甲醇裂解制氫裝置的運(yùn)用

高卉榮

摘要：在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，氫已經(jīng)成為重要的能源，隨著對(duì)氫需求量的不斷增加，甲醛裂解技術(shù)得到快速的發(fā)展。但是，在氫裂解的過(guò)程中要根據(jù)需求使用不同的裝置來(lái)滿足使用的需要。本文將進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：甲醇;裂解制氫;裝置

1.前言

氫作為重要的能源和原料，在我過(guò)工業(yè)生產(chǎn)中有著十分廣泛的使用，例如在化工領(lǐng)域、鋼鐵冶金領(lǐng)域、能源介質(zhì)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，已成為人們生產(chǎn)和生活中不可或缺的一部分。

2.甲醇裂解制氫的重要性

隨著當(dāng)前人們對(duì)能源需求量的不斷增加和制氫技術(shù)的發(fā)展，氫的產(chǎn)量在不斷的增加，人們正在尋找新技術(shù)來(lái)獲得更便宜的氫。對(duì)吸附劑，工藝和工程實(shí)施方式的深入研究已導(dǎo)致變壓吸附技術(shù)在天然氣和精煉領(lǐng)域的快速發(fā)展，擴(kuò)大了變換氣體，焦?fàn)t氣，石油裂化氣和甲醇尾氣等應(yīng)用領(lǐng)域。從煉焦廠的廢氣中對(duì)甲醛進(jìn)行回收，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的甲醇廢氣回收，也是甲醇再利用的一項(xiàng)重要的手段，這種甲醇一般濃度較低，純度較差，對(duì)于需求純度更高的氫還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工廠的需要。氫的來(lái)源很困難，由于僅在電解水中可用，因此制造成本高并且氫的純度太低而不能滿足制造需求。隨著氫的需求量的不斷增加，就需要我們不斷的創(chuàng)新，來(lái)尋求制氫新的工藝和技術(shù)，通過(guò)甲醇的裂解來(lái)制備我們生產(chǎn)所需要的高純度氫氣，這是一項(xiàng)新的技術(shù)和工藝，雖然此項(xiàng)工藝已經(jīng)大范圍的推廣，可是在氫氣制備的過(guò)程中需要不斷提升氫氣的純度，寬展氫氣的使用范圍。在甲醛制氫的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)變壓吸附技術(shù)的詳細(xì)研究已取得了很大的進(jìn)步。此項(xiàng)技術(shù)不但能滿足制氫的需要，而且運(yùn)行成本較低，推廣使用良好。

3.甲醇制烯烴技術(shù)以及發(fā)展現(xiàn)狀

3.1甲醇制烯烴生產(chǎn)工藝技術(shù)

在甲醇制烯烴技術(shù)中，通常認(rèn)為是低碳烯烴，如果烯烴的碳原子數(shù)不超過(guò)4，則該烯烴稱為低碳烯烴，乙烯，丙烯，丁烯包括在內(nèi)。制造技術(shù)如下：首先，將諸如煤和天然氣之類的原料通過(guò)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)化為粗甲醇，然后用甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴。低碳烯烴主要是乙烯和丙烯。當(dāng)使用天然氣作為烯烴生產(chǎn)的原料時(shí)，存在三種烯烴生產(chǎn)方法：甲烷氧化偶聯(lián)法，甲醇生產(chǎn)法和費(fèi)-托合成法。其中，甲醇制烯烴工藝是將天然氣和煤中的烯烴進(jìn)行提取，這是一項(xiàng)成熟的提取工藝，也是最能滿足工業(yè)化要求的工藝。

3.2我國(guó)從甲醇到烯烴的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，各行各業(yè)對(duì)能源的需求量在逐年的遞增，呈現(xiàn)出飛速的發(fā)展模式，而我國(guó)是能源相對(duì)貧瘠的國(guó)家，煤炭和石油的儲(chǔ)存量較低，發(fā)達(dá)國(guó)家中的大多數(shù)人使用石油作為原材料，石油屬于不可再生資源，需要我們進(jìn)行綜合利用，而且會(huì)限制使用其他不會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃的原材料。我國(guó)通過(guò)一系列的研究，僅發(fā)明了使用三乙胺，二乙胺或氫氧化四乙銨的各種模板。然而，制備磷酸鋁分子篩的方法已經(jīng)開發(fā)了一種新型的DO123催化劑，其比相同的國(guó)際催化劑便宜，而其他科研機(jī)構(gòu)也正在研究相關(guān)的催化劑。在開始生產(chǎn)方面，中國(guó)很多年前建立了一座工廠，將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴，它是由神華煤化工公司開發(fā)建設(shè)的^[1]。

4.甲醇裂解的基本原理及工藝

甲醇催化裂化制氫工藝主要包括甲醇轉(zhuǎn)化段和變壓吸附段兩個(gè)過(guò)程。甲醇轉(zhuǎn)化過(guò)程包括進(jìn)料汽化過(guò)程，催化裂化轉(zhuǎn)化過(guò)程，轉(zhuǎn)化氣體冷卻和冷凝過(guò)程以及純化系統(tǒng)。變壓吸附法主要用于程序控制的氫氣純化。

4.1甲醇轉(zhuǎn)化段工藝

通過(guò)煤油的汽化將甲醇和軟化水加熱至170，然后加熱至210并進(jìn)入反應(yīng)器，甲醇和水通過(guò)催化作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。甲醇分解反應(yīng)是甲醇合成的逆反應(yīng)，是強(qiáng)吸熱反應(yīng)。需要外部加熱。根據(jù)反應(yīng)平衡的計(jì)算，分解反應(yīng)在高于230的溫度下完全進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力和水與醇的比例。可以使用高性能催化劑使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近平衡轉(zhuǎn)化率，以確保足夠的反應(yīng)溫度。根據(jù)平衡理論，壓力越低，重整氣體中的氫含量越高^[2]。但是，從背面的PSA單元的支持要求來(lái)看，有必要確保一定的工作壓力以提高氫氣回收率。

4.2變壓吸附的基本原理

變壓吸附的過(guò)程是在比壓下吸附和在低壓下解吸。由于吸附周期短，吸附熱散失而不能用于解吸，通常由于吸附熱和解吸熱引起的吸附層溫度不高，可以認(rèn)為是等溫過(guò)程。本體混合物的吸附分離是在固定的吸附床上進(jìn)行的。吸附劑床填充有一種或多種吸附劑，并且當(dāng)混合氣體以恒定壓力進(jìn)入吸附劑床時(shí)，由于氣體組分的吸附特性的差異，不同的組分被吸附并濃縮在吸附劑床中的不同位置來(lái)形成。最強(qiáng)的吸附組分集中在吸附床的填充端，最弱的吸附組分聚集在吸附床的出口端，由于吸附力的差異，剩余的富組分區(qū)域位于吸附床的中心^[3]。

具有更發(fā)達(dá)的微孔的固體吸附劑具有選擇性吸附和氣體混合物中不同組分的吸附能力的性質(zhì)，這允許氣體混合物的分離和吸附劑的再生，即在高壓下的再生。這將通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：通過(guò)在原料氣體中吸附諸如CO2和CO的雜質(zhì)，使難以作為產(chǎn)物吸附的氫通過(guò)吸附床，并降低吸附壓力以分解和吸附諸如CO2和CO的雜質(zhì)。再生吸附劑。采用多塔循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣體的分離和吸附劑的循環(huán)利用。該裝置采用6塔工藝，每個(gè)吸附塔接受吸附，1級(jí)下降，2級(jí)下降，反向排氣，排氣，2級(jí)提升，隔離，1級(jí)提升，隔離，最終升壓等10個(gè)步驟。在任何給定時(shí)間，兩個(gè)塔都處于吸水狀態(tài)。一旦兩個(gè)塔被吸附，其他四個(gè)塔處于不同的再生階段，六個(gè)塔連續(xù)運(yùn)行以連續(xù)生產(chǎn)氫氣。在執(zhí)行的過(guò)程中可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，保證運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)能源的需求量在不斷的增加，需要我們不斷的應(yīng)用新的技術(shù)和工藝提升甲醛裂解的制氫的能力，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。在甲醛裂解制氫的過(guò)程中，可以運(yùn)用新的吸附技術(shù)來(lái)提升氫氣的純度，滿足航天燃料和能源的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 李常艷，張慧娟，胡瑞生.甲醇制烯烴技術(shù)進(jìn)展及與石油烴裂解制烯烴對(duì)比[J].煤化工，2017，06（08）06：41-44.

[2]? 杜彬.石腦油裂解制烯烴與甲醇制烯烴對(duì)比分析[J].山西化工，2018，05（07）06：28-29+66.

[3]? 王錫波，韓曉玲，趙欣，等.甲醇裂解制氫技術(shù)應(yīng)用[J].山東化工，2016，42（3）：43-45.

（作者單位：廣東政和工程有限公司新疆分公司）