甲醇制氢工艺和甲醇制氢系统的制作方法

本发明涉及制备氢气的工艺和系统，尤其涉及一种甲醇制氢工艺和甲醇制氢系统。

背景技术：

1、甲醇蒸汽重整制氢或甲醇裂解制氢，需要在较高的温度下反应才能进行，要借助外部热源，能源消耗较大，其中的热源为化石燃料燃烧产生，会带来环境污染问题。另外，甲醇部分氧化反应制氢放热量大，如果反应温度或反应物的供应控制不当，容易导致局部催化剂结焦失活，影响反应的稳定性和和氢气的产率。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种甲醇制氢工艺和甲醇制氢系统。

2、本发明提供的一种甲醇制氢工艺，包括步骤：将第一部分甲醇在氧源和第一催化剂的存在下进行甲醇部分氧化反应，以提供第一热量和包含氢气的携带第三热量的第一合成气；利用第一热量将脱盐水转换成水蒸气；将第二部分甲醇与水蒸气混合，在第二催化剂的存在下进行甲醇蒸汽重整反应，以提供包含氢气的携带第二热量的第二合成气；其中，利用第一热量提供水蒸气的过程同步于甲醇部分氧化反应过程，甲醇蒸汽重整反应由所述携带第三热量的第一合成气供热。其中，水蒸气的温度为112~250℃。其中，在甲醇蒸气重整反应过程中，携带第三热量的第一合成气转变为携带第四热量的第一合成气，携带第三热量的第一合成气的温度为500~800℃，携带第四热量的第一合成气的温度为200~300℃。

3、优选地，在甲醇部分氧化反应之前，第一部分甲醇被加热到100~150℃的温度；在甲醇蒸汽重整反应之前，第二部分甲醇被加热到100~150℃的温度；其中，第一部分甲醇和第二部分甲醇的加热均利用第二热量和/或第四热量。

4、进一步地，还包括：采用变压吸附工艺或膜分离工艺对第一合成气和第二合成气形成的混合合成气进行氢气提纯得到产品氢气。

5、其中，氧源为空气、贫氮空气、富氧空气、贫氧空气和氧气中的至少一者；选择zn、zr、pd、au基催化剂中的任意一种或至少两种的组合作为第一催化剂；选择cu、zn、al基催化剂中的一种或至少两种的组合作为第二催化剂。

6、具体地，第一部分甲醇和第二部分甲醇的质量比为0.5:1~1.1:1，甲醇部分氧化反应的反应压力为0.05~3.0mpag，甲醇蒸汽重整反应的反应压力为0.05~3.0mpag。

7、本发明提供的一种甲醇制氢系统，包括第一反应器和第二反应器。第一反应器被构造成包括第一反应部和储水部，第一反应部和储水部流体不连通，第一反应部被构造成适于将第一部分甲醇在第一催化剂和氧源的存在下进行甲醇部分氧化反应，以提供第一热量和包含氢气的第一合成气，储水部被构造成适于储存脱盐水，并在甲醇部分氧化反应的同时吸收第一热量使脱盐水气化过热；第二反应器被构造成包括第二反应部和供热部，第二反应部和供热部流体不连通，第二反应部适于将第二部分甲醇和水蒸气的混合物在第二催化剂的存在下进行甲醇蒸汽重整反应，同时从供热部获取热量，以提供包含氢气的第二合成气。其中，水蒸气源自脱盐水的气化过热。

8、进一步地，甲醇制氢系统还包括汽包，在水蒸气的流向上，汽包设置于第一反应器的下游，且设置于第二反应器的上游。

9、在一些实施方式中，第一反应器和第二反应器均被构造成管壳式结构，第一反应器和第二反应器各自分别包括管程和壳侧腔。第一反应器的管程和壳侧腔中的一者被构造成第一反应部，另一者被构造成储水部。第二反应器的管程和壳侧腔中的一者被构造成第二反应部，另一者被构造成供热部。

10、本公开的特点及优点包括：本发明提供的甲醇制氢工艺和制氢系统，将甲醇部分氧化反应产生的热量通过两个介质分别利用。一个是通过脱盐水同步吸收部分氧化反应过程中产生的热量，在甲醇部分氧化反应进行的同时利用了第一热量，从而避免了局部反应温度过高导致第一催化剂失效，提高了甲醇部分氧化反应的平稳性。另一个是通过反应产生的第一合成气进行热量利用，在反应完成之后进行利用，为系统其它的需要供热的地方提供热源，确保了系统热量的合理利用，避免了从外部额外供热，降低了能源消耗。

技术特征：

1.一种甲醇制氢工艺，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，还包括：在甲醇蒸汽重整反应过程中，携带第三热量的第一合成气转变为携带第四热量的第一合成气；

3.根据权利要求2所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，所述水蒸气的温度为112~250℃。

4.根据权利要求2所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，还包括：采用变压吸附工艺或膜分离工艺对所述第一合成气和第二合成气形成的混合合成气进行氢气提纯得到产品氢气。

6.根据权利要求1所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，所述氧源为空气、贫氮空气、富氧空气、贫氧空气和氧气中的至少一者；

7.根据权利要求1所述的甲醇制氢工艺，其特征在于，所述第一部分甲醇和第二部分甲醇的质量比为0.5:1~1.1:1，所述甲醇部分氧化反应的反应压力为0.05~3.0mpag，所述甲醇蒸汽重整反应的反应压力为0.05~3.0mpag。

8.一种甲醇制氢系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的甲醇制氢系统，其特征在于，还包括汽包；

10.根据权利要求8所述的甲醇制氢系统，其特征在于，

技术总结本发明属于制备氢气的工艺和系统技术领域，提供了一种甲醇制氢工艺和甲醇制氢系统。制氢工艺包括：将第一部分甲醇在氧源和第一催化剂的存在下进行甲醇部分氧化反应，以提供第一热量和包含氢气的携带第三热量的第一合成气；利用第一热量将脱盐水转换成水蒸气；将第二部分甲醇与水蒸气混合，在第二催化剂的存在下进行甲醇蒸汽重整反应，以提供包含氢气的携带第二热量的第二合成气；其中，利用第一热量提供水蒸气的过程同步于甲醇部分氧化反应过程。通过脱盐水同步吸收部分氧化反应过程中产生的热量，在部分氧化反应进行的同时利用了第一热量，从而避免了局部反应温度过高导致第一催化剂失效，提高了甲醇部分氧化反应的平稳性。技术研发人员：付俊,杨帆,张维,郑蕾,初凤光受保护的技术使用者：上海亿维工业科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5