[Word]甲醇制氢气工艺原理默认分类 20
甲醇制氢气工艺原理默认分类 20
甲醇制氢气工艺原理默认分类 2009-03-03 11:17:04 阅读282 评论1 字号:大中小 订阅
甲醇制氢技术是以甲醇、脱盐水为主要原料,甲醇水蒸气在催化剂床层转化成主要含氢气和二氧化碳的转化气,该转化气再经变压吸附技术提纯得到纯度为99.99%的产品氢气的工艺技术。本技术分两部分即甲醇转化技术和变压吸附提纯技术。
甲醇和水的蒸汽在高于200?的温度条件下通过专用的催化剂床层会发生转化反应,生成化学比例的氢气和二氧化碳。其化学方程式如下:
CH3OH+ H2O ? CO2+3 H2,49.5 KJ/mol ?
转化反应的同时伴随有副产物 CO生成,经过对反应热力学和反应机理的研究,结果表明该转化反应是由两步反应完成的,即甲醇裂解反应和一氧化碳变换反应。其过程方程式如下:
CH3OH ? CO+2H2 ,90.7 KJ/mol ?
CO+H2O ? CO2+H2 ,41.2 KJ/mol ?
甲醇水蒸气转化反应为吸热反应。为节约能耗和物耗,需保证反应在高单程转化率和高选择性下进行,所以一般控制反应温度应高于230?,而反应的高选择性是由高选择性的专用催化剂和操作工艺参
数决定的。
甲醇水蒸汽转化反应为分子增加的反应,一般情况下加压不利于转化反应的正方向进行。由于变压吸附技术和后续用户对氢气压力要求,为节约气体压缩过程的电耗,转化气一般可在0.7,2.5MPa间。
没有参与反应的甲醇经冷却冷凝后部分随反应转化带出,利用甲醇和水的物理性质进行水洗回收其中的甲醇,既降低原料甲醇的消耗,又可以减少后续变压吸附装置吸附剂装填量,提高氢气的回收率。回收的甲醇在系统循环。
专用转化制氢催化剂是该转化工艺的核心,主要组分为氧化态的铜、锌、铝,活性组分为单质铜,在投料使用前进行还原活化,将氧化态的催化剂变为具有活性的单质铜。催化剂的还原过程以氢气为还原剂,氮气作为为载体和稀释剂。
在催化剂使用初期,催化剂的活性较高,可在较低的温度下进行反应。随着催化剂使用时间的延长,催化剂活性会逐渐下降,需逐渐提高反应温度以提高反应速度、保证甲醇的单程转化率和产气量。
二 装置规模:1000Nm3/h氢气,弹性范围50,110%。
三 装置产品氢气规格
名称 H2
(%) CO
mg/kg CO2
mg/kg 甲醇
mg/kg 甲烷
mg/kg 硫化物
mg/kg 水
含量 99.9~99.99% ? ?20 ?10 平衡 ?1 平衡
四 原料及公用工程用量
序号 名 称 规 格 单位 消耗
(每立方氢) 用量
(小时) 备注
1 甲醇 符合GB336-92一级品 Kg 0.58 580
2 脱盐水 符合锅炉用水要求 Kg 0.35 35
3 催化剂 专用 kg 0.00015 二年半换
4 电 380/220V,50HZ kwh 0.08 80
5 燃煤 优质煤 Kg 0.40 400
6 仪表空气 0.4~0.6mPa,?32? Nm3 0.07 70.0
7 循环冷却水 ?0.3mPa,?32? t 0.05 50.0
五 工艺
说明
甲醇和脱盐水按一定比例混合后经换热器E101预热后送入汽化塔T101,汽化后的水甲醇蒸汽经气体换热器E102换热、过热器E103过热,过热到反应温度的原料气进入转化器R101在催化剂床层进行甲醇水蒸气转化反应,高温转化气经气体换热器E102、换热器E101换热、冷却冷凝器E104后降低到40?以下进入水洗塔T102用脱盐水逆向吸收转化气中未反应的甲醇,吸收液返回系统循环参与反应,水洗后的转化气进入转化气缓冲罐V104缓冲后送入变压吸附装置提纯。
自甲醇水蒸汽转化工序送出的转化气进入2个正处于吸附状态的(T201A/B/C/D/E/F中的2个)吸附塔,除氢气外的其余杂质被吸附,弱吸附组分氢气则通过床层作为产品输出。其余4塔分别进行其他步骤(均压、逆放、抽真空、终充等)的操作,6个塔交替切换操作。原料气连续输入,产品气脉冲连续稳定输出。整个操作过程在环境温
(E1D)、均压降2(E2D)度下进行。每个吸附塔经过吸附(A)、均压降1
均压降3(E3D)、逆放(D)、抽真空(V)、均压升3(E3R)、均压升2(E2R)、均压升1(E1R)、终充(FR)等12个操作步骤,完成一个吸附周期。产品氢气经计量后送产品氢气缓冲罐。
PSA系统的解吸气来自吸附塔的逆放及抽真空阶段。从吸附器排出来的逆放气和由真空泵(P201A、B/C)抽出直接放空或送出系统。
变压吸附过程的12个步骤由PLC自动控制完成。当发生故障时,根据具体情况,可直接进行切换、4-1-2/V(4个吸附塔,1塔吸附,2次均压,抽真空解吸)的操作工艺。当故障排除后,又可恢复6-2-3/V
操作工艺。PSA系统的解吸气由逆放、抽真空步骤排除。从吸附器排除的逆放气放空管就地排放;由真空泵从吸附塔抽出的抽空气体也经放空管高空就地排放。
六 装置工艺设备
本装置工艺设备共计28台,其中非标设备约16台,定型设备共12台。非标设备在制造时所有钢材均应分别符合GB6654-96等技术条件。用于制造吸附器及中间罐的20R钢板,在制造前还需逐张经超声波探伤检验,按ZBJ74003-88的规定,合格级别按装配图或制造技术要求;本装置非标设备中的吸附塔为疲劳容器, 采用美国ASME标准和中国JB4732-95进行应力分析计算和设计。
罗茨鼓风机为开车初期催化剂还原时使用,不设备机。其余动力设备均设有一台备机,以备设备检修或设备运转故障时切换使用。
七 甲醇制氢装置设备
序号 设备名称 型号规格 材质 数量
(台) 总重(t)
1 汽化过热器 Ф600X5100, F=55m2, 不锈钢 1 3.80
3 转化反应 Ф1400X3000, 20R 1 15.00
4 水洗塔 Ф1400/400X6100, 不锈钢 1 3.50
5 循环液罐 Ф1700X2500,V=5.2M3, Q235 1 1.30
5 甲醇中间罐 Ф1700X2500,V=5.2M3, Q235 1 1.30
6 脱盐水罐 Ф1200X2100 V=2.1M3, Q235 1 0.50
7 储油罐 Ф1200X2100 V=2.1M3, Q235 1 0.50
8 膨胀罐 Ф800X2800 V=1.5M3, Q235 1 0.45
9 产品缓冲罐 Ф2000X6300,V=15M3, 16MnR 1 4.30
10 吸附塔 Ф800X6200 V=2.5M3, 20R 6 10.00
11 甲醇贮罐 V=100M3 Q235 1 17.00
12 甲醇输料泵 流量5.0m3/h出口气压0.4MPa 组合 2 1开1备
13 进料计量泵 流量1.5m3/h出口气压1.6MPa 组合 2 1开1备
14 进料计量泵 流量0.45m3/h出口气压1.6MPa 组合 2 1开1备
15 真空泵 气量540Nm3/h,极限压力3kPa 组合 3 2开1备
16 鼓风机 气量200Nm3/h,出口力0.05MPa 组合 1
17 换热器 板式换热器F=35m2 不锈钢 1
18 冷凝器 板式换热器F=55m2 不锈钢 1
19 合计 28
八 装置定员
本装置连续生产,操作人员按四班三运转编制。
定员: 管理、技术人员 2人
倒班工人 3×3,9人
维修人员 1人
本装置定员总共12人。