甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫和二氧化碳技術(shù)。

外文名

Methanol Decomposition to Hydrogen

適用領(lǐng)域

化工

所屬學(xué)科

應(yīng)用化學(xué)專業(yè)

簡(jiǎn)介

甲醇裂解制氫：氫氣在工業(yè)上有著廣泛的用途。近年來(lái)，由于精細(xì)化工、蒽醌法制雙氧水、粉末冶金、油脂加氫、林業(yè)品和農(nóng)業(yè)品加氫、生物工程、石油煉制加氫及氫燃料清潔汽車等的迅速發(fā)展，對(duì)純氫需求量急速增加。

前言

對(duì)沒(méi)有方便氫源的地區(qū)，如果采用傳統(tǒng)的以石油類、天然氣或煤為原料造氣來(lái)分離制氫需龐大投資，“相當(dāng)于半個(gè)合成氨”，只適用于大規(guī)模用戶。對(duì)中小用戶電解水可方便制得氫氣，但能耗很大，每立方米氫氣耗電達(dá)～6度，且氫純度不理想，雜質(zhì)多，同時(shí)規(guī)模也受到限制，因此近年來(lái)許多原用電解水制氫的廠家紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，改用甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫新的工藝路線。

西南化工研究設(shè)計(jì)院研究開發(fā)的甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化配變壓吸附分離制氫技術(shù)為中小用戶提供了一條經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新工藝路線。第一套600Nm3/h制氫裝置于1993年7月在廣州金珠江化學(xué)有限公司首先投產(chǎn)開車，在得到純度99.99%氫氣同時(shí)還得到食品級(jí)二氧化碳，該技術(shù)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。此項(xiàng)目于93年獲得化工部?jī)?yōu)秀設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)、94年獲廣東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

工藝原理及其特點(diǎn)

本工藝以來(lái)源方便的甲醇和脫鹽水為原料，在220～280℃下，專用催化劑上催化轉(zhuǎn)化為組成為主要含氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化氣，其原理如下：

主反應(yīng)： CH3OH=CO+2H2 +90.7 KJ/mol

CO+H2O=CO2+H2 -41.2 KJ/mol

總反應(yīng)： CH3OH+H2O=CO2+3H2 +49.5 KJ/mol

副反應(yīng)： 2CH3OH=CH3OCH3+H2O -24.9 KJ/mol

CO+3H2=CH4+H2O -+206.3KJ/mol

上述反應(yīng)生成的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)冷卻、冷凝后其組成為

H2 73～74%

CO2 23～24.5%

CO ～1.0%

CH3OH 　300ppm

H2O 飽和

該轉(zhuǎn)化氣很容易用變壓吸附等技術(shù)分離提取純氫。

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用此技術(shù)的企業(yè)已近百家，通過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)轉(zhuǎn)證明，本工藝技術(shù)成熟、操作方便，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、無(wú)污染。

工藝技術(shù)特點(diǎn)

1.甲醇蒸汽在專用催化劑上裂解和轉(zhuǎn)化一步完成。

2.采用加壓操作，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化氣不需要進(jìn)一步加壓，即可直接送入變壓吸附分離裝置，降低了能耗。

3.與電解法相比，電耗下降90%以上，生產(chǎn)成本可下降40～50%，且氫氣純度高。與煤造氣相比則顯本工藝裝置簡(jiǎn)單，操作方便穩(wěn)定。煤造氣雖然原料費(fèi)用稍低，但流程長(zhǎng)投資大，且污染大，雜質(zhì)多，需脫硫凈化等，對(duì)中小規(guī)模裝置不適用。

4.專用催化劑具有活性高、選擇性好、使用溫度低，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

5.采用導(dǎo)熱油作為循環(huán)供熱載體，滿足了工藝要求，且投資少，能耗低，降低了操作費(fèi)用。

工藝過(guò)程

工藝流程如圖所示。

甲醇和脫鹽水按一定比例混合后經(jīng)換熱器預(yù)熱后送入汽化塔，汽化后的水甲醇蒸汽經(jīng)鍋熱器過(guò)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器在催化劑床層進(jìn)行催化裂解和變換反應(yīng)，產(chǎn)出轉(zhuǎn)化氣含約74%氫氣和24%二氧化碳，經(jīng)換熱、冷卻冷凝后進(jìn)入水洗吸收塔，塔釜收集未轉(zhuǎn)化完的甲醇和水供循環(huán)使用，塔頂氣送變壓吸附裝置提純。

根據(jù)對(duì)產(chǎn)品氣純度和微量雜質(zhì)組分的不同要求，采用四塔或四塔以上流程，純度可達(dá)到99.9～99.999%。設(shè)計(jì)處理能力為1500 Nm3/h轉(zhuǎn)化氣、純度為99.9%的變壓吸附裝置，其氫氣回收率可達(dá)90%以上。

轉(zhuǎn)化氣中二氧化碳可用變壓吸附裝置提純到食品級(jí)，用于飲料及酒類行業(yè)。這樣可大大降低生產(chǎn)成本。流程設(shè)置先經(jīng)變壓吸附裝置分離二氧化碳后，富含氫氣的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)加壓送入變壓吸附裝置提純。

甲醇裂解制氫