甲醇水裂解制氢装置的甲醇单耗分析

第23卷第11期化工时刊Vo.23,No.112009年11月Chemical Industry TimesNov.11.2009doi:10.3969/isn.1002-154X.2009.1.01l甲醇水裂解制氢装置的甲醇单耗分析马金花裘德林(常州工程职业技术学院化工系江苏常州213164;*液化空气公司,江苏常熟215500)摘要详细分析了亚联高科设计的100Nm3/h甲醇水裂解制氢装置影响甲醇单耗的因素并提出实际生产中这些因素具体的控制指标。结果表明:水醇比为15~2.0,反应温度为Cu系催化1剂最低活性温度吸附压力达到设计允许最高值吸附时间按试验数据模拟得出的值来设定,将会明显降低甲醇单耗关键词甲醇水裂解制氢甲醇单耗PSAMethanol Unit Consumption Analysis for Hydrogen Productionfrom Methanol and Steam ReformingMa jinhuaDepartment of Chemical Engineering, Changzhou Institute of Engineering, Jiangsu Changzhou, 213164Air liquid Company Changshu, Jiangsu Changshu 215500)Abstract The affective factors of Hydrogen production from methanol steam reforming unit which was manufactured by aLLY were analyzed and the control value of these factors in real production was proposed. The result indicaed that methanol unit consumption would decreased if water methanol mole ratio at 1.5-2.0, reaction temperature atthe lowest temperature of catalyst, adsorption pressure at max design pressure, adsorption time is due to tested dataKeywords methanol steam reforming hydrogen production methanol unit consumption PSA作为重要的制氢方法之一,甲醇水蒸气重整制氢整套装置可以分为两部分,①反应部分:原料甲在中小型氢气用户(100~3000Nm3/h)的领域里越醇与水混和后通过热油将其加热成蒸气再进入装有来越受到的重视。因为这种制氢方法比水电解制Cu/ZnO/Al2O3催化剂的反应器中进行反应,生成含氢更节能更环保,而比天然气重整制氢更灵活(原74.5%H2245%C02和1%C0与CH4的转化气;②料来源广,占地面积小),工艺更简单操作更方便,分离提纯(FA)部分:即将反应得到的转化气通过5装置投资成本更小。塔FSA工艺对其进行分离提纯得到99.99%以上的液化空气(常熟)有限公司有一套四川亚联科技H2产品。PSA的工作步骤和时序如下股份有限设计的甲醇水重整制氢装置,产能为1000每个吸附塔在一次循环过程中需经历吸附(A)、Nm3/h。对于这套装置其主要运行成本即为原料甲均降(E1D)、顺放一(P1)、隔离(IS)、二均降醇的购买成本,因此甲醇单耗(生产单位氢气需要的(E2D)顺放二(PP2)隔离(IS)、逆放(D)、冲洗二甲醇量)是此种制氢装置经济效益的关键。(P2)冲洗一(P1)、二均升(E2R)、一均升(EIR)11装置简介2及终冲(FR)l3个步骤。5个吸附塔在执行程序安排上相互错闭路活环以保证原料连续输其主要工艺流程如图1。入和中国煤化工如表1。收稿日期:2009-10-15CNMHG作者简介:马金花(1978-),女,助教从事有机分析的研究马金花等甲醇水裂解制氢装置的甲醵单耗分析2009.Vo.23,No.11工时刊导热油炉反应器计量泵气化器导热油泵换热器脱盐水冷凝器宽盾环液储罐气液分离器变压吸附塔图1甲醇水蒸气重整制氢工艺流程简图Fig 1 Simple flowchart of hydrogen production from methanol and water steam reforming表1PSA5-1-2/2P模式运行时序表Table 1 Operation time chart of PSA 5-1-2/2P modell1121314212223243132333441424344515253540.70.60.30.20.20.200000.30.30.7AMPaElD PP1 E2D PP2 PP2 IS D P2P2 P1 E2R IS EIREIRElD PPI E2D PP2PP2 IS D P2P2 P1 E2R ISP2 PI E2R IS EIREID PPI E2D PP2PP2 IS D P2PP2 IS D P2 P2 P1 E2REIREID PPl E2D PP2E EID PPI E2D PP2 PP2 IS D P2 P PI E2R IS EIR FRA2L影响甲醇单耗的因素总反应CH,OH+H2 0=C0 2+3H2.7 k/mol(3)前已述及,甲醇单耗是整套装置的主要运行成本副反应:所在,因此分析影响甲醇单耗的因素对这套装置的经CH, OH +CH, OH= CH, OCH, +H,O济效益具有重要意义。对此,分别从装置的两部分去(4)分析。CO+3H2=CH4 +H20 +206. 3 kJ/mol (5)2.1反应部分为了提高甲醇的转化率,由 Le Chatelier平衡原这套装置的主要反应方程式如下理可知醇比提高反应温度降低反应压力将主反应有利中国煤化工千催化剂与反应本CHOH=C0+2H2-907k/ml(1)身对CNMHG段的对反应压力CO+H2O=CO2+H2+41.2kJ/mol(2)要求,反应温度和压力必须保持在一定的范围内,而化工时刑200Vo.23,No.11工艺·试验《 Technology& Experiment不能仅仅根据平衡原理来调节的量比应该保持在1.5~2.0之间,这时甲醇的转化率2.2PSA部分可达到99.0%以上,且不会造成太多的残液。实际运(1)吸附压力和温度的影响:由分子筛的吸附特行中采取的措施是将水与甲醇流量按设定的比例调节性可知高压和低温有利于吸附,而低压和高温有利后混和再定时取混和液和残液分析甲醇的含量。于解析。据此,为提高对转化气中杂质气体(主要是(2)反应温度的控制:本反应的催化剂决定了反CO2、CO和CH),转化气进FSA系统的压力应该尽应温度的控制。本装置采用的Cu系催化剂活性温量的高,而温度应该尽量低。度在230~270元之间,而且温度是随着使用时间的(2)总吸附时间的影响:当负荷降低时,如果吸延长而逐渐升上来的。如果反应温度过低,甲醇转化附时间还保持不变,产品纯度将会提高但收率不会率将受到严重影响;反之,又将缩短催化剂的使用增加;而这时如果增加吸附时间,使产品纯度保持在寿命。因此实际运行中反应温度只允许在2℃的范原来水平,这样将加长整个吸附周期,降低单位时间围内波动。内排放的废气量,也即提高了产品收率。(3)反应压力的控制:反应压力对于反应平衡的(3)4个分时间段的影响:相同总吸附时间下,影响很小然而后端的PSA工段却需要一个较高的如果冲洗时间和逆放时间分配不当,将会使吸附塔的压力才能达到预期的效果。因此反应压力的控制只再生效果变差。比如,如果冲洗时间太短而逆放时间根据PSA工段的要求来确定。太长,将导致被冲洗塔内吸附的杂质还没来得解析就32PSA部分终止冲洗了,导致冲洗塔内的杂质还很多,影响下(1)吸附压力与温度的控制:吸附温度基本上按次此塔的吸附效果。设计确定(会随气温稍有变化);实际操作中吸附压(4)纯度的影响:纯度要求越高,相同原料气流力保持在设计允许的最高值1.IMPa以保证最好的量情况下要求的总吸附时间就要越短否则吸附剂饱吸附效果;而逆放前的压力保证在02MPa和后,将导致杂质穿透吸附塔,从而使纯度变差。而(2)吸附时间的控制:由于吸附时间与原料气量总吸附时间越短,将导致产品收率越低。的关系厂家不能给出很好的关联方法,实际只能根据3实际运行中采取的措施通过观察产品纯度来调整设定时间。在保证产品纯度的前提下保持一定的原料气量,尽量提高吸附时对上述分析的影响因素采取相应的措施,也分成间,直到产品纯度接近于要求的纯度为止。选定几个两部分。不同的原料气量进行试验,再通过这几组数据的比对3.1反应部分和简单模型的应用,计算出不同负荷下吸附时间的设(1)水醇比的控制:根据文献的结果,水醇物质定。如表2。表2不同负荷下PSA吸附时间的设定值Table 2 The setting value for PSA adsorption time of different load心流量mT(周期)PA提取率负荷()转化气平均负荷/多)转化气平均流量Nm3/HT(周期)SPSA提取率12590.7922980.79213150.7833211800.79780.783114513480.783l0790.79113820210.7910.791SH中国煤化工79CNMHG马金花等甲醇水裂解制氢装置的甲醇单耗分析2009.Vo.23.No.11工叶刊续表负荷/(%)流量Nm/T(周期)sPA提取率负荷/(%)转化气平均化气平均流量Nm3/HT(周期)/SFA提取率0.79148242348980.7968880.7810.78915324080.784030.788140.78915660.780.29999%g%0.780.78915990.780.7880.78816330.779864340.78816490.7798977060.78816833700.7796930.7870.7785234567890128466789900.78717160.77817330.7870.7789810.78717660.7780.7861783l0146230.78600018000.77718160.78610718330.7770.7861093320.7850.7760.78511119001315570.78l120.7760.7850.776410.78411319500.19670.77511980.784115198431212150.781165110.78411720170.77512480.781265440.78320500.7740.7830.7744l结论参考文献本套装置中影响甲醇单耗的因素主要有[1]赵明正甲醇裂解制氢装置的运用[]煤化工,2003,水醇比,反应温度,吸附压力,吸附时间。水醇比为1.5-2.0,反应温度为Cu系催化剂最2】甲醇裂解装置操作运行说明书,四川亚联高科技有限责低活性温度,吸附压力达到设计允许最高值,吸附时任公司,2008年3月间按试验数据模拟得出的值来设定,将会明显降低甲3]醇蒸何转化制T梦条件优化[精细石中国煤化工醇单耗。[4]CNMHG应的研究[天然气化工,2002,27(1)