变压吸附制氢系统 操作说明

\变压吸附制氢系统操作说明一、工艺原理及其特点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+90.7 KJ/molCO＋H2O＝CO2＋H2-41.2 KJ/mol总反应：CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2+49.5 KJ/mol副反应：2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O -24.9 KJ/molCO＋3H2＝CH4＋H2O -+206.3KJ/mol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％CH3OH 300ppmH2O 饱和该转化气很容易用变压吸附等技术分离提取纯氢。

本工艺技术有下列特点：1.甲醇蒸汽在专用催化剂上裂解和转化一步完成。

2.采用加压操作，产生的转化气经过氢气压缩机的进一步加压，即可直接送入变压吸附分离装置，降低了能耗。

3.与电解法相比，电耗下降90%以上，生产成本可下降40～50%，且氢气纯度高。

与煤造气相比则显本工艺装置简单，操作方便稳定。

煤造气虽然原料费用稍低，但流程长投资大，且污染大，杂质多，需脱硫净化等，对中小规模装置不适用。

4.专用催化剂具有活性高、选择性好、使用温度低，寿命长等特点。

5.采用导热油作为循环供热载体，满足了工艺要求，且投资少，能耗低，降低了操作费用。

二、工艺过程简述工艺流程简图如图所示。

甲醇和脱盐水按一定比例混合后，经换热器预热后送入汽化器，汽化后的水甲醇蒸汽经汽化器过热后进入转化器在催化剂床层进行催化裂解和变换反应，产出转化气含约74%氢气和24%二氧化碳，经换热、冷却冷凝后进入净化器，吸附未转化完的甲醇和水供循环使用，净化后的混合气再进入变压吸附装置提纯。

根据对产品气纯度和微量杂质组分的不同要求，采用四塔或四塔以上流程，纯度可达到99.9～99.999%。

转化气中二氧化碳可用变压吸附装置提纯到食品级，用于饮料及酒类行业。

这样可大大降低生产成本。

流程设置先经变压吸附装置分离二氧化碳后，富含氢气的转化气经加压送入变压吸附装置提纯。

本工艺原料简单，配套的公用工程要求较低，极易满足。

三、环保3.1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，以100Nm3/h制氢装置为例，其量为0.1～0.17Nm3/h，气体组成如下：因气量小，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。

3.2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。

3.3 废渣（导热油炉用户自备）：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。

)四、工艺过程说明甲醇催化转化造气生产工艺过程可分为：原料液预热、汽化、过热、转化反应、产品气冷却冷凝、产品气净化提纯等过程。

4.1工艺过程4.1.1 原料液预热、汽化、过热工序将甲醇和脱盐水按规定比例混和，经泵加压送入系统进行预热、汽化过热至反应温度的过程。

其工作范围是：甲醇中间罐、脱盐水储罐、原料进料泵、换热器、汽化器（过热器）等设备及其配套仪表和阀门。

4.1.2 催化转化反应工序在反应温度和压力下，原料蒸汽在转化炉中完成气固相催化转化反应。

工作范围是：转化炉设备及其配套仪表和阀门。

该工序的目的是完成化学反应，得到主要组分为氢气和二氧化碳的转化气。

4.1.3 转化气冷却冷凝工序将转化炉下部出来的高温转化气经过冷却、冷凝降到10℃以下的过程。

其工作范围是：水冷却器、冷凝器、气液分离器及其配套仪表和阀门。

4.1.4 转化气净化工序含有氢气、二氧化碳以及少量一氧化碳、甲醇和水的低温转化气，进入变压吸附制氢装置提取纯氢的过程。

其工作范围是：气体缓冲罐、变压吸附制氢装置、纯气缓冲罐、尾气收集罐等设备及其配套仪表和阀门。

4.2工艺过程主要控制指标4.2.1 原料汽化过热4.2.1.1 原料甲醇流量175kg/h 4.2.1.2 进塔脱盐水量157Kg/h 4.2.1.3 原料液流量～322kg/h 4.2.1.4 汽化过热塔进料温度～165℃4.2.1.5 汽化过热塔塔釜压力(表压) ＜0.1 MPa 4.2.2 转化反应4.2.2.1 进料温度200～260℃4.2.2.2 反应温度220～280℃4.2.2.3 导热油温度235～290℃4.2.2.4 换热器出口转化气温度110~140℃4.2.2.5 冷却器出口转化气温度＜40℃4.2.2.6 反应压力(表压) ＜0.1MPa 4.2.3 冷凝分离4.2.3.1 氢气压缩机出口压力(表压) ＜1.1MPa 4.2.3.2 冷冻机组的冷冻水温＜5℃4.2.3.3 出塔转化气量～550Nm3/h转化气组成(V％)：氢73～74.5％二氧化碳23～24.5%一氧化碳～0.8%甲醇0.03%甲烷0.20%4.2.4 催化剂还原4.2.4.1 还原循环气量~350 Nm3/h 4.2.4.2还原气氢含量0.5～10％4.2.4.3 还原温度110～230℃4.2.4.4 还原压力～0.05 MPa 4.2.5 其它4.2.5.1 循环冷却水压力0.3MPa4.2.5.2仪表空气压力0.4~0.60 MPa4.2.5.3 导热油流量～30 m3/h五、原料和产品性质5.1 原料性质⑴原料甲醇性质化学名称为甲醇，别名甲基醇、木醇、木精。

分子式CH3OH，分子量32.04。

是有类似乙醇气味的无色透明、易燃、易挥发的液体。

比重为0.7915。

熔点-97.80℃，沸点64.7℃，20℃时蒸汽压96.3mmHg，粘度0.5945厘泊，闪点11.11℃，自燃点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之一，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。

⑵原料脱盐水性质(省略)5.2 产品性质本装置生产的产品甲醇催化转化气，其主要组份为氢气和二氧化碳，性质分述如下：⑴氢气性质分子式H2，分子量2.0158，无色无臭气体。

无毒无腐蚀性。

气体密度0.0899Kg/m3，熔点-259.14℃，沸点-252.8℃，自燃点400℃，极微溶于水、醇、乙醚及各种液体，常温稳定，高温有催化剂时很活泼，极易燃、易爆，并能与许多非金属和金属化合。

⑵二氧化碳性质化学名称二氧化碳，别名：碳酸酐、碳酐、碳酸气。

分子式CO2，分子量44.01，无色无臭气体。

有酸味，气体密度1.977Kg/m3，熔点-56.6℃，沸点-78.5℃(升华)，易溶于水成碳酸，可溶于乙醇、甲醇、丙酮、氯仿、四氯化碳和苯，属不燃气体，可作灭火剂。

5.3原料和产品规格5.3.1 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3ppm5.3.2 产品规格⑴转化气组成：H273～74.5％CO223～24.5％CO ＜0.8％CH3OH 300ppmH2O 饱和⑵压力：＜0.1MPa⑶温度：＜40℃六、操作程序6.1 开车前的准备工作6.1.1 一般准备和检查1、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。

2、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。

3、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)。

4、通知分析室准备生产控制分析工作。

5、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。

6、落实产品气的使用点，因转化催化剂不宜在中途频繁停车，如使用点没落实不要急于开车。

7、检查消防和安全设施是否齐备完好。

8、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。

6.2 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：原料混合装置开车、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。

6.2.1 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。

6.2.2 原料混合装置开车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、开脱盐水进料泵出口阀，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、开原料甲醇中间罐出料阀、原料甲醇进料泵进口阀、旁路阀，启动进料泵，使原料甲醇泵运转正常。

4、开原料甲醇进料泵出口阀，关原料甲醇进料旁路阀，用调节阀调节回流量，使流量达要求值。

5、当原料混合罐出现液位后，控制混合罐的液位在30～40％。

6.2.3汽化塔开车1、开原料混合罐出口阀、水甲醇流量计前后阀，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，开启汽化器顶放空阀，缓慢开启汽化器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。

6.2.4 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。

6.2.5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0.1MPa左右。

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。