專利名稱：甲醇制氣工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域的一種氣體的制備方法及設(shè)備，具體為甲醇制氣工藝及設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的制氫工藝為電解制氫，用這種方法生產(chǎn)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(wǎng)連接，還需配備昂貴的氫氣增壓設(shè)備。隨著本領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始用甲醇作原料制備氫，甲醇作原料制備氫具有節(jié)約能源、成本較低、氫氣純度較高等優(yōu)點(diǎn)。但在現(xiàn)有工藝過程中，存在以下缺點(diǎn)1、在配料過程中，甲醇和去離子水分別直接泵入混配罐，然后開啟混料泵或氣體攪拌裝置，不斷地在混配罐內(nèi)進(jìn)行攪拌，這樣，會(huì)有甲醇蒸汽不斷溢出，而且上述過程都是由人工現(xiàn)場(chǎng)操作，不可避免地會(huì)呼吸到甲醇蒸汽，也不可避免地會(huì)接觸到甲醇液體，嚴(yán)重影響工人身體健康，且由人工現(xiàn)場(chǎng)操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；2、甲醇與水反應(yīng)后的生成氣體中會(huì)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(yīng)產(chǎn)生，當(dāng)甲酸的累積量達(dá)到一定程度并冷凝(100℃以下)后，其冷凝液會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。目前，有兩種方法去除甲酸，一是酸堿中和法，即加入過量的堿液以中和甲酸，這種方法避免了酸腐蝕，又帶來了熱堿腐蝕；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(chǎn)的正常進(jìn)行；3、在甲醇制氫工藝中，催化劑性能的好壞決定整個(gè)工藝的先進(jìn)與否，現(xiàn)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在制作和使用過程中會(huì)引起環(huán)境污染，使人鼻隔膜穿孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有甲醇制氣工藝存在原料混配人工現(xiàn)場(chǎng)操、自動(dòng)化程度較低、甲酸處理方法不當(dāng)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(shè)備。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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后導(dǎo)入混配罐，經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入熱交換器，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器出來的重整氣進(jìn)入熱交換器和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器進(jìn)一步降溫，然后經(jīng)脫水后用變壓吸附法進(jìn)行純化，所述的催化劑由下列重量百分比的原料制成銅40-60％ 鋅25-45％ 鋁10-15％ 鉀4-5％。
所述的熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸溶液由甲酸收集罐自動(dòng)收集，由于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，所以采用自然冷凝、然后依靠重力收集的方法去除重整氣內(nèi)的甲酸。
本發(fā)明所述的甲醇與水的比例、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)壓力為現(xiàn)有公知技術(shù)，是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的。本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，選用甲醇與水的比例為1∶0.7-1，反應(yīng)溫度為180℃-320℃，壓力為0.8-2.0Mpa。在甲醇重整反應(yīng)過程中，利用上述催化劑及反應(yīng)條件所得到的重整氣經(jīng)變壓吸附法脫除雜質(zhì)后，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?xì)怏w，反應(yīng)過程中所需要的熱量由導(dǎo)熱油提供。
完成上述甲醇制氣工藝的設(shè)備，包括含有混配罐的自動(dòng)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(shè)有廢液排放管，廢液排放管上安裝有氣動(dòng)閥；甲酸收集罐上還設(shè)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(dòng)閥連接。所述的控制單元、液位傳感器，氣動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)以及三者之間的工作原理是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的。在本發(fā)明所述的技術(shù)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(nèi)，當(dāng)罐內(nèi)液位達(dá)到上限設(shè)定值時(shí)，液位傳感器將液位信號(hào)輸入控制單元，然后控制單元將輸出信號(hào)傳給廢液排放管上的氣動(dòng)閥，氣動(dòng)閥打開，罐內(nèi)的甲酸溶液開始排放；當(dāng)罐內(nèi)的液位下降到下限設(shè)定值時(shí)，在控制單元的作用下氣動(dòng)閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了甲酸的收集與自動(dòng)排放。
上述自動(dòng)配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲(chǔ)罐以及分別與原料儲(chǔ)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(shè)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沖擊力的作用下，先進(jìn)入體積較小的物料中間混合器內(nèi)，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(dǎo)入，而去離子水由其下方導(dǎo)入，以使兩者充分混合。
所述的混配罐上設(shè)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(dāng)混配罐的液位低于下限設(shè)定值時(shí)，液位傳感器將信號(hào)輸送給控制單元，然后控制單元將輸出信號(hào)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(dāng)混配罐內(nèi)的液位達(dá)到上限設(shè)定值時(shí)，在控制單元的作用下自動(dòng)關(guān)閉甲醇泵和去離子水泵。所述的控制單元、液位傳感器的結(jié)構(gòu)以及如何根據(jù)液位的高低來控制兩個(gè)泵的開啟是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易實(shí)現(xiàn)的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用Cu、Zn、Al、K為催化劑，在制作和使用過程中不會(huì)引起環(huán)境污染，而且在工藝上還原溫度較低(150-180℃)，且該催化劑壽命較長(zhǎng)(3-5年)；2、在配料工序中，本發(fā)明采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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了工人的身心健康，而且甲醇和去離子水在泵的沖擊力的作用下，在體積較小的物料中間混合器內(nèi)混合均勻，不會(huì)分層；3、將熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸溶液收集到甲酸收集罐內(nèi)，而且通過由控制單元控制的液位傳感器、氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)了甲酸溶液的自動(dòng)排放，大大降低了甲酸對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，總之，本發(fā)明工藝先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)較低，可廣泛應(yīng)用于甲醇制氣行業(yè)。


圖1為本發(fā)明配料工序的工藝流程2為本發(fā)明反應(yīng)過程的工藝流程3為圖2中甲酸收集罐的結(jié)構(gòu)示意中1-混配罐 2-熱交換器 3-反應(yīng)器 4-水冷器 5-甲酸收集罐 6-廢液排放管 7-氣動(dòng)閥 8-控制單元 9-液位傳感器 10-原料儲(chǔ)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(jì)量泵 19-分離器 20-冷干機(jī) 21-緩沖罐22-控制單元 23-液位傳感器具體實(shí)施方式
實(shí)施例1甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計(jì)量泵18計(jì)量后進(jìn)入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，換熱后的甲醇水蒸氣進(jìn)入氣化過熱器16進(jìn)行進(jìn)一步加熱，使其達(dá)到反應(yīng)溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導(dǎo)熱油提供，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進(jìn)入熱交換器2和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器4進(jìn)一步降溫，使其達(dá)到常溫，降溫后的氣體進(jìn)入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應(yīng)的微量甲醇(洗滌后的去離子水用于配料)，再經(jīng)氣液分離器19、冷干機(jī)20脫除氣體里的水分，得到干燥的氫氣和二氧化碳，干燥的重整氣經(jīng)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制成銅40％、鋅45％、鋁10％、鉀5％，所述的反應(yīng)溫度為230℃，壓力為0.8Mpa，所述的熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸溶液由甲酸收集罐自動(dòng)收集。
完成上述工藝所用的設(shè)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(shè)有廢液排放管6，廢液排放管6上安裝有氣動(dòng)閥7；甲酸收集罐5上還設(shè)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(dòng)閥7連接；上述配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲(chǔ)罐10以及分別與原料儲(chǔ)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(shè)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(shè)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(shí)施例2甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計(jì)量泵18計(jì)量后進(jìn)入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，換熱后的甲醇水蒸氣進(jìn)入氣化過熱器16進(jìn)行進(jìn)一步加熱，使其達(dá)到反應(yīng)溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導(dǎo)熱油提供，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進(jìn)入熱交換器2和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器4進(jìn)一步降溫，使其達(dá)到常溫，降溫后的氣體進(jìn)入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應(yīng)的微量甲醇(洗滌后的去離子水用于配料)，再經(jīng)氣液分離器19、冷干機(jī)20脫除氣體里的水分，得到干燥的氫氣和二氧化碳，干燥的重整氣經(jīng)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制成銅55％、鋅25％、鋁15％、鉀5％，所述的反應(yīng)溫度為320℃，壓力為2.0Mpa，所述的熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動(dòng)收集。
甲醇制氣的設(shè)備如上所述。
實(shí)施例3甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計(jì)量泵18計(jì)量后進(jìn)入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，換熱后的甲醇水蒸氣進(jìn)入氣化過熱器16進(jìn)行進(jìn)一步加熱，使其達(dá)到反應(yīng)溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導(dǎo)熱油提供，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進(jìn)入熱交換器2和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器4進(jìn)一步降溫，使其達(dá)到常溫，降溫后的氣體進(jìn)入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應(yīng)的微量甲醇(洗滌后的去離子水用于配料)，再經(jīng)氣液分離器19、冷干機(jī)20脫除氣體里的水分，得到干燥的氫氣和二氧化碳，干燥的重整氣經(jīng)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制成銅50％、鋅35％、鋁11％、鉀4％，所述的反應(yīng)溫度為280℃，壓力為1.0Mpa，所述的熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動(dòng)收集。
甲醇制氣的設(shè)備如上所述。
實(shí)施例4甲醇制氣工藝，包括以下步驟，將甲醇與水按比例導(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計(jì)量泵8計(jì)量后進(jìn)入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，換熱后的甲醇水蒸氣進(jìn)入氣化過熱器16進(jìn)行進(jìn)一步加熱，使其達(dá)到反應(yīng)溫度，此過程甲醇水蒸氣從130℃升至230℃以上，熱量由導(dǎo)熱油提供，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進(jìn)入熱交換器2和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器4進(jìn)一步降溫，使其達(dá)到常溫，降溫后的氣體進(jìn)入洗滌塔17，用去離子水洗去沒有完全反應(yīng)的微量甲醇(洗滌后的去離子水用于配料)，再經(jīng)氣液分離器19、冷干機(jī)20脫除氣體里的水分，得到干燥的氫氣和二氧化碳，干燥的重整氣經(jīng)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制成銅44％、鋅40％、鋁12％、鉀4％，所述的反應(yīng)溫度為300℃，壓力為1.5Mpa，所述的熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸由甲酸收集罐自動(dòng)收集。
甲醇制氣的設(shè)備如上所述。
權(quán)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(dǎo)入混配罐(1)，經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入熱交換器(2)，和反應(yīng)后的重整氣進(jìn)行熱交換，然后汽化后的甲醇水蒸氣進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器(3)內(nèi)，在反應(yīng)器(3)內(nèi)進(jìn)行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器(3)出來的重整氣進(jìn)入熱交換器(2)和原料進(jìn)行換熱，換熱后進(jìn)入水冷器(4)進(jìn)一步降溫，然后經(jīng)脫水后用變壓吸附法進(jìn)行純化，其特征是所述的催化劑由下列重量百分比的原料制成銅40-60％ 鋅25-45％ 鋁10-15％ 鉀4-5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氣工藝，其特征是熱交換器(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(dòng)收集。
3.完成如權(quán)利要求1或2所述的甲醇制氣工藝的設(shè)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)，其特征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(shè)有廢液排放管(6)，廢液排放管(6)上安裝有氣動(dòng)閥(7)；甲酸收集罐(5)上還設(shè)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(dòng)閥(7)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的完成甲醇制氣工藝的設(shè)備，其中配料裝置包括甲醇和去離子水的原料儲(chǔ)罐(10)以及分別與原料儲(chǔ)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，其特征是甲醇輸送管(13)和去離子水輸送管(14)上設(shè)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(jù)權(quán)利要求4所述的完成甲醇制氣工藝的設(shè)備，其特征是混配罐(1)上設(shè)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(fā)明涉及化工領(lǐng)域的一種氣體的制備方法及設(shè)備，具體為甲醇制氣工藝及設(shè)備，解決現(xiàn)有甲醇制氣工藝存在原料混配人工現(xiàn)場(chǎng)操、自動(dòng)化程度較低、甲酸處理方法不當(dāng)以及催化劑還原溫度高等問題，本發(fā)明所述工藝上的發(fā)明點(diǎn)主要是催化劑由銅40－60％、鋅25－45％、鋁10－15％、鉀4－5％制成，在制作和使用過程中不會(huì)引起環(huán)境污染，還原溫度較低，壽命較長(zhǎng)。在設(shè)備方面，將熱交換器和水冷器內(nèi)冷凝下來的甲酸溶液收集到甲酸收集罐內(nèi)，通過由控制單元控制的液位傳感器、氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)了甲酸溶液的自動(dòng)排放，大大降低了甲酸對(duì)設(shè)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B01J23/78GK101041418SQ20071006176
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者張紅旗, 姬偉 申請(qǐng)人:太原市華泰威工程設(shè)備有限公司