CN110577190A - 一种甲醇裂解制备氢气的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.5～0.9在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液；将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽；将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；将转化气导入换热器管程与壳程；将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯；本发明利用NiO/TiO2‑SiO2对催化剂改性，提升甲醇裂解制氢和一氧化碳选择性，减少了其他各种副反应的发生。
Description
技术领域
本发明涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种甲醇裂解制备氢气的工艺。
背景技术
在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。本发明提供了一种甲醇裂解制备氢气的工艺，可以连续生产高纯高压氢气，满足对氢气使用的要求
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明催化剂为铜系催化剂，其组成为CuO-NiO/TiO2-SiO2，利用NiO/TiO2-SiO2对催化剂改性，提升甲醇裂解制氢和一氧化碳选择性，减少了其他各种副反应的发生；将水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯，进一步显著提高裂解气中一氧化碳和氢气的回收效率；本发明甲醇的转化率稳定在99％以上，未反应的甲醇回收重复利用，节约成本。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.5～0.9在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至30～40℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
优先的，所述步骤1)中甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.55在循环液储槽内进行混合。
优先的，所述步骤2)中甲醇水溶液初步预热温度为75～100℃。
优先的，所述步骤4)中转化炉的压力为1.05MPa，温度为250-300℃。
优先的，所述步骤4)中催化剂为铜系催化剂，其组成为CuO-NiO/TiO2-SiO2，各组份元素的摩尔比为Cu:Ni:Ti:Si＝6：1.2：0.5：0.7。
优先的，所述步骤7)中膜分离装置操作压力为0.8～3.5MPa。
(三)有益效果
本发明催化剂为铜系催化剂，其组成为CuO-NiO/TiO2-SiO2，利用NiO/TiO2-SiO2对催化剂改性，提升甲醇裂解制氢和一氧化碳选择性，减少了其他各种副反应的发生；将水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯，进一步显著提高裂解气中一氧化碳和氢气的回收效率；本发明甲醇的转化率稳定在99％以上，未反应的甲醇回收重复利用，节约成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.5在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至30℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
实施例2：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.6在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至35℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
实施例3：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.7在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至35℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
实施例4：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.8在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至40℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
实施例5：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.9在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至40℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
实施例6：
一种甲醇裂解制备氢气的工艺，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.55在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至35℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
综上，将传统的制备氢气的工艺作为对照组，采用本发明一种甲醇裂解制备氢气的工艺作为实验组，将对照组与本发明实施例1-6的所制备氢气的方法做对比。在相同的条件下，得到各项的指标数据如下表：
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于，步骤如下：
1)将甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.5～0.9在循环液储槽内混合均匀，得甲醇水溶液。
2)将中甲醇水溶液由计量泵输送到换热器壳程进行初步预热；
3)将初步预热后的甲醇水溶液导入汽化塔内汽化，获得甲醇水蒸汽，当汽化塔内压力提至1.05MPa时用导热油加热，使汽化塔出口的温度达到170℃；
4)将加热后的甲醇水蒸汽导入转化炉，利用催化剂使甲醇水蒸汽发生裂解反应，获得转化气；
5)将转化气导入换热器管程与壳程，甲醇水溶液换热回收热量后进入冷却器壳程降温，冷却器管程用循环水降温至30～40℃；
6)将降温后的转化气导入水洗塔进行吸收分离，通过水洗塔塔顶喷淋脱盐水对未反应的甲醇进行回收；
7)经过水洗后获得裂解气，送至膜分离装置进行分离提纯。
2.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于：所述步骤1)中甲醇和脱盐水按摩尔比1：0.55在循环液储槽内进行混合。
3.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于：所述步骤2)中甲醇水溶液初步预热温度为75～100℃。
4.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于：所述步骤4)中转化炉的压力为1.05MPa，温度为250-300℃。
5.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于：所述步骤4)中催化剂为铜系催化剂，其组成为CuO-NiO/TiO2-SiO2，各组份元素的摩尔比为Cu:Ni:Ti:Si＝6：1.2：0.5：0.7。
6.如权利要求1所述的一种甲醇裂解制备氢气的工艺，其特征在于：所述步骤7)中膜分离装置操作压力为0.8～3.5MPa。
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