1.课题背景

化石燃料的大量使用引发了严重的环境污染，使得清洁新能源的开发越来越受到人们的重视。新型清洁能源主要有太阳能、生物质能、风能、潮汐能和氢能等。氢能作为具有代表性的新型清洁能源，是一种广泛应用于化工、冶金、电力、电子等行业的气体，由于氢的热值高，反应速度快，并且燃烧后水是它的唯一产物，是21世纪最理想的绿色能源。

随着石油炼制行业以及三大合成材料为中心的石油化学工业的飞速发展，氢气消耗量也在迅速增加。很多有机合成工业、冶金工业、电子工业都迫切需要大量纯氢，氢气消耗费用已成为各个用氢企业的主要成本，氢气的成本决定了企业的盈利水平。因此，开发新的制氢工艺以及改进现有制氢工艺、降低生产成本，扩大氢生产资源，已成为制氢项目经济分析的重要任务，受到人们的普遍关注。本课题重点设计甲醇制氢的工艺路线。

2.制氢工艺

我国现阶段制氢技术有5大类：

一是传统的电解水法，这种方法由于能耗过高，除已建成装置外，已少有新建装置。

二是采用煤焦汽化技术，该工艺是我国传统间歇式煤气化技术的改进，采用氧气、蒸汽常压气化，可以采用三级冶金焦、白煤、型煤作原料，在生产运转中只需调整部分工艺技术指标和小规模技改，即可实现3种原料的切换生产。相对于大型气化技术建设周期短。缺点是能耗大、投资较高、污染大，原料采购受限。

三是采用变压吸附提纯焦炉气技术，焦炉气制氢技术是采用变压吸附的工艺，从炼焦行业副产的焦炉气中提取纯氢。其基本原理是利用固体吸附剂对气体的吸附具有选择性，以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生，达到提纯制氢的目的。国内不少焦化企业改变过去只焦不化、焦炉气点天灯的既浪费资源又污染空气的做法，充分利用焦炉气制氢已建成制氢、甲醇、二甲醚等装置。经过近几年的应用，目前焦化技术已经运转成熟、可靠，装置建设投资低、占地面积小、生产成本低、自动化程度高，属于废气回收利用的环保项目。缺点是该工艺的生产装置只能依靠焦化企业就近兴建，否则管道输送氢气的成本将非常昂贵。

四是天然气、烃类转化、重油裂解等技术，其中天然气制氢是由天然气和蒸汽催化反应转化制转化气和变压吸附提纯氢气2部分组成：压缩并脱硫后天然气与水蒸气混合，在镍催化剂的作用下于820 ℃~950 ℃将天然气转化为含氢气、一氧化碳和二氧化碳的转化气，转化气通过变换将一氧化碳变换为氢气，成为变换气。然后，转化气或者变换气通过变压吸附过程，得到高纯度的氢气。该技术已在国内成功运用20多年，生产技术成熟，运行安全可靠，操作控制稳妥实用，自动化程度高，占地面积小，投资较低，基本无”三废”排放，反应热和余热能够充分利用，装置能耗显著降低（如 PSA解吸气可回烧，既降低燃料消耗，又减少废气排放），生产规模的选择性较大。缺点是，只能选择有合适天然气资源的地区建设。

五是甲醇制氢技术。甲醇制氢技术的原料易得、工艺流程短、设备简单、投资和能耗低，制氢成本较低，非常适用于中小规模用氢企业。此外，甲醇的氢含量高，运输和储存方便，因此也成为车载制氢的理想原料。与传统的制氢方法相比，甲醇重整制氢具有以下3个优点：⑴制氢原料来源广泛且价格低廉，甲醇作为一种常见的化工原料，既可从化石资源中制得，又可从生物质（一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质）中制得；⑵氢元素利用率高，甲醇分子式为CH₃OH，含氢量高，能量密度高，氢气的产率高；⑶制氢装置简单，甲醇便于储存和运输，可以做成组装式或可移动式的甲醇制氢装置。近年来以甲醇为原料制氢显示出广泛的应用前景。甲醇制氢方式有：甲醇分解、甲醇水蒸气重整( MSR )和甲醇氧化重整，其中甲醇分解制氢的特点是高温下反应迅速，但产物中CO 含量高，需外部供热；甲醇氧化重整的特点是反应迅速，反应条件温和，易于启动，但是产物中H₂ 含量较低。而甲醇水蒸汽重整制氢是近年来发展较快的制氢方法，具有操作方便、 原料易得、 反应条件温和、 副产物少等优点。产物中H₂ 含量高，重整温度较低，并且工艺流程简单，使得其成为制氢的较好的方法。

3.小结

由于本设计的目的是2000 Nm³/h 甲醇制氢装置的设计，所以选用甲醇水蒸汽重整为本设计的生产工艺制取氢气。