甲醇制氢项目的吸收装置设计开题介绍.doc

中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系： 机械工程系 专 业： 过程装备与控制工程 设 计 题 目： 甲醇制氢项目的吸收装置设计 指导教师: 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 一、甲醇制氢研究背景及意义 氢气市场应用领域广阔，广泛应用于化工、冶金、电力、电子等行业，用作保护气体、还原气体、原料气体和燃料电池燃料。其次，氢的热值高，反应速度快，获得途径多，储存形式多样。并且氢的燃烧，水是它的唯一产物，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源。由于其经济性、机动性、环境友好性，因此扩大氢生产资源、开发新的制氢工艺以及改进现有制氢工艺，受到人们的普遍关注。 制氢的原料包括：煤炭、水、烃类、氨气、硫化氢、有机废水、生物质和醇类。煤炭制氢成本低且可大规模制氢，但制氢工艺流程较长，操作环境差。以水为原料制氢方法包括：太阳能高温电解水工艺、核热高温电解水工艺、碘硫循环制氢工艺、光催化分解水技术。分解硫化氢、氨气制氢方法只要包括：高温热解法、光催化法和等离子化学离解法。生物质制氢主要包括生物法和热解-气化法。有机废水制氢主要包括：光催化降解法、生物发酵法和生物电化学法。目前工业上规模较大的制氢原料主要采用烃类（主要是甲烷）和醇类（主要是低碳醇）。烃类制氢原料便宜，但流程长，投资高。醇类制氢所用原料为液体、产物及副产物为气体，物料均以管道输送，便于装置的自动控制；反应后生成氢气与二氧化碳，无任何有毒有害于环境的废弃物产生，为清洁环保的绿色工艺，具有原料易得、清洁、适应范围广的特点。 二、甲醇制氢工艺国内外研究的方法及现状 醇类制氢原料目前研究较多的是甲醇和乙醇。醇制氢由于具有反应温度低，氢产量高的优点，目前应用更加广泛。 1 甲醇制氢工艺方法 甲醇制氢工艺包括气相重整法和液相法。甲醇气相重整制氢与乙醇重整制氢和烃类制氢工艺相比，具有反应温度低(200～300℃)及氢提纯步骤少的优点。液相法是近些年研究的新方向，目前处于实验室研究阶段，未实现工业化。 1.1 甲醇气相制氢 甲醇气相制氢工艺包括甲醇裂解制氢、甲醇水蒸气重整制氢、甲醇部分氧化制氢和自热重整制氢等工艺过程。 1.1.1 甲醇裂解制氢 甲醇裂解反应方程式为：CHOH ? CO + 2H2 该反应为合成气制甲醇的逆反应，是吸热反应。该反应动力学的研究目前已经有很多的报导，目前研究的重点是新型高活性、选择性和稳定性催化剂的研制。甲醇裂解催化剂包括传统的 Cu/ZnO催化剂、Cr-Zn 催化体系、贵 金属催化剂 、CuCl-KCl/Si02 催化剂、分子筛和均相催化剂。但该工艺产物混合气中含有的一氧化碳含量较高，后续分离装置复杂，投资高。 1.1.2 甲醇水蒸气重整制氢 甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低，产物中氢气含量高、CO含量较甲醇裂解法低等优点，从而成为人们解决质子交换膜燃料电池氢源的有效方法。但该方法起始反应速率慢,为强吸热反应，需要外供能量，可与太阳能装置耦合使用【1】。甲醇水蒸气重整反应为【2,3】： CHOH + H2O ? CO2 + 3H2 反应实际上是甲醇裂解反应(式1)和水气变换反应的总包反应。 水汽变换： CO2 + H2O ? CO2 + H2 目前甲醇水蒸气重整制氢法国内研究较多【4】。采用并流工沉淀法制备了钯质量分数为15.9% Pd/ZnO 催化剂并进行了甲醇水蒸气重整制氢反应。实验发现，反应温度为 250～300 ℃,还原温度为 250～300 ℃,水醇比为 1.0～1.2,质量空速为17.2 h 时反应具有较好的 CH3OH 转化率、CO2 选择性、H2 产率及较低的出口 CO 摩尔分数。该催化剂较传统铜基催化剂表现出较好的稳定性【5】。用自制微型反应器和常规颗粒催化剂在常压下进行了甲醇水蒸气重整制氢的动力学测试。考察了反应温度、水醇摩尔比、液体空速等对甲醇转化率、产氢率、出口氢气和 CO 浓度的影响。 1.1.3 甲醇部分氧化制氢 甲醇部分氧化制氢是放热反应，可对外提供热量，其主要副产物为CO2，可降低CO含量。在以氧气作氧化剂时，所产生的氢气浓度可达66%；但在以空气为氧化剂时，氢气浓度仅为41%【6】。 反应方程式为 CH3OH + 0.5O2 ? CO2 + 2H2 甲醇部分氧化与甲醇水蒸气重整反应相比具有优点包括：反应是放热反应，在接近230℃时，反应速度快，当用氧气代替水蒸气做氧化剂，效率更高。但用空气做氧化剂时，会带入氮气降低氢含量，为后续分离提出带来困难。 制备CuZnAlZr整体式催化剂【7】，并考察了水醇比、氧醇比和液