甲醇制氢PPT课件.ppt

甲醇制氢 1 氢气用途 氢气是常用的工业气体之一 在石油 化工 精细化工 医药中间体等行业中氢气是重要的合成原料气 在冶金 电子 玻璃 机械制造中氢气是不可缺少的保护气 同时也用作航空航天燃料 在国外 氢气还被越来越广泛的作为清洁能源使用 2 制氢方法1 水电解制氢2 甲醇重整制氢3 天然气重整制氢4 煤 焦碳气化制氢 3 甲醇水蒸气转化制取纯氢的方法 甲醇 纯水 经汽化 过热 反应器 在催化剂作用下 产生氢气 二氧化碳 一氧化碳和少量的杂质 4 甲醇分解制氢技术具有以下特点 与大规模的天然气 轻油和水煤气等转化制氢相比具有流程短投资省 能耗低和无环境污染 与水电解制氢相比单位氢气成本低30 以上 与氨裂解制氢技术相比具有反应条件温和 原料运输和储存方便 5 工艺原理 本工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料 在220 280 下 专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气 其原理如下 主反应 CH3OH CO 2H2 90 7KJ molCO H2O CO2 H2 41 2KJ mol总反应 CH3OH H2O CO2 3H2 49 5KJ mol副反应 2CH3OH CH3OCH3 H2O 24 9KJ molCO 3H2 CH4 H2O 206 3KJ mol 6 上述反应生成的转化气经冷却 冷凝后其组成为H273 74 CO223 24 5 CO 1 0 CH3OH300ppmH2O饱和该转化气很容易用变压吸附等技术分离提取纯氢 7 原料规格 甲醇 符合国标GB338 92一级品标准要求 建议用30Kt y以上规模合成甲醇装置产品 运输过程无污染 严禁使用回收甲醇 脱盐水 符合国家GB12145 89P 直流炉 要求 且氯离子含量小于或等于3ppm 8 1 原料甲醇性质有类似乙醇气味的无色透明 易燃 易挥发的液体 沸点64 7 闪点11 11 自然点385 在空气中的爆炸极限为6 0 36 5 甲醇是最常用的有机溶剂 能与水和多种有机溶剂互溶 甲醇有毒 有麻醉作用 对视神经影响很大 严重时可引起失明 原料和产品性质 9 2 氢气性质 氢气是无色无臭气体 无毒无腐蚀性 沸点 252 8 自然点400 爆炸极限4 1 74 极微溶入水 醇 乙醚及各种液体 高温有催化剂时很活泼 极易燃 易爆 当极限达到28 静电火花就可以燃烧 并能与许多非金属和金属化合 易窒息 10 3 二氧化碳性质 二氧化碳是无色无臭气体 有酸味 熔点 56 6 沸点 78 5 易溶于水成碳酸 属不燃气体 可作灭火剂 灭火时可被氢气还原一氧化碳 11 工艺流程图 12 系统操作参数 氢气气量 500 1000NM3 H 温度 常温 纯度 99 99 杂质CO 10PPm CO2 10PPm 操作压力 1 0MPa操作温度 230 300 13 原料消耗量 甲醇 550 600Kg h脱盐水 320 360Kg h 14 公用工程规格及消耗 供电 380V 220V50H 装机容量 120KW电耗 99 8KW循环冷却水用量 75吨 h仪表空气 80NM3 h 0 6MPa蒸汽 10 3MPa 314 15 操作条件的影响 温度压力水和甲醇的摩尔比 16 温度 甲醇水蒸气重整反应为吸热反应 随着温度的升高转化率提高 同时CO浓度也升高 17 压力 反应为体积增大的反应 随着压力的增大 转化率变小 18 水和甲醇的摩尔比 随着水醇比的增大 可促进甲醇的转化 19 原料系统 原料液配比 体积比 甲醇 水 1 0 8 1 V V 醇 水混合液进料量 1080 1350Kg h洗涤泵流量 500升 h 20 进料系统 甲醇液和脱盐水按一定比例混合后 经计量泵升压进入原料汽化器进行汽化和过热 21 甲醇重整 原料汽在汽化器内加热到220 后 进入甲醇重整反应器 在反应器内发生重整反应 生成H2 CO2 CO CH4等 汽化原料和反应所需的热量由导热热油炉系统提供 22 气体冷却 反应后混合气体经过换热器与原料液进行热交换 再经净化塔洗涤后送进气液分离缓冲罐分离未反应的甲醇和水 使重整气中甲醇含量达到规定质量要求 完成制气 冷凝和洗涤下来的液体分离来的液体为甲醇和水的混合物 全部送回配液罐回收循环使用 23 反应器 R 101A B 反应器是甲醇重整制氢的核心设备 为列管式 管内装催化剂 壳程为加热介质导热油 24 换热器 E 101 利用废热将原料加热 使重整气降温 25 汽化过热器 E 102 汽化过热器用于将经过换热后的原料液汽化并过热至接近于反应温度 加热介质是导热油 26 冷凝器 E 103 用循环冷却水将重整气进一步降温 冷却后的重整气温度小于40 27 导热油加热器 E 301 用9 0MPa蒸汽将导热油加热至反应温度 为反应和汽化过热提供热源 28 原料罐 102A B 和脱盐水罐 V 101 用于储存原料 其材料选用1Cr18Ni9Ti 29 水洗塔 T 101 反应后气体中所含的甲醇用脱盐水进行洗涤 以减少气相中甲醇含量 30 脱酸罐 V 103 罐内装有高温气体脱酸剂 用于脱除反应产物中所含的甲酸 延长设备使用寿命 31 气液分离器 V 104 缓冲罐 V 105 气液分离 平衡用气量 32 PSA净化部分 合格的转化气经过一套由6台吸附塔并联交替操作的变压吸附系统 一次性吸附分离所有杂质 得到纯度和杂质含量均合格的产品氢气 33 变压吸附 变压吸附气体分离技术有3个主要要素 即吸附剂 程序控制阀和操作工艺 34 吸附剂 用于甲醇裂解气变压吸附分离的吸附剂 经多次研制改进 筛选 强度 寿命 对杂质的动态吸附量 分离效率等各方面性能达到世界先进水平 氢气回收率可达90 35 程控阀 变压吸附装置中使用的程序控制阀现采用的是防冲刷 阀杆密封自补偿型的第四代气动程序控制阀 具有密封性好 外泄漏量小 使用寿命长等特点 36 工艺技术1 在确定了吸附剂后 氢气的回收率取决于装置的操作工艺 如均压次数 解吸工艺等 均压次数的确定 均压次数越多 氢气的回收率越高 投资也越高 原料气压力越高 均压次数可增多 但能耗 投资也越高 因此 选取适当的均压次数是很重要的 原料气压力可根据氢气用户的压力而确定 37 2020 1 9 38 工艺技术2 抽真空解吸 抽真空解吸可使吸附剂再生更为彻底 提高吸附剂的动态吸附容量 从而大幅提高了氢气的回收率 特别是针对组份为H2 CO和CO2的气体 在原料气压力为0 8 1 2Ma时 不抽真空PSA工艺 氢气回收率约80 抽真空PSA工艺 氢气回收率可达87 而多增电耗仅2 3度 时 39 吸附器 V 201A F 是重整气的纯化设备 吸附器内装吸附剂 上下封头带过滤器 40 定型设备 泵类 9台 冷干机 M 101 将重整气进一步冷却 使其所含的液体量进一步减少 有利于吸附剂的长期使用 41 环保 1 废气 本技术采用物料内部自循环工艺流程 故正常开车时基本上无三废排放 仅在原料液贮罐有少量含CO2和CH3OCH3释放气排出 基本上无毒 可直接排入大气 变压吸附工艺驰放气经阻火器后排入大气 其中含大量的二氧化碳气和少量的氢气及微量的一氧化碳和水汽 对环境不造成污染 42 废液 本工艺仅汽化塔塔底不定期排出少量废水 其中含甲醇0 5 以下 经稀释后可达到GB8978 88中第二类污染物排放标准 直接排入下水 43 废渣 导热油锅炉房有一定量的燃烧煤渣 可集中处理 只有以煤为燃料的导热油系统有废渣 44 催化剂保护1 1 在任何情况下 催化剂层温度禁止超过300 2 还原后的催化剂绝对禁止与氧气或空气接触 3 催化剂使用中应尽量避免中途停车 每停一次车 尽管采取了钝化或氮气保护操作 还是会影响催化剂使用寿命 45 催化剂保护2 4 催化剂的升温和降温都必须缓慢进行 禁止急速升温和降温 5 在满足生产能力 产率的前提下 催化剂应在低温下操作 有利于延长催化剂使用寿命 46 6 绝对禁止含硫 磷 卤素元素等有毒物质混入系统 以免造成催化剂中毒 7 对装置使用的原料甲醇 脱盐水 氮气 氢气等必须符合要求 严格规范检测程序 8 如发现有异常特别是反应系统异常 应立即停车分析检查 排除后再开车 47 注意事项 催化剂的还原是十分重要的一步骤 必须小心操作 要保证催化剂充分还原 不可急燥行事 还原完毕 准备正常投料时 要避免反应器温度下降超过10 48 CNZ 1型催化剂可以在230 280 下操作 催化剂使用前期可维持较低的操作温度 后期可将操作温度提高 以发挥催化剂的最大能力 铜系催化剂的缺点是耐热性较差 故无论是升温还原或在反应操作中都要避免催化剂淬冷淬热 否则会造成铜晶粒变化 从而影响催化剂的活性和寿命 49 操作 1开车前的准备工作1 1一般准备和检查检查水 电 汽 软水 仪表空气 氮气 氢气 燃料等的供应情况 并与有关部门联系 落实供应数量和质量要求 关闭所有排液阀 排污阀 放空阀 进料阀 取样阀 开启冷却水 仪表空气等进工段总阀 通知导热油锅炉房准备开车 并联系确定开车的具体时间和质量数量要求 压力 温度 流量等 50 通知分析室准备生产控制分析工作 检查动力设备的完好情况 检查所有仪表电源 气源 信号是否正常 落实产品用户 因转化催化剂不希望中途频繁停车 如用户没落实不要急于开车 检查消防和安全设施是否齐备完好 操作人员 分析人员 管理和维修人员经技术培训 并考核合格方能上岗 51 2开车操作程序投料开车程序应在催化剂还原结束后进行 无时间间隔 开车时序一般为 水冼塔开车 汽化塔开车 转化炉开车 系统升压 还原结束后 关闭还原系统阀 开启转化炉后直到放空管线间所有阀门 关闭有关阀门 准备系统开车 注意 开车负荷一般采用30 60 满负荷量 待系统稳定后逐渐加大到满负荷量 52 2 1准备1 检查工具和防护用品是否齐备完好 2 检查动力设备是否正常 对润滑点按规定加油 并盘车数圈 3 检查各测量 控制仪表是否失灵 准确完好 并打开仪表电源 气源开关 4 通知甲醇库和脱盐水站向本装置送原料 使甲醇中间罐和脱盐水中间罐的液位达 90 停止送料 5 催化剂还原系统所有阀门 仪表维持原开车状态不变 6 通知导热油炉工序 做好开车准备 7 确定开车投料量 明确投料量与各参数间关系 53 2 2水冼塔开车1 开脱盐水中间罐出料阀 脱盐水进料泵进口阀 旁路阀 启动进料泵 使脱盐水泵运转正常 2 开泵脱盐水进料出口阀 关脱盐水进料旁路阀 用调节阀调节回流量 使流量达要求值 3 当水洗塔塔釜出现液位后 开塔釜排液调节阀旁路阀 向循环液贮槽送脱盐水 然后开调节阀前后阀 控制水洗塔液位在30 40 54 2 3汽化塔开车1 开甲醇中间罐出口阀 甲醇流量计前后阀 开循环液贮槽出口阀 使水甲醇混合 开泵甲醇进料泵进口阀 旁路阀 启动泵 使甲醇进料泵运转正常 2 开甲醇进料泵出口阀 关甲醇进料泵旁路阀 调节进料泵刻度向系统送水甲醇 在取样点取样分析 通过调节原料甲醇的流量 使水甲醇配比达到要求值 3 当汽化塔塔釜液位达10 时 开启汽化塔顶放空阀 缓慢开启塔釜导热油进口阀旁路阀 前后阀 用调节阀调节进汽化塔导热油量 当塔顶排放气量稳定时 开启过热器底部排污阀 无液珠排出时关闭排污阀 即可转入转化炉开车 55 2 4转化炉开车1 开转化炉进口阀 关闭汽化塔顶放空阀 即向转化炉送水甲醇原料气 2 使导热油炉温度稳定至230 检查装置设备 管线 阀门 仪表等运转是否正常 并观察各工艺参数间关系 若无异常现象便可进行系统升压 56 2 5系统升压1 开流量计前后阀 关闭旁路阀 开系统压力调节阀及其前后阀 关闭旁路阀 缓慢关小阀 使系统升压 直至达1 1MPa 注意 必须保证原料气体适量通过催化剂床层 所以系统调压阀不能处于全关状态 2 调节系统压力调节阀开度 使系统压力 转化气量稳定 3 检查原料液进料量及其水甲醇配比 使达要求值 检查转化气量 通过阀调节进下部的导热油流量 控制好塔釜液位在15 40 4 调节使进水洗塔脱盐水量稳定并达要求值 使液位稳定 此时已完成系统投料开车工作 观察全系统运行情况 若无异常现象便可进行下述操作使系统转入正常工作 57 2 6系统稳定1 检查冷却器冷却水量 使进入水洗塔的转化气温度 40 2 检查缓冲罐出口转化气组成 调整水甲醇配比 控制转化气出口气中一氧化碳 甲醇 水等组份达要求值 3 全系统操作稳定后 即可向后工段PSA H2装置输送转化气 58 3正常操作全系统开车完成后 即可逐步转入正常操作 3 1正常操作状态的建立和维持1 根据原料液进料量 转化气流量 水甲醇配比 汽化塔液位 导热油温度 转化气组成 循环液组成及各控制点参数对各控制参数进行适当调整 使系统操作处于正常范围内 2 根据所需转化气量及水甲醇配比确定甲醇流量 将调节阀投入自动调节 3 根据所需脱盐水流量 将调节阀投入自动调节 59 4 根据所需转化气量及水甲醇配比 调节原料液进料泵流量 5 根据循环液流量 将调节阀投入自动调节 6 调节冷却器进水阀 使转化气出的温度在40 以下 7 当系统转化气流量稳定后 将系统压力调节阀投入自动调节 8 根据所需转化气量及组成 适当调整进系统导热油温度 9 由汽化塔下部排液阀连续排出少量废水 60 全系统已处正常稳定运转 系统处于正常操作时 按时记录各操作参数并巡回检查各控制点 设备 仪表 阀门等是否处正常状态 发现异常现象 应立即查明原因 及时处理 排除故障 维持系统正常操作状态 61 3 2正常停车操作1 停止导热油炉加热 维持导热油循环 待反应温度降至200 以下后 导热油炉房停止向造气装置送导热油 即开启导热油装置内部短路阀 导热油炉停车按导热油炉停车要求进行 2 在导热油炉降温的同时 手动调节系统压力调节阀 使系统缓慢降压至0 4Mpa 或切开气体缓冲罐 转化气可备用转化炉置换 开启水洗塔顶放空阀降压 3 关闭进转化炉阀门 缓慢开启汽化塔顶放空阀 汽化塔前系统降压至常压 62 4 汽化塔系统降压的同时 停原料进料泵 停止向系统进料 5 转化炉后系统继续降压 待降至0 2Mpa时 关闭转化炉的前后阀 旁路阀 6 停脱盐水泵 停止向水洗塔送脱盐水 关闭水洗塔釜排液阀 7 分别用氮气或气体缓冲罐转化气对转化炉前后分段置换 考虑到降温对系统压力的影响 最好系统分段用氮气或氢气保压至0 2Mpa 导热油按要求降至一定温度后 停导热油循环泵 若长期停车 则用加压氮气将导热油从系统压回导热油贮罐 8 对催化剂实行保护操作或钝化处理 63 3 3紧急停车操作1 凡遇下列情况之一应采取紧急停车操作 停电 停冷却水 设备 管道爆炸断裂 起火 设备 管道或法兰严重漏气 漏液无法处理 重要控制仪表失灵 64 2 操作步骤 紧急通知导热油装置停止加热 打开导热油装置内部短路阀 停止向造气装置送导热油 关闭转化炉前阀 切开汽化塔系统与反应系统 转化炉后系统适当卸压 汽化系统可维持压力稳定 停原料进料泵 停脱盐水进料泵 对催化剂实行特殊保护操作 查明事故原因后再作进一步处理 65 工艺指标 汽化过热塔进料温度 165 汽化过热塔塔釜压力 表压 1 1MPa进料温度200 260 反应温度220 280 导热油温度235 290 换热器出口转化气温度110 140 冷却器出口转化气温度 40 反应压力 表压 1 1MPa 66 进塔脱盐水量320 360Kg h出塔转化气量1480 1569Nm3 h转化气组成 V 氢73 74 5 二氧化碳23 24