一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线的制作方法

本申请涉及甲醇制氢的领域，尤其是涉及一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线。

背景技术：

氢气是常用的工业气体之一，在石油、化工、精细化工、医药中间体等行业中氢气是重要的合成原料气，在冶金、电子玻璃、机械制造中氢气是不可缺少的保护气，同时也用作航空航天燃料，在国外，氢气还被越来越广泛的作为清洁能源使用。

相关技术中，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过热器过热后进入转换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，塔顶气送变压吸附装置提纯。甲醇水蒸气裂解反应为吸热反应，原料催化裂解过程中需要一定的温度，催化裂解时温度越高转化率越高。转换器包括反应体，反应体内设置有电热管，通过电加热方式提高反应体内的温度。

针对上述中的相关技术，发明人认为相关技术中，转换器通过电加热的方式操作方便，但通电后的电热管加热速度较快，从而使得反应体内升温和降温速度比较快，导致催化剂内部结构因快速地热胀冷缩而内应力增加，从而使得内部结构发生破裂损坏，使用寿命降低。

技术实现要素：

为了解决转换器升温和降温速度过快而导致催化剂使用寿命降低的问题，本申请提供一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线。

本申请提供的一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线采用如下的技术方案：

一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线，所述生产线包括依次连接的原料仓、换热器、过热器和转换器，所述生产线还包括冷却器、分离器、变压吸附器和导热装置，所述转换器包括反应体，所述导热装置包括导油管，所述导油管连接有若干根加热微管，每根所述加热微管分为加热段和分流段，若干根所述加热微管的加热段均匀的缠绕在所述反应体上，若干根所述加热微管的分流段位于所述反应体和导热装置之间且长度依次递增。

通过采用上述技术方案，导热装置提供热源，热源从加热微管的分流段引入加热微管的加热段内，使得反应体内的原料在催化剂和温度共同作用下进行催化裂解。加热微管的分流段长度不同，热源进入加热段的时间不同，分流段的长度依次递增，热源有序进入加热段内，同时，停机后，加热微管内的热源也有序排出，使得反应体实现缓慢升温和降温的作用，催化剂即能实现缓慢加温和降温的效果，起到延长催化剂使用寿命的作用。

可选的，所述导热装置包括加热炉，所述加热炉内设有油箱，所述变压吸附器连接有能够排出含有可燃性燃料的解吸气管和氢气管，所述解吸气管与所述加热炉连接为所述加热炉提供燃料，所述油箱内填充有为所述反应体和过热器提供热源的导热油。

通过采用上述技术方案，甲醇制氢过程中，变压吸附器为最后制氢的提纯步骤，通过变压吸附器提纯后，从氢气管排出纯度较高的氢气，其他废气从解吸气管排出，其中包括少量的氢气和二氧化碳等，通过加热炉与解吸气管连接，将该废气利用在导热装置上，起到节约资源的效果。

可选的，所述导热装置还包括第一保温箱和导热油，所述第一保温箱一端与所述油箱连接，所述第一保温箱内设有电热管，所述电热管电连接有控制开关，所述转换器连接有温度检测器，所述温度检测器与所述控制开关电连接；所述第一保温箱另一端与所述导油管连接，所述第一保温箱和反应体之间连接有第二保温箱，所述加热微管的分流段以及所述导油管位于所述第二保温箱内。

通过采用上述技术方案，导热装置主要是向转换器提供热能，但废气通过加热炉产生的热量，经由导热油传递后，转换器器容易存在热源不足的问题。当废气温度不够时，启动控制开关，通过电热管对第一保温箱内的导热油进行加热。废气温度不足时，反应器内的温度会缓慢降低，温度检测器的设置，便于及时发现废气能量不够的情况，当温度检测器检测到反应器内温度低于设定的温度范围时，自动启动控制开关开启，电热管对第一保温箱内的导热油进行加热。分流段为热源最初到达位置，温度较高，容易烫伤工人，通过第二保温箱的设置，起到隔离保护作用，同时减少热量流失，并提高了导热装置外观整体的简约度。

可选的，若干所述加热微管远离所述导油管的一端延伸有加热管，所述加热管盘旋在所述过热器内，所述加热管远离所述导油管的一端连接有出油管，所述出油管远离所述加热管的一端连接有循环泵，所述循环泵与所述油箱连通。

通过采用上述技术方案，加热微管内的热油对转换器进行导热后，加热微管内的热油仍存有大量的热量，加热微管延伸的加热管通到过热器位置，并缠绕在过热器上，对过热器内的原料进行加热。循环泵将使用后的导热油循环到油箱内，进行重复循环使用，起到节约资源的作用。

可选的，所述分离器连接出气管和出液管，所述出气管与所述变压吸附器连接，所述出液管连接有存储罐，所述存储罐连接有液相分谱仪。

通过采用上述技术方案，甲醇与脱盐水在过热器中形成蒸汽，蒸汽进入转换器中，经由转换器的催化剂以及高温作用下，产生主要含有二氧化碳的氢气。气体回到换热器中，作为换热介质与后进入换热器中的甲醇与脱盐水进行换热后，进入冷却器中进行冷却，在进入汽水分离器中进行洗涤和分离，形成杂质含量较少的气体和未完全反应的甲醇与脱盐水，气体进入变压吸附器中进行提纯。甲醇与脱盐水进入制氢生产线时，两者比例为1：1.8，目的是以便甲醇能够充分反应。甲醇与脱盐水在反应器中反应时，由于催化剂失活、甲醇挥发、设备腐蚀等其他外界因素，形成的未完全反应的甲醇与脱盐水含量不确定，当未完全反应的甲醇与脱盐水保持脱盐水比例大于甲醇比例时，直接进入原料仓中，不影响后续继续使用。当在反应器、换热器、冷却器和分离器外界环境影响下，未完全反应的脱盐水比例比甲醇比例小时，直接回收到原料仓中利用，并不影响制氢，但容易影响生产线制氢产量，生产线制氢产量值无法提前计划，从而影响后续工作。在分离器的出液口连接存储罐，将未完全反应的甲醇与脱盐水先储存在存储罐内，在收集到一定量时，通过连接的液相分谱仪，对未完全反应的甲醇与脱盐水内含量比例进行在线检测分析。

可选的，所述存储罐连接有第一加料罐和第二加料罐，所述存储罐与所述第一加料罐之间设有第一阀门，所述存储罐与所述第二加料罐之间设有第二阀门。

通过采用上述技术方案，根据液相分谱仪检测出甲醇或脱盐水的色谱峰分析，当得出结果甲醇含量较少时，通过打开第一阀门，在存储罐中添加甲醇量，使存储罐中甲醇与脱盐水比例在1：1.8可浮动的比例范围内。当得出结果脱盐水含量较少时，通过打开第二阀门，在存储罐中添加脱盐水量，使存储罐中甲醇与脱盐水比例达到可浮动的比例范围内。以便后续生产线制氢过程中，氢产物量在可控范围内。

可选的，所述存储罐连接有三通球阀，所述三通球阀包括第一通口、第二通口和第三通口，所述第一通口与存储罐连接，所述第二通口与液相分谱仪连接，所述第三通口与原料仓连接，所述存储罐与所述第一通口之间连接有可拆卸连接的过滤组件。

通过采用上述技术方案，转换器、换热器和冷却器经过长期使用，会出现腐蚀或杂质的情况，分离器分出的未完全转化的甲醇和脱盐水内会存在杂质。但液相分谱仪对其检测的液体精密度要求比较高，需要过滤组件进行过滤，通过滤组件对存储罐引出的甲醇与脱盐水进行过滤，再通入液相分谱仪内，起到保护液相分谱仪的作用，以便液相分谱仪的检测精度能够长期达标。对存储罐内混合液进行检测时，通过三通球阀控制存储罐与液相分谱仪连通，对存储罐中甲醇与脱盐水含量进行填充后，通过三通球阀控制存储罐与原料仓连通，将比例与原料仓中保持一致的混合液引入原料仓内。

可选的，所述过滤组件包括过滤膜和互相插接的第一安装皿和第二安装皿，所述第一安装皿和第二安装皿插接后形成有空腔，形成的整体为过滤皿，所述过滤膜位于空腔内，所述过滤皿外壁周向上包裹有橡胶圈，所述第一安装皿远离所述第二安装皿的一端与所述存储罐密封连接，所述第二安装皿远离所述第一安装皿的一端与所述三通球阀密封连接。

通过采用上述技术方案，通过过滤膜对存储罐引出的甲醇与脱盐水进行过滤，第一安装皿和存储罐密封连接，第二安装皿和三通球阀密封连接，橡胶圈用于密封第一安装皿和第二安装皿连接位置。

可选的，所述过滤膜由聚醚砜材质材料制成。

通过采用上述技术方案，聚醚砜材质耐化学药品性良好，可长效过滤。

可选的，所述第一安装皿、第二安装皿和橡胶圈均为医用塑料制成。

通过采用上述技术方案，同时，第一安装皿、第二安装皿和橡胶圈由医用塑料制成，减少过滤组件对甲醇和脱盐水进行二次污染。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过加热微管的分流段方式控制其长度依次递增的设置，导热装置中的导热油缓慢进入加热段，对转换器进行加热，使得转换器缓慢升温，能够起到延长转换器内催化剂使用寿命的效果；

2.通过加热炉和解吸气管连接的设置，对解吸气进行利用，能够起到节约资源的效果；

3.通过液相分谱仪的设置，对存储罐内回收的混合液进行检测，再通过检测结果，调整混合液的比例，回收到原料仓内实用，能够起到使得生产线的氢产量处于可控范围的效果。

附图说明

图1是本申请实施例中的甲醇制氢生产线的整体结构示意图。

图2是本申请实施例中展示导热装置内部结构的示意图。

图3是本申请实施例中原料仓、换热器、过热器和转换器的剖视图。

图4是图1中a部的放大图。

图5是图1中b部沿c-c线的剖视图。

图6是图2中d部的放大图。

附图标记说明：1、导热装置；11、导热油；12、循环泵；13、加热炉；14、油箱；15、第一保温箱；151、电热管；152、控制开关；16、第二保温箱；17、导油管；18、加热微管；181、分流段；182、加热段；183、第一隔套；184、加热管；19、出油管；2、原料仓；3、换热器；31、内腔；32、外腔；4、过热器；41、过热体；5、转换器；51、反应体；6、冷却器；7、分离器；71、出气管；72、出液管；8、变压吸附器；81、氢气管；82、解吸气管；9、存储罐；91、液相分谱仪；92、第一加料罐；921、第一阀门；93、第二加料罐；931、第二阀门；94、三通球阀；941、第一通口；942、第二通口；943、第三通口；95、过滤组件；951、第一安装皿；9511、第一连接部；9512、第一插接部；952、第二安装皿；9521、第二连接部；9522、第二插接部；9523、过滤皿；9524、过滤膜；9525、橡胶圈。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线。参照图1和图2，一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线包括依次连接的原料仓2、换热器3、过热器4和转换器5，生产线还包括依次连接的冷却器6、分离器7和变压吸附器8。原料仓2内配有甲醇和脱盐水，作为制氢原料。原料仓2连接有负压泵，通过生产线进行制氢时，原料仓2内的原料在负压泵作用下，引流到换热器3内。本实施例中，原料仓2内甲醇和脱盐水比例为1：1.8。该比例中，甲醇的量小于脱盐水比例，主要是根据实际生产的需要设定，通过加大脱盐水的比例，提高甲醇的反应程度，以便甲醇能够充分反应。

参照图2和图3，换热器3包括内腔31和外腔32，原料从换热器3的外腔32通过，经由内腔31的换热介质预热后，进入过热器4中进行加热。经过过热器4加热后的原料形成蒸汽，蒸汽被引流到转换器5内，进行催化裂变。理想状态下，原料催化裂变后形成75%氢气、24%二氧化碳和其他少量气体。形成的混合气体，再通入换热器3的内腔31内，作为换热介质对后进入换热器3的外腔32的原料进行预热，起到节约资源的作用。因此，制氢初期，换热器3的内腔31内没有换热介质，在最初的甲醇和脱盐水经由转换器5形成可回收利用的混合气体后，进入换热器3的内腔31内作为换热介质使用。混合气体从换热器3的内腔31流动到冷却器6中进行冷却，冷却后的混合气体，引流到分离器7中，并在分离器7的作用下，分离出未完全转化的甲醇和脱盐水以及主要含有氢气的气体。含有氢气的气体最后引入变压吸附器8内进行提纯，获得纯度较高的氢气和其他解吸气。

参照图1和图2，分离器7连接有出气管71和出液管72，出气管71与变压吸附器8连接，分离器7分离出含有氢气的气体通过出气管71进入变压吸附器8内。出液管72连接有存储罐9，未完全转化的甲醇和脱盐水从出液管72输送到存储罐9内。由于原料受到甲醇挥发、催化剂失活、设备腐蚀等影响，进入存储罐9内未完全转化的甲醇和脱盐水比例受到影响。故存储罐9连接有液相分谱仪91、第一加料罐92和第二加料罐93。第一加料罐92内存有甲醇，第一加料罐92与存储罐9之间设有第一阀门921；第二加料罐93内存有脱盐水，第二加料罐93与存储罐9之间设有第二阀门931。存储罐9内的混合液收集到一定程度后，启动液相分谱仪91，通过液相分谱仪91的输液泵向存储罐9内提取部分混合液，进入液相分谱仪91的检测器中进行检测。当操作人员对检测结果进行分析，存储罐9中甲醇含量较少时，通过打开第一阀门921添加甲醇，直至存储罐9中甲醇与脱盐水比例达到原料仓2中甲醇与脱盐水比例；存储罐9中脱盐水含量较少时，通过打开第二阀门931添加脱盐水，直至存储罐9中甲醇与脱盐水比例达到原料仓2中甲醇与脱盐水比例，以便整个生产线的氢气产量处于可控范围内。

参照图1和图4，存储罐9连接有三通球阀94，三通球阀94包括第一通口941、第二通口942和第三通口943，第一通口941与存储罐9连通，第二通口942与液相分谱仪91连接，第三通口943与原料仓2连通。将存储罐9与液相分谱仪91连通，存储罐9内混合液经过液相分谱仪91检测，甲醇与脱盐水比例与原料仓2中甲醇与脱盐水比例相同时，将存储罐9与原料仓2进行连通。经过负压泵的作用，使得存储罐9内混合液引入原料仓2内，进行再利用，起到节约资源的作用。

参照图1和图4，由于液相分谱仪91检测时，对检测物的纯度要求比较高，故在存储罐9与第一通口941之间安装有过滤组件95，通过过滤组件95对进入液相分谱仪91的混合液进行过滤。

参照图1和图5，过滤组件95包括互相插接的第一安装皿951和第二安装皿952，第一安装皿951包括第一连接部9511和第一插接部9512，第二安装皿952包括第二连接部9521和第二插接部9522。第一插接部9512和第二插接部9522均呈“匚”型，第一连接部9511与存储罐9连接的管路密封连接，第二插接部9522与第一插接部9512插接形成过滤皿9523，过滤皿9523内形成空腔，空腔内设有过滤膜9524，过滤膜9524由聚醚砜材质材料制成，第二连接部9521与三通球阀94上的第一通口941连接的管路密封连接。存储罐9中的混合液进入过滤皿9523内，经过过滤膜9524进行过滤后进入液相分谱仪91检测。本实施例中，第一连接部9511与存储罐9以及第二连接部9521与三通球阀94连接的管路均采用过盈配合和抱箍方式相结合的方式进行密封，方便过滤组件95进行拆卸，对过滤膜9524进行更换。过滤皿9523外包裹有橡胶圈9525，通过橡胶圈的收紧作用对第一插接部9512和第二插接部9522连接位置进行固定，同时可对第一插接部9512和第二插接部9522连接位置进行密封，减少外界杂质进入过滤皿9523中，对过滤膜9524造成污染。本实施例中橡胶圈9525、第一安装皿951和第二安装皿952均由医用级塑料材料制成，减少过滤组件95自身对通过的甲醇和脱盐水进行二次污染的情况。

参照图1，分离器7分离出的气体进入变压吸附器8中，经过提纯后形成纯度较高的氢气和解吸气。变压吸附器8上连接有氢气管81和解吸气管82，提存后的氢气通过氢气管81收集，解吸气管82输出其他废气。

参照图3和图6，转换器5包括反应体51，过热器4包括过热体41，转换器5和过热器4在工作过程中，需要加热，故生产线还包括导热装置1，导热装置1为过热体41和反应体51提供热能。

参照图2和图6，导热装置1包括循环泵12、加热炉13、油箱14、第一保温箱15和第二保温箱16，油箱14固定在加热炉13内，加热炉13上设有点火头，油箱14和第一保温箱15内填充有导热油11。解吸气管82输出的废气含有少量可燃气体，加热炉13与解吸气管82连接，解吸气管82排出的废气，作为加热炉13的燃料，通过点火头点燃加热炉内的解吸气，燃烧的燃料可对油箱14内的导热油11进行加热。本实施例中，油箱14由耐高温材料制成。

参照图2和图6，循环泵12与油箱14连通，油箱14内的导热油11在循环泵12的作用下进入第一保温箱15内。

参照图3和图6，第一保温箱15连接有导油管17，导油管17连接有若干加热微管18，加热微管18包括互相连接的分流段181和加热段182，分流段181与导油管17的出口接通。分流段181位于第二保温箱16内，减少导热油11的热量流失。若干加热微管18的加热段182依次缠绕在反应体51的周壁上，反应体51外部套有第一隔套183，用于隔离加热段182，以免加热段182直接暴露烫伤工作人员的情况。每根加热微管18的加热段182延伸有加热管184，加热管184以螺旋方式盘绕在过热体41内。分流段181与加热段182以及加热管184直接暴露阶段均包裹有隔热管套，减少对工作人员造成烫伤的情况。

参照图2和图3，若干加热管184均连接有同一出油管19，出油管19与循环泵12连接。导热油11从油箱14和第一保温箱15内通过循环泵12加压，进入不同的加热微管18中，在经过每根加热微管18的分流段181进入加热段182内，最短的分流段181内的导热油11最先进入其连接的加热段182中，导热油11经过加热段182后进入加热管184中，加热管184内导热油11导热后进入出油管19内，最终出油管19的导热油11循环到油箱14内，再经过加热循环利用。

参照图3和图6，加热微管18的分流段181位于第二保温箱16内由上至下依次排列，每个分流段181均设置为含有螺旋部分的管路，且每个分流段181上的螺旋段管路长度由上至下依次增加，从而使对应的分流段181的长度依次增加。最短分流段181连接的加热段182最先通入导热油11，若干的加热段182依次通入导热油11，对反应体51进行加热，使得反应体51的温度缓慢上升，减少反应体51急速升温对催化剂造成影响的情况，减少催化剂材料内应力过大，导致催化剂材料体系内部结构产生崩解和损坏的情况，从而延长催化剂的寿命。

参照图3和图6，本实施例中，导油管17、加热微管18、加热管184和出油管19均由保温防腐材料制成，起到减少设热量流失以及提高安全性的效果。

参照图2和图3，第一保温箱15内设有电热管151，电热管151电连接有控制开关152。解吸气管82排出的废气量达不到生产线的需求量，当加热炉13的燃料不够时，油箱14的温度缓慢降低，导致反应体51内的温度随之降低。转换器5上安装有温度检测器，温度检测器的检测端伸入反应体51内，当温度检测器检测到反应体51内的温度低于系统设定温度，系统控制控制开关152开启，电热管151通电对第一保温箱15内的导热油11进行加热，使得导热油11持续为转换器5和过热器4提供热能。

参照图1，甲醇制氢生产线对安全要求较高，操作人员需要定期对甲醇制氢生产线进行检测，以免出现大面积甲醇泄露的情况。一般通过人工定时对甲醇制氢生产线周边的空气中甲醇含量进行检测，检测频率一般为2小时一次，检测比较频繁，且耗时耗力，整条生产线上可连接有若干个甲醇检测器，通过甲醇检测器对生产线进行实时检测，同时，甲醇检测器连接有报警器，当甲醇检测器检测到异常情况时，启动报警器，及时提醒操作人员，进行安全维护，降低危险情况发生的概率。

本申请实施例一种阶梯式缓慢变温甲醇制氢生产线的实施原理为：原料仓2内的原料经过换热器3进行预热，再经过过热器4加热，加热后的原料引入转换器5中进行转化。转换形成的混合气含有较大的热量，混合气作为换热器3的换热介质，再次从换热器3通过，从换热器3中通过的混合气仍存有部分热量，进入冷却器6中进行冷却。冷却后的混合气通入分离器7中，进行洗涤和分离。分离器7分离后形成含有较多氢气的混合气以及未完全转化的甲醇和脱盐水，未完全转化的甲醇和脱盐水收集到存储罐9内，混合气进入变压吸附器8内进行提存。

存储罐9内的混合液收集到一定程度后，提取部分到液相分谱仪91进行检测，并通过第一加料罐92和第二加料罐93补充甲醇或脱盐水，使得存储罐9内的混合液甲醇和脱盐水比例与原料仓2内相同，最后通入原料仓2内再利用。

导热装置1为转换器5和过热器4提供热能，变压吸附器8提存后产出纯度较高的氢气以及解吸气，解吸气通入加热炉13内，作为燃料进行废物利用，对油箱14进行加热。加热炉13燃料不够时，通过电热管151对第一保温箱15内的导热油11进行加热，加热后的导热油11经过加热微管18，缓慢对反应体51进行加热。导热油11进入加热管184中，对过热体41进行加热。导热油11使用后通过循环泵12依次进入油箱14和第一保温箱15内进行加热，形成循环加热系统。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。