甲醇制氢生产装置课程设计

1. 甲醇制氢

1.甲醇裂解制氢CH3OH → CO+2H2
吸热反应，可利用发动机的废热增加燃料热值。产物中CO 含量高。
2.甲醇水蒸气重整制氢: CH3OH(l)+H2O(l)→CO2+3H2氢碳比高，无CO 产生。需外部供热。
3.甲醇部分氧化制氢:CH3OH(l)+1/2O2+2N2→ 2H2+CO2+2N2 快速放热反应。会产生局部过热使催化剂烧结。
4.甲醇内氧引水重整制氢: CH3OH+1/8O2+3/4H2O﹦CO2+11/4H2氢碳较高，无CO 产生，无需外部供能，反应体系启动快、效率高。反应体系复杂。

2. 甲醇水的连续精馏塔课程设计

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3. 甲醇制氢的基本概述

甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂, 在催化剂的作用下, 发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳, 这是一个多组份、 多反应的气固催化反应系统。反应方程如下:
CH3OH→CO+2H2 (1)
H2O+CO→CO2+H2 (2)
CH3OH+H2O→CO2+3H2 (3)
重整反应生成的H2和CO2, 再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离,得到高纯氢气。

4. 甲醇裂解制氢的工艺过程

工艺流程如图所示。
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塔，汽化后的水甲醇蒸汽经锅热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、冷却冷凝后进入水洗吸收塔，塔釜收集未转化完的甲醇和水供循环使用，塔项气送变压吸附装置提纯。
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%。设计处理能力为1500 Nm3/h转化气、纯度为99.9%的变压吸附装置，其氢气回收率可达90%以上。
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。

5. 甲醇制备氢气的方程式

甲醇制氢技术是以甲醇、脱盐水为主要原料，甲醇水蒸气在催化剂床层转化成主要含氢气和二氧化碳的转化气，该转化气再经变压吸附技术提纯得到纯度为99.99%的产品氢气的工艺技术。本技术分两部分即甲醇转化技术和变压吸附提纯技术。

甲醇和水的蒸汽在高于200℃的温度条件下通过专用的催化剂床层会发生转化反应，生成化学比例的氢气和二氧化碳。其化学方程式如下：

CH3OH+ H2O → CO2+3 H2－49.5 KJ/mol ⑴

转化反应的同时伴随有副产物 CO生成，经过对反应热力学和反应机理的研究，结果表明该转化反应是由两步反应完成的，即甲醇裂解反应和一氧化碳变换反应。其过程方程式如下：

CH3OH → CO+2H2 －90.7 KJ/mol ⑵

CO+H2O → CO2+H2 ＋41.2 KJ/mol ⑶

甲醇水蒸气转化反应为吸热反应。为节约能耗和物耗，需保证反应在高单程转化率和高选择性下进行，所以一般控制反应温度应高于230℃，而反应的高选择性是由高选择性的专用催化剂和操作工艺参数决定的。

甲醇水蒸汽转化反应为分子增加的反应，一般情况下加压不利于转化反应的正方向进行。由于变压吸附技术和后续用户对氢气压力要求，为节约气体压缩过程的电耗，转化气一般可在0.7～2.5MPa间。

没有参与反应的甲醇经冷却冷凝后部分随反应转化带出，利用甲醇和水的物理性质进行水洗回收其中的甲醇，既降低原料甲醇的消耗，又可以减少后续变压吸附装置吸附剂装填量，提高氢气的回收率。回收的甲醇在系统循环。

专用转化制氢催化剂是该转化工艺的核心，主要组分为氧化态的铜、锌、铝，活性组分为单质铜，在投料使用前进行还原活化，将氧化态的催化剂变为具有活性的单质铜。催化剂的还原过程以氢气为还原剂，氮气作为为载体和稀释剂。

在催化剂使用初期，催化剂的活性较高，可在较低的温度下进行反应。随着催化剂使用时间的延长，催化剂活性会逐渐下降，需逐渐提高反应温度以提高反应速度、保证甲醇的单程转化率和产气量。