CN221580576U - 一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统 - Google Patents
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Abstract
一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，包括甲醇蒸汽重整单元，其包括重整反应器与PSA提氢装置，PSA提氢装置连通有副产解吸气出管；回热氧化单元，其包括尾气氧化炉和导热油供热回路，尾气氧化炉与副产解吸气出管连通，导热油供热回路依次连通对流换热器冷侧管路和重整反应器，对流换热器的热侧管路串接至尾气氧化炉的排烟管路上，对流换热器的冷侧出口连通重整反应器，用于向重整反应器供热至重整反应所需温度。本申请采用尾气氧化炉，通过热氧化法以甲醇为燃料，将可燃的副产解吸气氧化分解，尾气氧化炉烟气与循环导热油对流传热，把导热油加热到重整反应器需要的指定温度为反应供热，提高装置安全可靠性，减少环境污染和能源浪费。
Description
技术领域
本实用新型属于甲醇制氢技术领域，涉及一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统。
背景技术
甲醇制氢是指以甲醇、水蒸汽在一定的温度、压力下通过催化剂催化作用发生甲醇裂解反应和一氧化碳变换反应，生成氢气和二氧化碳。是一个多组分、多反应的气固催化反应系统。反应如下：
CH3OH→CO+2H2-90.8KJ/mol
CO+H2O→CO2+H2+43.5KJ/mol
裂解反应是强吸热反应，变换反应是放热反应，反应器内整个反应过程是吸热的，需要加热的装置有汽化器和甲醇分解反应器。反应过程中需要的热量通常由导热油系统供热，采用循环导热油对反应器进行加热，温度一般在250℃左右。但导热油系统需要配备高温油泵、膨胀槽、导热油炉等设备，系统复杂，不利于集成，造价高，并属于明火设备，参考GB50160-2018表5.2.1，明火设备与反应装置有间距要求，故装置占地和投资都较大。
另外甲醇制氢工艺中，得到的氢气夹杂着多种杂质气体，工艺上通常是采用变压吸附技术对氢气进行提纯，目前PSA单元对氢气进行提纯的同时，会将副产解吸气(含有二氧化碳、氢气、少量甲醇和一氧化碳)直接放空至大气中，造成环境的污染和资源的浪费。
实用新型内容
针对甲醇制氢装置PSA提氢单元副产解吸气排放大气、导热油炉系统复杂庞大的问题，本实用新型的目的在于提供一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，采用尾气氧化炉，通过热氧化法以甲醇为燃料，将可燃的副产解吸气氧化分解，尾气氧化炉烟气与循环导热油对流传热，把导热油加热到重整反应器需要的指定温度为反应供热，提高装置安全可靠性，减少环境污染和能源浪费。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，包括：
甲醇蒸汽重整单元，其包括重整反应器与PSA提氢装置，所述PSA提氢装置连通有副产解吸气出管；
回热氧化单元，其包括尾气氧化炉和导热油供热回路，所述尾气氧化炉与所述副产解吸气出管连通，所述导热油供热回路依次连通对流换热器冷侧管路和所述重整反应器，所述对流换热器的热侧管路串接至尾气氧化炉的排烟管路上，所述对流换热器的冷侧出口连通所述重整反应器，用于向重整反应器供热至重整反应所需温度。
一些技术方案中，所述尾气氧化炉的排烟管路连通空气预热器的热侧管路，所述空气预热器的冷侧入口与空气源连通，且冷侧出口连接至所述尾气氧化炉。
一些技术方案中，所述尾气氧化炉的排烟管路出口分为两路，一路回连至尾气氧化炉形成助燃空气支路，所述助燃空气支路上布设有热风循环鼓风机；另一路连通至烟囱。
一些技术方案中，所述导热油供热回路连通有原料汽化器，所述原料汽化器的热侧连通重整反应器的导热油出口与对流换热器冷侧入口之间的连接管路，所述重整反应器连通有原料进管，所述原料汽化器的冷侧连通所述原料进管。
一些技术方案中，所述原料汽化器的热侧出口与对流换热器冷侧入口之间的管路上设置油气分离器。
一些技术方案中，所述甲醇蒸汽重整单元还包括原料预热器，所述重整反应器连通有反应气出管，所述原料预热器的热侧与所述反应气出管连通，所述原料进管顺次连通所述原料预热器的冷侧与原料汽化器的冷侧。
一些技术方案中，所述甲醇蒸汽重整单元还包括串接至所述重整反应器与PSA提氢装置之间管路上的分离器，所述分离器的液相出口回连至原料缓冲罐，所述原料缓冲罐设于重整反应器的进料管路上。
一些技术方案中，所述甲醇蒸汽重整单元还包括串接至所述重整反应器与分离器之间管路上的冷却器。
一些技术方案中，所述重整反应器连通有原料进管，所述原料进管上设置原料缓冲罐，所述原料缓冲罐的入口端设置供液支路，所述供液支路一端与甲醇入口连通，另一端连接至所述尾气氧化炉。
一些技术方案中，甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系为撬装设备。
本实用新型采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
1.本实用新型提出的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，通过增设尾气氧化炉，解决了副产解吸气排放问题，减少环境污染、安全隐患和能源浪费；
2.本实用新型提出的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，采用尾气氧化炉烟气作为热源，对流加热循环导热油，由于尾气氧化炉不作为明火设备处理，可以不按照GB50160-2018表5.2.1执行，因此能有效收缩占地面积；
3.本实用新型提出的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，经尾气氧化炉烟气换热的导热油用于提供重整反应器和原料汽化器所需的热量；
4.本实用新型提出的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，尾气氧化炉排放的烟气还能够预热进入尾气氧化炉的空气，同时，一部分烟气还可经过热风循环鼓风机作为助燃空气循环至尾气氧化炉中；
5.本实用新型提出的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，采用撬装设备，结构紧凑，节约空间，大大的减少占地面积，并且拆迁方便，节约成本。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图及其标记作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本实用新型实施例所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统的结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
11—原料缓冲罐，12—原料泵，13—原料预热器，14—原料汽化器，15—重整反应器，16—冷却器，17—分离器，18—PSA提氢装置；
21—尾气氧化炉，22—对流换热器，23—空气预热器，24—空气鼓风机，25—热风循环鼓风机，26—烟囱，27—油气分离器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在本文中，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。
根据本发明的一个具体实施例，请参阅图1，示出一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，包括甲醇蒸汽重整单元与回热氧化单元，该甲醇蒸汽重整单元包括重整反应器15与PSA提氢装置18，其中，PSA提氢装置18连通有副产解吸气出管；该回热氧化单元包括尾气氧化炉21和导热油供热回路，尾气氧化炉21与副产解吸气出管连通，导热油供热回路依次连通对流换热器22冷侧管路和重整反应器15，对流换热器22的热侧管路串接至尾气氧化炉21的排烟管路上，对流换热器22的冷侧出口连通重整反应器15，用于向重整反应器15供热至重整反应所需温度。
该实施方式中，由甲醇蒸汽重整单元产出的副产解吸气避免直接排放至大气中对环境造成污染，而是将副产解吸气引入尾气氧化炉21中充分燃烧，并将燃烧形成的烟气与导热油进行对流换热，回收氧化热，且避免了明火设备，有效减少投资和占地面积，经烟气换热的导热油用于向重整反应器15供热至重整反应所需温度。本申请的副产解吸气资源化利用系统设计新颖，通过对副产解吸气氧化燃烧与热能回用，以充分利用余能，并能解决导热油布局局限性，显著降低甲醇制氢工艺生产成本。
上述实施例中，重整反应器15连接有原料进管和反应气出管，该原料进管连通原料泵12与原料缓冲罐11，原料缓冲罐11的入口端设有两路并联流股，一路连通甲醇入口，另一路连通除盐水入口；该反应气出管连通原料预热器13的热侧，原料预热器13的冷侧与原料进管连通。
进一步的，原料进管顺次连通原料预热器13的冷侧与原料汽化器14的冷侧，原料汽化器14的热侧连通重整反应器15的导热油出口与对流换热器22冷侧入口之间的连接管路。
该实施方式中，先是通过重整反应器15产出的反应气预热原料，再是通过与导热油换热汽化原料，一方面，可回收反应气余能，另一方面，还可缩短导热油汽化原料的时间，提高汽化效率，使甲醇蒸汽重整反应连续进行，进一步提高重整反应转化效率。
上述实施例中，甲醇蒸汽重整单元还包括串接至重整反应器15与PSA提氢装置18之间管路上的冷却器16和分离器17，其中，冷却器16用于将反应气与循环水换热冷却至40℃，冷却后的反应气进入分离器17，分离器17的液相出口回连至原料缓冲罐11，且气相出口进入PSA提氢装置18。
该实施方式中，通过将反应气依次冷却和分离，并将未反应完全的液体返回原料缓冲罐11与原料混合，进入后续甲醇蒸汽重整制氢流程，实现原料资源的节约。
上述PSA提氢装置18的出口分设两路，一路输出产品气，另一路向尾气燃烧炉中导引副产解吸气，原料缓冲罐11的入口端设置供液支路，供液支路一端与甲醇入口连通，另一端连接至尾气氧化炉21，向尾气氧化炉21中供应燃料甲醇；尾气氧化炉21的排烟管路连通空气预热器23的热侧管路，空气预热器23的冷侧入口与空气鼓风机24连通，且冷侧出口连接至尾气氧化炉21。
该实施方式中，进一步利用烟气余热预热空气，使烟气余能彻底完全回用。
在一具体的实施方式中，尾气氧化炉21的排烟管路出口分为两路，一路回连至尾气氧化炉21形成助燃空气支路，助燃空气支路上布设有热风循环鼓风机25；另一路连通至烟囱26进行外排。此时，经充分氧化处理后外排的烟气避免了对环境的污染，更具环境友好性。
上述实施例中，导热油供热回路上还设置油气分离器27，该油气分离器27较佳的设于原料汽化器14的热侧出口与对流换热器22冷侧入口之间。
较佳的，本申请采用撬装设备，结构紧凑，节约空间，大大的减少占地面积，并且拆迁方便，节约成本。
本申请采用尾气氧化炉21，通过热氧化法以甲醇为燃料，将可燃的副产解吸气氧化分解，尾气氧化炉21烟气与循环导热油对流传热，把导热油加热到重整反应器15需要的指定温度为反应供热，提高装置安全可靠性，减少环境污染和能源浪费。
并进一步的将氧化烟气与空气换热，充分利用余热，以及利用导热油汽化原料，再进一步利用余能，工艺流畅，操作简单，设备紧凑，成本节约，且制氢效率显著提升。
为了对本申请的技术方案及其技术效果有清晰的认识，现详述阐述本甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统的工艺流程：
甲醇原料和除盐水按照一定比例进入原料缓冲罐11混合，经原料泵12加压后送入原料预热器13与反应气换热升温，升温后的甲醇水溶液随后进入原料汽化器14，用高温循环导热油进行加热汽化至反应温度，汽化后的甲醇、水蒸汽进入重整反应器15，在催化剂的作用下进行裂解和变换反应，裂解反应是强吸热反应，变换反应是放热反应，重整反应器15内整个反应过程是吸热的，重整反应器15和原料汽化器所需的热量由循环导热油提供。
从重整反应器15出来的反应气在与反应进料进行换热后，进入冷却器16冷却至40℃，再经过分离器17分离，反应气送PSA提氢装置18，分离器17中未反应完全的液体返回原料缓冲罐与原料混合。反应气经PSA提氢装置18提纯产品氢气出装置，副产解吸气进入尾气氧化炉21中。
循环导热油经油气分离器27分离，由导热油循环泵增压后进入对流换热器22与烟气对流进行热传导，把导热油加热到重整反应器15需要的指定温度为反应供热。
尾气氧化炉21以甲醇为燃料燃烧，将来自PSA提氢装置18副产的可燃解吸气氧化分解，产生的烟气与系统中循环的导热油换热并进入空气预热器23与进尾气氧化炉21的空气进行换热，之后一部分经过热风循环鼓风机25作为助燃空气循环至尾气氧化炉21中，一部分通过烟囱26排放至大气。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，包括：
甲醇蒸汽重整单元，其包括重整反应器与PSA提氢装置，所述PSA提氢装置连通有副产解吸气出管；
回热氧化单元，其包括尾气氧化炉和导热油供热回路，所述尾气氧化炉与所述副产解吸气出管连通，所述导热油供热回路依次连通对流换热器冷侧管路和所述重整反应器，所述对流换热器的热侧管路串接至尾气氧化炉的排烟管路上，所述对流换热器的冷侧出口连通所述重整反应器，用于向重整反应器供热至重整反应所需温度。
2.根据权利要求1所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述尾气氧化炉的排烟管路连通空气预热器的热侧管路，所述空气预热器的冷侧入口与空气源连通，且冷侧出口连接至所述尾气氧化炉。
3.根据权利要求1或2所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述尾气氧化炉的排烟管路出口分为两路，一路回连至尾气氧化炉形成助燃空气支路，所述助燃空气支路上布设有热风循环鼓风机；另一路连通至烟囱。
4.根据权利要求1所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述导热油供热回路连通有原料汽化器，所述原料汽化器的热侧连通重整反应器的导热油出口与对流换热器冷侧入口之间的连接管路，所述重整反应器连通有原料进管，所述原料汽化器的冷侧连通所述原料进管。
5.根据权利要求4所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述原料汽化器的热侧出口与对流换热器冷侧入口之间的管路上设置油气分离器。
6.根据权利要求4所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述甲醇蒸汽重整单元还包括原料预热器，所述重整反应器连通有反应气出管，所述原料预热器的热侧与所述反应气出管连通，所述原料进管顺次连通所述原料预热器的冷侧与原料汽化器的冷侧。
7.根据权利要求1所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述甲醇蒸汽重整单元还包括串接至所述重整反应器与PSA提氢装置之间管路上的分离器，所述分离器的液相出口回连至原料缓冲罐，所述原料缓冲罐设于重整反应器的进料管路上。
8.根据权利要求7所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述甲醇蒸汽重整单元还包括串接至所述重整反应器与分离器之间管路上的冷却器。
9.根据权利要求1所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
所述重整反应器连通有原料进管，所述原料进管上设置原料缓冲罐，所述原料缓冲罐的入口端设置供液支路，所述供液支路一端与甲醇入口连通，另一端连接至所述尾气氧化炉。
10.根据权利要求1所述的甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系统，其特征在于，
甲醇制氢副产解吸气的资源化利用系为撬装设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |