醇氢燃料甲醇制氢设备/替代天然气甲醇制氢装置

1 工艺流程简介

2 甲醇转化

a. 原料汽化过程

原料液汽化是指在加压条件下，将甲醇和脱盐水按规定比例混合，用泵加压送入系统进行预热、汽化过热至转化温度的过程。

该工序目的是为甲醇催化裂解、转化反应提供规定的原料配比、转换温度等条件。

b. 催化转化反应

在规定温度和压力下，原料混合蒸汽在转化器中进行气相催化反应，完成甲醇催化裂解和一氧化碳转化两个反应。

该工序的目的是完成转化化学反应，得到主要含氢气和二氧化碳的转化气体。

c. 转化气冷却冷凝

将转化器下部出来的高温转化气经两次换热冷却降到常温。

该工序目的是降低转化气温度,冷凝转化气中的甲醇、脱盐水等组分。

d. 转化气气液分离

含有氢气、二氧化碳和极少量甲醇、水的低温转化气，进入气液分离缓冲罐，气体从分离罐上部去PSA工段，液体从分离器底部排放至循环液罐使用。

该工序目的是将转化气中极少量的水分及未反的甲醇分离掉，并充分回收利用，防止过量甲醇进入PSA工段的吸附剂内造成吸附剂失效。

主流程简述：回收在循环液缓冲罐中未反应的甲醇和水，与来自甲醇储罐的甲醇，甲醇和水按1：1的重量比由计量泵计量加压后进入换热器中，与来自转化器的转化气进行次热交换。完成 次热交换后的原料液，随即进入汽化过热器，在汽化过热器中与导热油进行次热交换完成汽化和过热。原料蒸汽温度达到230℃催化转化温度后进入转化器内。在此，完成催化裂解和转化反应，生成的高温转化气在换热器中被原料液冷却，再经冷凝器与循环冷却水进行第三次热交换，冷却冷凝降温至40℃以下后进入气液分离罐分离掉极少量的水和甲醇后从顶部去PSA提纯工段。被分离下来的甲醇、水回流至循环液缓冲罐循环使用。

3 PSA氢提纯

本方案变压吸附工艺采用5塔PSA工艺流程。其吸附和再生工艺过程由吸附、连续多次均压降压、顺放、逆放、冲洗、连续多次均压升压和产品Zui终升压等步骤组成。

具体过程简述如下：

a. 吸附过程

甲醇裂解气自塔底进入吸附塔后，在其中装填的多种吸附剂的依次选择吸附作用下，以二氧化碳为主的杂质等组分均被一次性吸附下来，得到产品氢气经调压阀稳压后送出界区。

当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。

b. 均压降压过程

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程，本流程共包括了三次的均压降压过程，可保证氢气的充分回收。

c. 顺放过程

顺放过程是在一次均压降压过程结束后，将吸附塔中剩余的氢气顺着吸附方向，对一个吸附塔进行冲洗。该氢气将用作吸附剂的再生气源。

d. 逆放过程

在顺放过程结束后，吸附前沿已达到床层出口。这时，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气经过阻火消音器直接放空。

e.冲洗过程

逆放结束后，为使吸附剂得到的再生，用顺放的氢气逆着吸附方向冲洗对吸附床层，降低杂质组分的分压，使被吸附的杂质完全解吸，吸附剂得以再生。解吸气经过阻火消音器直接放空。

f. 均压升压过程

在冲洗再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力氢气依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，更是回收其它塔的床层死空间氢气的过程，本流程共包括了连续三次均压升压过程。

g. 产品气升压过程

在三次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品氢气将吸附塔压力升至吸附压力。

经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料气连续输入和产品氢气不断输出。产品氢气通过缓冲罐后送至下游用氢工段。

4 催化燃烧系统

本甲裂制氢装置需要的热能全部来自于催化反应供热系统，该供热系统是采用制氢系统的PSA部分（解析）尾气、加氢尾气及辅助燃料在催化反应器内发生催化反应为导热油加热提供热量，主要工艺如下所述：

PSA部分（解析）尾气进入尾气缓冲罐与加氢尾气混合后通过尾气调节装置调压计量后进入催化反应器内，空气经过余热回收装置与催化反应的烟气换热后进入催化反应器内，甲醇经过增压计量后进入催化反应反应器内，在反应管内催化剂的催化作用下发生反应产生热量，热量经过催化反应管管壁传递给有机载体，冷有机热载体在催化反应器壳层内流动吸收热量升温后出催化反应反应器；催化反应产生的大部分烟气出反应管后在反应器封头位置在循环风机的抽吸下进入反应器内管内，一部分进入预热回收装置给空气及工艺尾气换热，换热后的烟气排空。

系统启动时，采用电加热预热反应器至催化剂起活温度。

采用催化反应供热系统与传统导热油炉供热系统有以下优点：

1.颠覆了传统的导热油炉，采用反应供热，无明火加热，系统安全可靠，无需按照国家标准规定的与制氢装置15m安全间距布置供热系统，系统设备布置规模更小。

2.采用循环风机，大量的惰性气体稀释了可燃气体浓度，使得反应气体的浓度控制在爆炸极限之内，系统安全可靠。

3.采用催化反应方式，不会出现因PSA尾气中可燃气体浓度，流量波动而造成火焰熄火等现象，系统相对燃烧炉更容易操控。

4.反应器管内温度在450℃之内，较低的温度对于反应管的材质要求更低。

5.催化剂采用铂金属催化剂，起活温度低，反应器气体预热至60-70℃即可加入甲醇参与反应。