[发明专利]一种用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的工艺方法。

背景技术

由于不可再生资源的日益匮乏，国际原油价格的不断攀升，天然气等资源在某些地区不易得到等因素，促使清洁、有效的代用燃料产业的不断发展。氢气作为重要的清洁能源已日益在诸多领域得到广泛应用；二甲醚燃烧热值高，在燃烧过程中不会产生NO_X和CO等有害气体，也是一种理想的替代燃料。然而单独制备氢气或单独制备二甲醚的工艺方法均存在能耗较高的缺陷。

氢气的制备方法有传统的水电解制氢、富氢尾气提纯制氢、以及以天然气、煤、氨、甲醇、重油等为原料的裂解、分解、重整制氢等，其中甲醇水蒸汽重整制氢由于原料来源方便、操作容易等优势而应用较多。目前的甲醇水蒸汽重整制氢一般按照以下工艺过程进行：甲醇与水按照一定比例混合后用泵增压至0.8—2.5MPa，经预热、汽化、加热至230-280℃，然后在反应器内进行催化重整反应，得到含氢的重整混合气，该重整混合气经提纯处理后即可获得产品氢气。甲醇水蒸汽重整制氢反应是一个吸热反应，需要外部热源不断供热才能维持反应的进行。传统的甲醇水蒸汽重整制氢工艺一般通过热载体将煤或者石油产品燃烧所产生的热量传送到反应器，维持重整反应的正常进行，生产装置的能耗较大，工艺成本较高，生产能力为1000Nm³/h的甲醇水蒸汽制氢装置用于燃烧供热的煤消耗为0.6t/h，同时还需消耗大量的纯净水，生产每标准立方氢气需消耗纯水0.32kg。并且，煤和石油产品的燃烧对环境造成了一定的污染。

目前工业上大规模的二甲醚生产普遍采用的是甲醇气固催化脱水法，其生产过程主要是：原料甲醇汽化后送入脱水反应器进行反应，从脱水反应系统出来的反应产物(含反应生成物二甲醚、水、未反应的甲醇等)送入二甲醚精馏塔进行精馏分离，获得二甲醚产品，从进塔釜排出的甲醇与水等组分的混合液靠自压送甲醇回收塔进行精馏分离，从甲醇回收塔回收甲醇，并将提纯后的甲醇再返回作原料，而从甲醇回收塔塔釜得到的水则排出系统。该方法同样存在能耗较高的缺陷，并且生产过程中所产生的蒸馏水及反应生成水均未得到任何有效利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种能节能、节水的用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的方法，包括以下步骤：

(1)甲醇水蒸汽重整制氢：将甲醇与水或甲醇脱水反应得到的冷凝液混合，使反应原料中甲醇与水的重量比为1：0.05～1：0.2，混合原料经预热器6预热至80～90℃，送入汽化器2汽化，汽化温度为150～200℃，汽化后的混合原料经过热器3加热至190～240℃后送入重整反应器4，在反应压力为0.2MPa、温度为240～280℃、甲醇水蒸汽重整制氢催化剂存在的条件下进行催化重整反应，控制催化剂用量使甲醇反应比例为10～40％，获得含氢、二氧化碳、甲醇气的重整混合气；

(2)甲醇脱水反应：甲醇水蒸汽重整制氢反应所获得的重整混合气进入脱水反应器5，未反应的甲醇在反应压力为0～1.0MPa、温度为240～280℃、甲醇脱水催化剂存在的条件下进行脱水反应并释放热量，得到含有氢、二甲醚、甲醇气、水蒸汽、二氧化碳的混合气；

甲醇脱水反应所释放的热量通过反应装置壳程的导热载体传递给甲醇水蒸汽重整反应；

(3)甲醇脱水反应获得的混合气经换热器6换热、冷却后在气液分离器7中分离出甲醇和水，得到含氢气、二甲醚、二氧化碳及少量水蒸气、甲醇气的混合气；分离器7分离出的甲醇和水通过管道再次回到原料中继续参与反应。

甲醇水蒸汽重整制氢反应所用催化剂为铜基甲醇水蒸汽重整催化剂，甲醇脱水反应所用催化剂为γ-Al₂O₃脱水催化剂，铜基甲醇水蒸汽重整催化剂和γ-Al₂O₃脱水催化剂的体积比为1：4～1：20。所述铜基甲醇水蒸汽重整催化剂和γ-Al₂O₃脱水催化剂的体积比最好为1：4～1：10。

本发明经甲醇脱水反应及气液分离后所获得的混合气含有体积比为37～48.9％的氢气、33～49.8％的二甲醚、12.2～16.2％的二氧化碳，其余为水蒸气和甲醇气，该混合气燃烧热值高，在燃烧过程中不会产生NOX和CO等有害气体，可替代中小企业使用的液化石油气或高污染的水煤气供热。