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。但在現(xiàn)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，然后開啟混料泵或氣體攪拌裝置，不斷地在混配罐內(nèi)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(xiàn)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(yán)重影響工人身體健康，且由人工現(xiàn)場操作，工人勞動強度大；2、甲醇與水反應(yīng)后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(yīng)產(chǎn)生，當(dāng)甲酸的累積量達到一定程度并冷凝(100℃以下)后，其冷凝液會對設(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(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)場操、自動化程度較低、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)計量后進入熱交換器，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，然后汽化后的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器出來的重整氣進入熱交換器和原料進行換熱，換熱后進入水冷器進一步降溫，然后經(jīng)脫水后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)明在具體實施時，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％的二氧化碳氣體，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，輸出端與氣動閥連接。所述的控制單元、液位傳感器，氣動閥的結(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)液位達到上限設(shè)定值時，液位傳感器將液位信號輸入控制單元，然后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(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，在控制單元的作用下氣動閥關(guān)閉，實現(xiàn)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(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，液位傳感器將信號輸送給控制單元，然后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(dāng)混配罐內(nèi)的液位達到上限設(shè)定值時，在控制單元的作用下自動關(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泵的開啟是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易實現(xiàn)的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、采用Cu、Zn、Al、K為催化劑，在制作和使用過程中不會引起環(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(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，實現(xiàn)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、氣動閥實現(xiàn)了甲酸溶液的自動排放，大大降低了甲酸對設(shè)備的腐蝕，延長了設(shè)備的使用壽命，總之，本發(fā)明工藝先進，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備造價較低，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-冷干機 21-緩沖罐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(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計量泵18計量后進入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，換熱后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(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入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱后進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫后的氣體進入洗滌塔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(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)計量泵18計量后進入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，換熱后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(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入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱后進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫后的氣體進入洗滌塔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收集。
甲醇制氣的設(shè)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(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計量泵18計量后進入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，換熱后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(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入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱后進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫后的氣體進入洗滌塔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收集。
甲醇制氣的設(shè)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(dǎo)入混配罐1，經(jīng)計量泵8計量后進入熱交換器2，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，換熱后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(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入裝有催化劑的反應(yīng)器3內(nèi)，在反應(yīng)器3內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器3出來的重整氣進入熱交換器2和原料進行換熱，換熱后進入水冷器4進一步降溫，使其達到常溫，降溫后的氣體進入洗滌塔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)計量后進入熱交換器(2)，和反應(yīng)后的重整氣進行熱交換，然后汽化后的甲醇水蒸氣進入裝有催化劑的反應(yīng)器(3)內(nèi)，在反應(yīng)器(3)內(nèi)進行裂解、變換反應(yīng)以得到氫和二氧化碳，由反應(yīng)器(3)出來的重整氣進入熱交換器(2)和原料進行換熱，換熱后進入水冷器(4)進一步降溫，然后經(jīng)脫水后用變壓吸附法進行純化，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)場操、自動化程度較低、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引起環(huán)境污染，還原溫度較低，壽命較長。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、氣動閥實現(xiàn)了甲酸溶液的自動排放，大大降低了甲酸對設(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，實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者張紅旗, 姬偉 申請人:太原市華泰威工程設(shè)備有限公司