文档介绍：甲醇裂解—变压吸附制氢
培训教材
目录:
概论
化石燃料制氢
天然气或裂解石油气制氢
甲醇制氢
变压吸附法提纯氢气
甲醇制氢装置介绍
概论
氢是自然界里最轻的元素,。在一个大气压和20℃,其液化温度大约为-253℃。由于这种特性,如按它的能量密度算,氢是难于以适当的形式来贮存的,而且有时还要消耗很多的能量。
自然界中的氢决大多数是不以游离状态存在的,而是以化合物的形态存在,其中最为常见的是水和化石类化合物。在工业中利用水制取氢气需要消耗大量的电能,而利用化石燃料制取氢气又会加剧自然环境的恶化。
能源与环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。地球上的化石燃料储量有限,并且其使用会造成自然环境急剧恶化,从化石燃料逐步转而利用可持续发展、无污染的非化石能源是关键所在。氢能是理想的清洁能源之一,已引起极大重视并广泛使用。如将氢气直接用于内燃机的燃料,可获得比一般碳氢化合物燃料更高的效率,而且还具有零污染排放的优异性能;将氢气用于氢氧燃料电池则可得到高达45%~60%的化学能-电能转化效率,而一般的内燃机的热机效率仅为15%。由于质子交换膜燃料电池技术的突破,高效燃料电池动力车样车已陆续出现。随着技术的不断发展,氢能的应用范围必将不断扩大,大力开发氢能具有重大意义。
   氢气是清洁能源,也是重要的化工原料。氢气的制取都是从—次性能源转化而来,目前制取氢气的方法主要有:煤、焦碳气化制氢,天然气或石油产品转化制氢,各种工业生产的尾气回收或焦化厂、氯碱厂副产氢以及水电解制氢等。作为化工原料的含氢气体基本采用化石燃料制取,而作为工业氢气、石化行业加氢用的氢气,基本采用前面提及的含氢气体或工业生产的含氢尾气利用变压吸附法(PSA)或膜法分离或水电解法制取,这些制取方法国内外均有一定的成熟经验。
化石燃料——煤、石油、天然气是目前生产氢气的主要原料。以煤为原料制取的焦炉气、水煤气、半水煤气等是当前我国生产合成氨、甲醇等的主要氢源,大约要占全部产量的三分之二以上;以石油、天然气转化制取的CO+H2的合成气也是合成氨、甲醇的重要氢源。为获得纯度为≥99%的氢气,还应将上述的含氢气体(CO+H2),经过水蒸汽变换(CO+H
2O→H2+CO2)获得H2、CO2混合气,经过变压吸收法(简称PSA法)、膜法分离等方法制取纯度>99%的氢气;其解吸气或尾气可作为燃料气进行利用。天然气、煤制气转化制取氢气的技术经济性,主要取决于装置的规模、转化炉的类型以及整个系统的热利用状况等因素。目前商品化的天然气、煤制气和变压吸附法联合制取纯度>99%氢气的装置能力可达每小时数十万立方米。
水电解制氢的原理是简单的,由浸没在电解液(通常为含KOH30%左右的碱性水溶液)中的一对电极,中间隔以防止氢气渗透的隔膜而构成的水电解小室,接通直流电后,水就被分解为氢气和氧气。水电解制氢技术,设备简单、运行可靠、管理方便,不产生污染,制得的氢气纯度较高、杂质含量少,可应用于各种使用氢气的场所。唯一的缺点是电能消耗较大,通常情况下电解氢气的成本较高。目前商品化的水电解制氢装置的操作压力有常压、低压和中压,~。操作温度为80~90℃,氢气纯度≥%,氧气纯度为≥%,单位制氢电能消耗、。设备使用寿命20-40年。近年来,由于“氢能”受到世界各国的关注,低电能消耗的水电解制氢装置正在研制中,据报导日本的科技人员研制的水电解制氢装置(实验型),。
尾气(副产)氢的回收利用中,合成氨等驰放气回收制氢应用广泛,在合成氨生产过程中,由于合成气中含有少量的甲烷等不参加合成反应的组份,随着合成氨过程的进行,甲烷等组份在循环气体中逐渐积累,因此在合成氨过程中必须将甲烷等组份排放,与此同时也会将有效气体一起排放,此合成氨排放气(驰放气)的组成一般为:H250~65%,N215~20%,Ar3~%,NH3≤200PPm;压力≥;生产一吨合成氨驰放气量约150~250Nm3。自80年代以来,各种规模的合成氨装置建设了数百套规模不等的PSA提纯氢装置,运行情况良好,估计可增产合成氨3~5%。若果将此类驰放气提纯的纯度为≥99%的氢气用于氢能、工业氢气,,每年可回收≥99%的氢气约120亿Nm3,可供十余万辆燃料电池公交汽车使用。
焦炉煤气中氢的回收利用,我国目前年产焦炭约6000万吨以上,大部分均为钢铁工业企业内生产。生产焦炭的同时可得到含氢气量为50~60%的焦炉煤气,生产一吨焦炭可获得400Nm3的焦炉煤气,