甲醇制氣工藝及設備的製作方法

2023-09-20 20:37:20

專利名稱：甲醇制氣工藝及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及化工領域的一種氣體的製備方法及設備，具體為甲醇制氣工藝及設備。
背景技術：
傳統的制氫工藝為電解制氫，用這種方法生產氫氣需要消耗很大的電能，而且電解法得到的氫氣壓力較低，不能直接與用戶的管網連接，還需配備昂貴的氫氣增壓設備。隨著本領域技術的不斷發展，人們開始用甲醇作原料製備氫，甲醇作原料製備氫具有節約能源、成本較低、氫氣純度較高等優點。但在現有工藝過程中，存在以下缺點1、在配料過程中，甲醇和去離子水分別直接泵入混配罐，然後開啟混料泵或氣體攪拌裝置，不斷地在混配罐內進行攪拌，這樣，會有甲醇蒸汽不斷溢出，而且上述過程都是由人工現場操作，不可避免地會呼吸到甲醇蒸汽，也不可避免地會接觸到甲醇液體，嚴重影響工人身體健康，且由人工現場操作，工人勞動強度大；2、甲醇與水反應後的生成氣體中會含有一定量的甲酸，該甲酸可能是由甲醇帶入，也可能是由副反應產生，當甲酸的累積量達到一定程度並冷凝(100℃以下)後，其冷凝液會對設備造成嚴重腐蝕。目前，有兩種方法去除甲酸，一是酸鹼中和法，即加入過量的鹼液以中和甲酸，這種方法避免了酸腐蝕，又帶來了熱鹼腐蝕；二是脫酸劑法，該脫酸劑為固體吸附劑，吸附量有限，不適合大氣量使用，而且脫酸劑需定期更換，不僅成本較高，而且影響生產的正常進行；3、在甲醇制氫工藝中，催化劑性能的好壞決定整個工藝的先進與否，現有的一些工藝中的催化劑是以Cu、Zn、Cr為主要成分，不僅催化劑的還原溫度較高，一般在180-250℃，而且其中Cr在製作和使用過程中會引起環境汙染，使人鼻隔膜穿孔。

發明內容
本發明為了解決現有甲醇制氣工藝存在原料混配人工現場操、自動化程度較低、甲酸處理方法不當以及催化劑還原溫度高等問題，提供一種甲醇制氣工藝及設備。
本發明是採用如下技術方案實現的一種甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例混合後導入混配罐，經計量後進入熱交換器，和反應後的重整氣進行熱交換，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器內，在反應器內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器出來的重整氣進入熱交換器和原料進行換熱，換熱後進入水冷器進一步降溫，然後經脫水後用變壓吸附法進行純化，所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅40-60％ 鋅25-45％ 鋁10-15％ 鉀4-5％。
所述的熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸溶液由甲酸收集罐自動收集，由於熱交換器和水冷器出口的溫度通常都在甲酸的液化溫度以下，所以採用自然冷凝、然後依靠重力收集的方法去除重整氣內的甲酸。
本發明所述的甲醇與水的比例、反應溫度以及反應壓力為現有公知技術，是本領域的普通技術人員所熟知的。本發明在具體實施時，選用甲醇與水的比例為1∶0.7-1，反應溫度為180℃-320℃，壓力為0.8-2.0Mpa。在甲醇重整反應過程中，利用上述催化劑及反應條件所得到的重整氣經變壓吸附法脫除雜質後，可獲得純度為99.5％-99.9995％的氫氣和純度為99-99.99％的二氧化碳氣體，反應過程中所需要的熱量由導熱油提供。
完成上述甲醇制氣工藝的設備，包括含有混配罐的自動配料裝置、與混配罐相連的熱交換器以及與熱交換器相連的水冷器，還包含甲酸收集罐，甲酸收集罐上方分別通過管道與水冷器、熱交換器底部相連，甲酸收集罐下方設有廢液排放管，廢液排放管上安裝有氣動閥；甲酸收集罐上還設置由控制單元操縱的液位傳感器，控制單元的輸入端與液位傳感器連接，輸出端與氣動閥連接。所述的控制單元、液位傳感器，氣動閥的結構以及三者之間的工作原理是本領域的普通技術人員熟知的。在本發明所述的技術方案中，由熱交換器和水冷器冷凝下來的甲酸溶液由管道流入甲酸收集罐內，當罐內液位達到上限設定值時，液位傳感器將液位信號輸入控制單元，然後控制單元將輸出信號傳給廢液排放管上的氣動閥，氣動閥打開，罐內的甲酸溶液開始排放；當罐內的液位下降到下限設定值時，在控制單元的作用下氣動閥關閉，實現了甲酸的收集與自動排放。
上述自動配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲罐以及分別與原料儲罐相連的甲醇泵和去離子水泵，兩泵分別通過甲醇輸送管和去離子水輸送管與混配罐連通。甲醇輸送管和去離子水輸送管上設置物料中間混合器，甲醇輸送管與物料中間混合器的上方連接，去離子水輸送管與物料中間混合器的下方連接。在配料過程中，兩種物料分別在泵的衝擊力的作用下，先進入體積較小的物料中間混合器內，而且考慮到兩種物料的比重差異，將甲醇由物料中間混合器的上方導入，而去離子水由其下方導入，以使兩者充分混合。
所述的混配罐上設置由控制單元操縱的液位傳感器，控制單元的輸入端與液位傳感器連接，輸出端分別與甲醇泵和去離子水泵連接，當混配罐的液位低於下限設定值時，液位傳感器將信號輸送給控制單元，然後控制單元將輸出信號傳給甲醇泵和去離子水泵，將兩者打開，使得甲醇和去離子水以一定比例混合；當混配罐內的液位達到上限設定值時，在控制單元的作用下自動關閉甲醇泵和去離子水泵。所述的控制單元、液位傳感器的結構以及如何根據液位的高低來控制兩個泵的開啟是本領域的普通技術人員很容易實現的。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1、採用Cu、Zn、Al、K為催化劑，在製作和使用過程中不會引起環境汙染，而且在工藝上還原溫度較低(150-180℃)，且該催化劑壽命較長(3-5年)；2、在配料工序中，本發明採用在混配罐上安裝由控制單元操縱的液位傳感器，工作過程中無需工人值守，實現自動化配料，大大減輕了工人勞動強度，保證了工人的身心健康，而且甲醇和去離子水在泵的衝擊力的作用下，在體積較小的物料中間混合器內混合均勻，不會分層；3、將熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸溶液收集到甲酸收集罐內，而且通過由控制單元控制的液位傳感器、氣動閥實現了甲酸溶液的自動排放，大大降低了甲酸對設備的腐蝕，延長了設備的使用壽命，總之，本發明工藝先進，實現了自動化生產，而且結構簡單，設備造價較低，可廣泛應用於甲醇制氣行業。


圖1為本發明配料工序的工藝流程2為本發明反應過程的工藝流程3為圖2中甲酸收集罐的結構示意中1-混配罐 2-熱交換器 3-反應器 4-水冷器 5-甲酸收集罐 6-廢液排放管 7-氣動閥 8-控制單元 9-液位傳感器 10-原料儲罐 11-甲醇泵12-去離子水泵 13-甲醇輸送管 14-去離子水輸送管 15-物料中間混合器16-氣化過熱器 17-洗滌塔 18-計量泵 19-分離器 20-冷幹機 21-緩衝罐22-控制單元 23-液位傳感器具體實施方式
實施例1甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導入混配罐1，經計量泵18計量後進入熱交換器2，和反應後的重整氣進行熱交換，換熱後的甲醇水蒸氣進入氣化過熱器16進行進一步加熱，使其達到反應溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導熱油提供，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器3內，在反應器3內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱後進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫後的氣體進入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應的微量甲醇(洗滌後的去離子水用於配料)，再經氣液分離器19、冷幹機20脫除氣體裡的水分，得到乾燥的氫氣和二氧化碳，乾燥的重整氣經過變壓吸附分離氫和二氧化碳，所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅40％、鋅45％、鋁10％、鉀5％，所述的反應溫度為230℃，壓力為0.8Mpa，所述的熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸溶液由甲酸收集罐自動收集。
完成上述工藝所用的設備，包括含有混配罐1的配料裝置、與混配罐1相連的熱交換器2以及與熱交換器2相連的水冷器4，還包含甲酸收集罐5，甲酸收集罐5上方分別通過管道與水冷器4、熱交換器2底部相連，甲酸收集罐5下方設有廢液排放管6，廢液排放管6上安裝有氣動閥7；甲酸收集罐5上還設置由控制單元22操縱的液位傳感器23，控制單元22的輸入端與液位傳感器23連接，輸出端與氣動閥7連接；上述配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲罐10以及分別與原料儲罐10相連的甲醇泵11和去離子水泵12，兩泵分別通過甲醇輸送管13和去離子水輸送管14與混配罐1連通，甲醇輸送管13和去離子水輸送管14上設置物料中間混合器15，甲醇輸送管13與物料中間混合器15的上方連接，去離子水輸送管14與物料中間混合器15的下方連接；混配罐1上設置由控制單元8操縱的液位傳感器9，控制單元8的輸入端與液位傳感器9連接，輸出端分別與甲醇泵11和去離子水泵12連接。
實施例2甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導入混配罐1，經計量泵18計量後進入熱交換器2，和反應後的重整氣進行熱交換，換熱後的甲醇水蒸氣進入氣化過熱器16進行進一步加熱，使其達到反應溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導熱油提供，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器3內，在反應器3內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱後進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫後的氣體進入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應的微量甲醇(洗滌後的去離子水用於配料)，再經氣液分離器19、冷幹機20脫除氣體裡的水分，得到乾燥的氫氣和二氧化碳，乾燥的重整氣經過變壓吸附分離氫和二氧化碳，所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅55％、鋅25％、鋁15％、鉀5％，所述的反應溫度為320℃，壓力為2.0Mpa，所述的熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動收集。
甲醇制氣的設備如上所述。
實施例3甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導入混配罐1，經計量泵18計量後進入熱交換器2，和反應後的重整氣進行熱交換，換熱後的甲醇水蒸氣進入氣化過熱器16進行進一步加熱，使其達到反應溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導熱油提供，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器3內，在反應器3內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱後進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫後的氣體進入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應的微量甲醇(洗滌後的去離子水用於配料)，再經氣液分離器19、冷幹機20脫除氣體裡的水分，得到乾燥的氫氣和二氧化碳，乾燥的重整氣經過變壓吸附分離氫和二氧化碳，所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅50％、鋅35％、鋁11％、鉀4％，所述的反應溫度為280℃，壓力為1.0Mpa，所述的熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動收集。
甲醇制氣的設備如上所述。
實施例4甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導入混配罐1，經計量泵8計量後進入熱交換器2，和反應後的重整氣進行熱交換，換熱後的甲醇水蒸氣進入氣化過熱器16進行進一步加熱，使其達到反應溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導熱油提供，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器3內，在反應器3內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱後進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫後的氣體進入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應的微量甲醇(洗滌後的去離子水用於配料)，再經氣液分離器19、冷幹機20脫除氣體裡的水分，得到乾燥的氫氣和二氧化碳，乾燥的重整氣經過變壓吸附分離氫和二氧化碳，所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅44％、鋅40％、鋁12％、鉀4％，所述的反應溫度為300℃，壓力為1.5Mpa，所述的熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動收集。
甲醇制氣的設備如上所述。
權利要求
1.一種甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導入混配罐(1)，經計量後進入熱交換器(2)，和反應後的重整氣進行熱交換，然後汽化後的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應器(3)內，在反應器(3)內進行裂解、變換反應以得到氫和二氧化碳，由反應器(3)出來的重整氣進入熱交換器(2)和原料進行換熱，換熱後進入水冷器(4)進一步降溫，然後經脫水後用變壓吸附法進行純化，其特徵是所述的催化劑由下列重量百分比的原料製成銅40-60％ 鋅25-45％ 鋁10-15％ 鉀4-5％。
2.根據權利要求1所述的甲醇制氣工藝，其特徵是熱交換器(2)和水冷器(4)出口冷凝下來的甲酸溶液由甲酸收集罐(5)自動收集。
3.完成如權利要求1或2所述的甲醇制氣工藝的設備，包括含有混配罐(1)的配料裝置、與混配罐(1)相連的熱交換器(2)以及與熱交換器(2)相連的水冷器(4)，其特徵是還包含甲酸收集罐(5)，甲酸收集罐(5)上方分別通過管道與水冷器(4)、熱交換器(2)出口相連，甲酸收集罐(5)下方設有廢液排放管(6)，廢液排放管(6)上安裝有氣動閥(7)；甲酸收集罐(5)上還設置由控制單元(22)操縱的液位傳感器(23)，控制單元(22)的輸入端與液位傳感器(23)連接，輸出端與氣動閥(7)連接。
4.根據權利要求3所述的完成甲醇制氣工藝的設備，其中配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲罐(10)以及分別與原料儲罐(10)相連的甲醇泵(11)和去離子水泵(12)，兩泵分別通過甲醇輸送管(13)和去離子水輸送管(14)與混配罐(1)連通，其特徵是甲醇輸送管(13)和去離子水輸送管(14)上設置物料中間混合器(15)，甲醇輸送管(13)與物料中間混合器(15)的上方連接，去離子水輸送管(14)與物料中間混合器(15)的下方連接。
5.根據權利要求4所述的完成甲醇制氣工藝的設備，其特徵是混配罐(1)上設置由控制單元(8)操縱的液位傳感器(9)，控制單元(8)的輸入端與液位傳感器(9)連接，輸出端分別與甲醇泵(11)和去離子水泵(12)連接。
全文摘要
本發明涉及化工領域的一種氣體的製備方法及設備，具體為甲醇制氣工藝及設備，解決現有甲醇制氣工藝存在原料混配人工現場操、自動化程度較低、甲酸處理方法不當以及催化劑還原溫度高等問題，本發明所述工藝上的發明點主要是催化劑由銅40－60％、鋅25－45％、鋁10－15％、鉀4－5％製成，在製作和使用過程中不會引起環境汙染，還原溫度較低，壽命較長。在設備方面，將熱交換器和水冷器內冷凝下來的甲酸溶液收集到甲酸收集罐內，通過由控制單元控制的液位傳感器、氣動閥實現了甲酸溶液的自動排放，大大降低了甲酸對設備的腐蝕，在配料工序中，混配罐上安裝由控制單元操縱的液位傳感器，工作過程中無需工人值守，實現自動化配料，大大減輕了工人勞動強度。
文檔編號B01J23/78GK101041418SQ20071006176
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者張紅旗, 姬偉 申請人:太原市華泰威工程設備有限公司