领域

本实用新型涉及甲醇制氢领域，特别涉及一种甲醇裂解制氢装置。

背景技术

甲醇裂解制氢装置是一种进行甲醇制氢的支撑设备，来自氨分解装置的氨分解气由常压压缩至0.8-1.0Mpa后送入KCFQ提氢装置，所得的氢气作为产品氢气输出，针对装置及原料气的特点，KCFQ工段采用常压解析的方式，即采用5-1-3/P的时序，随着科技的不断发展，人们对于甲醇裂解制氢装置的制造工艺要求也越来越高。

现有的甲醇裂解制氢装置在使用时存在一定的弊端，工业KCFQ-H2装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾，为此，我们提出一种甲醇裂解制氢装置。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种甲醇裂解制氢装置，利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的，可以有效解决背景技术中的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种甲醇裂解制氢装置，包括制氢装置主体，所述制氢装置主体的内部定位安装有甲醇脱盐水箱、换热器、汽化过热器、转化反应器、冷却箱、分离器与变压吸附提氢机构，所述甲醇脱盐水箱连接换热器与分离器的位置，所述换热器连接汽化过热器与冷却箱的位置，所述冷却箱连接分离器的位置，所述分离器连接变压吸附提氢机构的位置，所述汽化过热器连接转化反应器的位置，所述转化反应器连接换热器的位置。

优选的，所述变压吸附提氢机构上连接有氢气管与解吸气管，所述氢气管连接有氢气出气口，所述解吸气管连接有解吸气出气口，所述甲醇脱盐水箱与分离器之间连接有冷凝液管，所述转化反应器与换热器之间连接有反应回流管。

优选的，所述制氢装置主体外侧连接有公用工程输入系统、脱盐水输入系统与导热油输入系统。

优选的，所述变压吸附提氢机构与氢气管和解吸气管之间均一体定位连接，所述氢气管与氢气出气口之间一体连接，所述解吸气管与解吸气出气口之间一体连接，所述转化反应器的输出端通过反应回流管与换热器的输入端连接，所述分离器的输出端通过冷凝液管与甲醇脱盐水箱的输入端连接。

优选的，所述制氢装置主体的输入端与公用工程输入系统、脱盐水输入系统和导热油输入系统的输出端一体连接。

优选的，所述甲醇脱盐水箱的输出端与换热器的输入端连接，所述换热器的输出端与汽化过热器和冷却箱的输入端连接，所述汽化过热器的输出端与转化反应器的输入端连接，所述冷却箱的输出端与分离器的输入端连接，所述分离器的输出端与变压吸附提氢机构的输入端连接。

（三）有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供了一种甲醇裂解制氢装置，具备以下有益效果：该一种甲醇裂解制氢装置，吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的，变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的，整个甲醇裂解制氢装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本实用新型一种甲醇裂解制氢装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型一种甲醇裂解制氢装置中制氢装置主体内部的结构示意图。

图3为本实用新型一种甲醇裂解制氢装置中流程示意图。

图4为本实用新型一种甲醇裂解制氢装置中不同温度下的吸附等温线示意图。

图中：1、制氢装置主体；2、甲醇脱盐水箱；3、换热器；4、转化反应器；5、汽化过热器；6、分离器；7、冷却箱；8、变压吸附提氢机构；9、解吸气管；10、氢气管；11、解吸气出气口；12、氢气出气口；13、公用工程输入系统；14、脱盐水输入系统；15、导热油输入系统；16、冷凝液管；17、反应回流管。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-4所示，一种甲醇裂解制氢装置，包括制氢装置主体1，制氢装置主体1的内部定位安装有甲醇脱盐水箱2、换热器3、汽化过热器5、转化反应器4、冷却箱7、分离器6与变压吸附提氢机构8，甲醇脱盐水箱2连接换热器3与分离器6的位置，换热器3连接汽化过热器5与冷却箱7的位置，冷却箱7连接分离器6的位置，分离器6连接变压吸附提氢机构8的位置，汽化过热器5连接转化反应器4的位置，转化反应器4连接换热器3的位置，利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的。

进一步的，变压吸附提氢机构8上连接有氢气管10与解吸气管9，氢气管10连接有氢气出气口12，解吸气管9连接有解吸气出气口11，甲醇脱盐水箱2与分离器6之间连接有冷凝液管16，转化反应器4与换热器3之间连接有反应回流管17。

进一步的，制氢装置主体1外侧连接有公用工程输入系统13、脱盐水输入系统14与导热油输入系统15。

进一步的，变压吸附提氢机构8与氢气管10和解吸气管9之间均一体定位连接，氢气管10与氢气出气口12之间一体连接，解吸气管9与解吸气出气口11之间一体连接，转化反应器4的输出端通过反应回流管17与换热器3的输入端连接，分离器6的输出端通过冷凝液管16与甲醇脱盐水箱2的输入端连接。

进一步的，制氢装置主体1的输入端与公用工程输入系统13、脱盐水输入系统14和导热油输入系统15的输出端一体连接。

进一步的，甲醇脱盐水箱2的输出端与换热器3的输入端连接，换热器3的输出端与汽化过热器5和冷却箱7的输入端连接，汽化过热器5的输出端与转化反应器4的输入端连接，冷却箱7的输出端与分离器6的输入端连接，分离器6的输出端与变压吸附提氢机构8的输入端连接。

工作原理：本实用新型包括制氢装置主体1、甲醇脱盐水箱2、换热器3、转化反应器4、汽化过热器5、分离器6、冷却箱7、变压吸附提氢机构8、解吸气管9、氢气管10、解吸气出气口11、氢气出气口12、公用工程输入系统13、脱盐水输入系统14、导热油输入系统15、冷凝液管16、反应回流管17，变压吸附是指当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。KCFQ氢提纯装置中的吸附主要为物理吸附，物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的，变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的。

工业KCFQ-H2装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量，正是吸附剂所具有的这种：吸附杂质组分的能力远强于吸附氢气能力的特性，使我们可以将混合气体中的氢气提纯。吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件，同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时，（弱吸附组分在吸附床死空间中残余量吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量吸附组分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附氢提纯装置中的吸附剂分离系数不宜小于3，另外，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾。一般而言，吸附越容易则解吸越困难。如对于C5、C6等强吸附质，就应选择吸附能力相对较弱的吸附剂如硅胶等，以使吸附容量适当而解吸较容易；而对于N2、O2、CO等弱吸附质，就应选择吸附能力相对较强的吸附剂如分子筛、CO专用吸附剂等，以使吸附容量更大、分离系数更高，此外，在吸附过程中，由于吸附床内压力是不断变化的，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性，在变压吸附氢提纯装置常用的几种吸附剂中，活性氧化铝类属于对水有强亲和力的固体，一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备，主要用于气体的干燥，硅胶类吸附剂属于一种合成的无定形二氧化硅，它是胶态二氧化硅球形粒子的刚性连续网络，一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备的，硅胶不仅对水有极强的亲和力，而且对烃类和CO2等组分也有较强的吸附能力，活性炭类吸附剂的特点是：其表面所具有的氧化物基团和无机物杂质使表面性质表现为弱极性或无极性，加上活性炭所具有的特别大的内表面积，使得活性炭成为一种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的广谱耐水型吸附剂，沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，属于强极性吸附剂，有着非常一致的孔径结构，和极强的吸附选择性。

对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层装填组成复合吸附床，才能达到分离所需产品组分的目的，吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，该动态平衡吸附量是一个定值，在压力高时，由于单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数多，因而压力越高动态平衡吸附容量也就越大；在温度高时，由于气体分子的动能大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小，用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二（一号、二号）等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (6)

1.一种甲醇裂解制氢装置，包括制氢装置主体（1），其特征在于：所述制氢装置主体（1）的内部定位安装有甲醇脱盐水箱（2）、换热器（3）、汽化过热器（5）、转化反应器（4）、冷却箱（7）、分离器（6）与变压吸附提氢机构（8），所述甲醇脱盐水箱（2）连接换热器（3）与分离器（6）的位置，所述换热器（3）连接汽化过热器（5）与冷却箱（7）的位置，所述冷却箱（7）连接分离器（6）的位置，所述分离器（6）连接变压吸附提氢机构（8）的位置，所述汽化过热器（5）连接转化反应器（4）的位置，所述转化反应器（4）连接换热器（3）的位置。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于：所述变压吸附提氢机构（8）上连接有氢气管（10）与解吸气管（9），所述氢气管（10）连接有氢气出气口（12），所述解吸气管（9）连接有解吸气出气口（11），所述甲醇脱盐水箱（2）与分离器（6）之间连接有冷凝液管（16），所述转化反应器（4）与换热器（3）之间连接有反应回流管（17）。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于：所述制氢装置主体（1）外侧连接有公用工程输入系统（13）、脱盐水输入系统（14）与导热油输入系统（15）。

4.根据权利要求2所述的一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于：所述变压吸附提氢机构（8）与氢气管（10）和解吸气管（9）之间均一体定位连接，所述氢气管（10）与氢气出气口（12）之间一体连接，所述解吸气管（9）与解吸气出气口（11）之间一体连接，所述转化反应器（4）的输出端通过反应回流管（17）与换热器（3）的输入端连接，所述分离器（6）的输出端通过冷凝液管（16）与甲醇脱盐水箱（2）的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于：所述制氢装置主体（1）的输入端与公用工程输入系统（13）、脱盐水输入系统（14）和导热油输入系统（15）的输出端一体连接。

6.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于：所述甲醇脱盐水箱（2）的输出端与换热器（3）的输入端连接，所述换热器（3）的输出端与汽化过热器（5）和冷却箱（7）的输入端连接，所述汽化过热器（5）的输出端与转化反应器（4）的输入端连接，所述冷却箱（7）的输出端与分离器（6）的输入端连接，所述分离器（6）的输出端与变压吸附提氢机构（8）的输入端连接。

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