CN219971853U - 甲醇裂解制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种甲醇裂解制氢装置，包括：催化燃烧单元、裂解反应单元和循环风机；其中，催化燃烧单元被实施为通过催化燃烧反应以产生烟气，催化燃烧单元、裂解反应单元以及循环风机之间形成烟气循环通道。本实用新型的甲醇裂解制氢装置具有烟气循环通道，催化燃烧后的烟气在烟气循环通道中循环流动，具有温度波动范围小的特点，适合为裂解反应单元提供稳定的热能，有利于甲醇裂解反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种制氢装置，更特别地，涉及一种甲醇裂解制氢装置。
背景技术
甲醇裂解反应是指在催化剂作用下，甲醇和水裂解发生裂解变换反应，生成约75％H2和约24％CO2，另含极少量的CH4、CO。甲醇裂解反应需在一定的温度下进行，常用的甲醇裂解制氢装置的甲醇裂解反应器所需的热量一般由导热油或者蒸汽提供热量。但是，如果用蒸汽或者导热油加热，则需要额外提供高压蒸汽热源或者导热油系统及配套设备，整套装置设备繁多，且热效率不高。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种改进的甲醇裂解制氢装置。
一种甲醇裂解制氢装置，包括：催化燃烧单元、裂解反应单元和循环风机；其中，催化燃烧单元被实施为通过催化燃烧反应以产生烟气，催化燃烧单元、裂解反应单元以及循环风机之间形成烟气循环通道。
进一步地，还包括设置于烟气循环通道的汽化过热单元；其中，沿烟气循环通道，汽化过热单元位于催化燃烧单元的烟气出口端和裂解反应单元的烟气进口端之间。
进一步地，还包括空预器、助燃风机和烟道分支管路，烟道分支管路与烟气循环通道连通。空预器具有助燃空气输入端、助燃空气输出端、烟气输入端和烟气输出端。助燃风机与助燃空气输入端相连通，助燃空气输出端与催化燃烧单元相连通。烟道分支管路与烟气输入端相连通，进入空预器的烟气从烟气输出端排出。
优选地，沿烟气循环通道，循环风机设置于裂解反应单元的烟气出口端和催化燃烧单元的烟气进口端之间。
优选地，烟道分支管路连接至位于催化燃烧单元与循环风机之间的烟气循环通道。
进一步地，还包括燃料管路，催化燃烧单元具有燃料气入口端，燃料气入口端为催化燃烧单元的烟气进口端。燃料管路连接至位于催化燃烧单元与所述循环风机之间的烟气循环通道，烟道分支管路与烟气循环通道的连接位置比燃料管路与烟气循环通道的连接位置更靠近循环风机的烟气出口端。
进一步地，汽化过热单元和裂解反应单元之间的烟气循环通道上设有温度传感器。
本实用新型的特点及优点包括：
本实用新型提供的甲醇裂解制氢装置包括催化燃烧单元、裂解反应单元和循环风机，三者之间具有烟气循环通道，催化燃烧后的烟气在烟气循环通道中循环流动，具有温度波动范围小的特点，适合为裂解反应单元提供稳定的热能，有利于甲醇裂解反应。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型的甲醇裂解制氢装置的结构示意图。
附图标记说明：
100-甲醇裂解制氢装置；
101/102/103/104/106/107/108-管路，105-烟道分支管路，109-燃料管路；
10-催化燃烧单元，12-燃料气入口端，14-助燃空气入口端，22/32-烟气进口端，16/24/34-烟气出口端，20-裂解反应单元，26-混合气入口端，28-转化气出口端；
30-汽化过热单元，36-混合物入口端，38-混合气出口端；
40-空预器，42-烟气输入端，44-烟气输出端，46-助燃空气输入端，48-助燃空气输出端；
52-循环风机，54-助燃风机，56-温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
图1示出了本实用新型的甲醇裂解制氢装置100的结构示意图。甲醇裂解制氢装置100包括催化燃烧单元10、裂解反应单元20和循环风机52，三者之间具有流体连通通道。催化燃烧单元10通过催化燃烧反应产生烟气，该烟气为裂解反应单元20提供甲醇裂解反应所需的热能。循环风机52使烟气在流体连通通道中循环流动，因此，该流体连通通道也被称作烟气循环通道，烟气循环通道中流动的烟气称作循环烟气。其中，催化燃烧是指可燃物质在低温(200～400℃)下借助催化剂完全氧化，属于非明火燃烧。通过循环回到催化燃烧单元10的烟气与催化燃烧单元10新产生的烟气混合后形成循环的混合烟气，循环的混合烟气具有温度波动范围小的特点，适合为裂解反应单元20提供稳定的热能，有利于甲醇裂解反应。另外，烟气循环回到催化燃烧单元10，有利于稳定控制系统烟气温度，确保换热均匀。
催化燃烧单元10内部具有促进催化燃烧的催化剂，进入催化燃烧单元10内部的燃料和助燃空气在催化剂作用下发生催化燃烧生成H2O和CO2，同时释放大量热量。燃料可以是甲醇或解吸气。解吸气(offgas)是指转化气经变压吸附后分离出的气体，解吸气中含有CH4和CO，可用作燃料。常见的催化剂有贵金属类的铂、钯、钌等，非贵金属类的CuO、NiO、二氧化锰-氧化铜、Pt-Al2O3等。
具体地，继续参见图1，催化燃烧单元10设有燃料气入口端12、助燃空气入口端14和烟气出口端16。燃料从燃料气入口端12进入催化燃烧单元10，助燃空气从助燃空气入口端14进入催化燃烧单元10，燃料和助燃空气在催化剂作用下催化燃烧生成的烟气从烟气出口端16流出，从而进入烟气循环通道。在一些实施例中，助燃空气经过预热后再进入催化燃烧单元10，例如助燃空气先进入空预器40预热。
裂解反应单元20内部具有促进甲醇裂解反应的催化剂，进入裂解反应单元20内部的甲醇和水蒸气的混合气在催化剂作用下发生裂解反应生成H2、CO2、CO和CH4的混合气体(转化气、富氢气)，其中，CO和CH4仅占微量。常见的用于裂解反应的催化剂包括铜系、锌系、铬系等。循环的混合烟气进入裂解反应单元20，为裂解反应提供热能。甲醇裂解制氢装置100正常运行时，裂解反应单元20内的温度需保持在200℃～400℃之间。
具体地，继续参见图1，裂解反应单元20设有烟气进口端22、烟气出口端24、混合气入口端26和转化气出口端28。循环烟气从烟气进口端22进入裂解反应单元20，为裂解反应提供热能后，再从烟气出口端24流出。甲醇和水蒸气的混合气从混合气入口端26进入裂解反应单元20，在催化剂作用下生成转化气，该转化气从转化气出口端28流出。
催化燃烧单元10、裂解反应单元20和循环风机52两两之间分别设有管路，这些管路构成烟气循环通道。循环风机52使烟气在烟气循环通道中流动，例如，朝着单一的方向持续流动。通过调节循环风机52的风量，可改变烟气的温度。当风量增大时，烟气的温度降低；当风量减小时，烟气的温度升高。
具体地，循环烟气从催化燃烧单元10流出，经过裂解反应单元20后，流经循环风机52回到催化燃烧单元10，即沿烟气循环通道，循环风机52位于裂解反应单元20的烟气出口端和催化燃烧单元10的烟气进口端之间。循环风机52设置于裂解反应单元20的烟气出口侧，有利于减少系统烟气热能损失。循环风机52具有烟气进口端和烟气出口端。裂解反应单元20的烟气出口端24通过管路103连接至循环风机52的烟气进口端。循环风机52的烟气出口端通过管路104连接至催化燃烧单元10的燃料气入口端12，即通过循环回到催化燃烧单元10的烟气与燃料共用一个入口进入催化燃烧单元10，燃料气入口端12同时也是进入催化燃烧单元10的循环烟气进口端。烟气与燃料共用一个入口，有利于简化催化燃烧单元10的设计。具体地，燃料管路109连接至管路104，燃料从燃烧管路109进入，经管路104后进入催化燃烧单元10。可替代地，催化燃烧单元10还设有单独的循环烟气进口端，烟气从该循环烟气进口端进入催化燃烧单元10。
参见图1，甲醇裂解制氢装置100还包括设置于烟气循环通道的汽化过热单元30。汽化过热单元30用于使甲醇和水的混合物与烟气换热，甲醇和水的混合物吸收烟气的热量后形成甲醇和水蒸气的混合气。可替换地，汽化过热单元30还可使用其他热源进行换热。汽化过热单元30设有烟气进口端32、烟气出口端34、混合物输入端36及混合气输出端38。烟气从烟气进口端32流入汽化过热单元30，再从烟气出口端34流出；甲醇和水的混合物从混合物输入端36流入汽化过热单元30，再从混合气输出端38流出。
在一些实施例中，汽化过热单元30设置于裂解反应单元20和循环风机52之间的烟气循环通道，例如，设置于管路103上。在另一些实施例中，参见图1，汽化过热单元30设置于催化燃烧单元10和裂解反应单元20之间的烟气循环通道。具体地，催化燃烧单元10与汽化过热单元30之间设有管路101，管路101的一端连接至烟气出口端16，管路101的另一端连接至烟气进口端32。汽化过热单元30与裂解反应单元20之间设有管路102。管路102的一端连接至烟气出口端34，管路102的另一端连接至烟气进口端22。从催化燃烧单元10流出的烟气温度较高，烟气先与甲醇和水的混合物换热，有利于甲醇和水吸热后形成过热混合气，有利于后续反应。
汽化过热单元30与裂解反应单元20之间还设有管路106。管路106的一端连接至混合气输出端38，另一端连接至混合气入口端26。甲醇和水的混合物经汽化过热单元30加热形成甲醇和水蒸气的混合气后，再进入裂解反应单元20。
参见图1，甲醇裂解制氢装置100还包括空预器40，空预器40用于使助燃空气与烟气换热，助燃空气经预热后流入催化燃烧单元10。具体地，空预器40设有烟气输入端42、烟气输出端44、助燃空气输入端46和助燃空气输出端48。空预器40与烟气循环通道相连通且位于烟气循环通道之外，部分烟气从烟气输入端42流入空预器40，再从烟气输出端44排出进入大气。在一些实施例中，从循环风机52的烟气出口端流出的部分烟气流入空预器40中。具体地，空预器40通过烟道分支管路105与管路104相连通。烟道分支管路105的一端连接至烟气输入端42，另一端连接至管路104。优选地，沿烟气循环通道，烟道分支管路105与管路104的连接位置比燃料管路109与管路104的连接位置更靠近循环风机52的烟气出口端。也就是说，流出循环风机52的烟气被分为两部分，一部分流经管路104的部分管段后沿烟道分支管路105进入空预器40，另一部分流经管路104的整个管段后进入催化燃烧单元10。
空预器40和催化燃烧单元10之间设有管路108。具体地，管路108的一端连接至助燃空气输出端48，另一端连接至助燃空气入口端14。在一些实施例中，甲醇裂解制氢装置100包括助燃风机54，助燃风机54和空预器40之间设有管路107。具体地，助燃风机54具有空气入口端和空气出口端。管路107的一端连接至助燃风机54的空气出口端，另一端连接至助燃空气输入端46。助燃空气从助燃风机54的空气入口端进入，经助燃风机54升压后从管路107进入空预器40预热，经管路108进入催化燃烧单元10。
在一些实施例中，烟气循环通道设有温度传感器56，温度传感器56用于检测循环烟气的温度。优选地，温度传感器56设置于管路102，用于检测进入裂解反应单元20的循环烟气的温度。通过调节循环风机52的风量，可改变进入裂解反应单元20的循环烟气的温度。例如调节循环风机52的风量，使进入裂解反应单元20的循环烟气的温度控制在350℃～450℃。
本实用新型提供的甲醇裂解制氢装置100包括催化燃烧单元10、裂解反应单元20和循环风机52，三者之间具有烟气循环通道。首先，与非循环烟气和非催化燃烧相比，烟气在烟气循环通道中循环流动，具有温度波动范围小的特点，适合为裂解反应单元20提供稳定的热能，有利于甲醇裂解反应。其次，通过调节循环风机52的风量，可改变烟气的温度。另外，甲醇裂解制氢装置100直接由高温循环烟气对裂解反应单元20进行换热，能够大幅度的优化工艺流程，减少设备占地，可以撬块化设计甲醇制氢装置，方便运输。
以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (7)
1.一种甲醇裂解制氢装置，其特征在于，包括：催化燃烧单元、裂解反应单元和循环风机；其中，所述催化燃烧单元被实施为通过催化燃烧反应以产生烟气，所述催化燃烧单元、裂解反应单元以及循环风机之间形成烟气循环通道。
2.根据权利要求1所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，所述甲醇裂解制氢装置还包括设置于所述烟气循环通道的汽化过热单元；其中，沿所述烟气循环通道，所述汽化过热单元位于所述催化燃烧单元的烟气出口端和所述裂解反应单元的烟气进口端之间。
3.根据权利要求2所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，所述甲醇裂解制氢装置还包括空预器、助燃风机和烟道分支管路，所述烟道分支管路与所述烟气循环通道连通；
所述空预器具有助燃空气输入端、助燃空气输出端、烟气输入端和烟气输出端；
所述助燃风机与所述助燃空气输入端相连通，所述助燃空气输出端与所述催化燃烧单元相连通；
所述烟道分支管路与所述烟气输入端相连通，进入所述空预器的烟气从所述烟气输出端排出。
4.根据权利要求3所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，沿所述烟气循环通道，所述循环风机设置于所述裂解反应单元的烟气出口端和所述催化燃烧单元的烟气进口端之间。
5.根据权利要求4所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，所述烟道分支管路连接至位于所述催化燃烧单元与所述循环风机之间的烟气循环通道。
6.根据权利要求5所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，还包括燃料管路，所述催化燃烧单元具有燃料气入口端，所述燃料气入口端为所述催化燃烧单元的烟气进口端；所述燃料管路连接至位于所述催化燃烧单元与所述循环风机之间的烟气循环通道，所述烟道分支管路与所述烟气循环通道的连接位置比所述燃料管路与所述烟气循环通道的连接位置更靠近所述循环风机的烟气出口端。
7.根据权利要求2~6任一项所述的甲醇裂解制氢装置，其特征在于，所述汽化过热单元和所述裂解反应单元之间的烟气循环通道上设有温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |