企业培训_制氢培训教材

2020 2 27 制氢培训 2020 2 27 制氢装置原料及工艺方案的选择和优化 一 制氢技术的多样化二 轻烃蒸汽转化制氢技术方案多样化三 制氢装置原料的多样化四 含烯烃原料的烯烃饱和技术五 蒸汽转化工艺条件的选择六 中温变换工艺技术七 关键设备 转化炉 工艺路线 2020 2 27 一 制氢技术的多样化 工艺路线氢气成本投资规模1 天然气蒸汽转化0 6 1 2元 NM31 0500 2x1052 轻油蒸汽转化1 0 1 5元 NM31 05000 2x1053 干气蒸汽转化0 4 0 7元 NM31 05500 2x1054 重油蒸汽转化1 0 1 5元 NM32 3104 1x1055 煤汽化1 0 1 2元 NM31 31000 2x1046 甲醇裂解1 6 2 1元 NM30 7100 10007 氨裂解2 5 3 0元 NM320 5008 电解水3 5元 NM320 200 工艺路线 2020 2 27 轻烃蒸汽转化制氢工艺流程图 工艺路线 中变 转化 稀烃饱和 高纯氢气 蒸气 燃料气 PSA 原料 天然气干气轻石脑油 确定流程 脱硫 2020 2 27 甲醇裂解制氢工艺流程图 工艺路线 变换气冷却 甲醇裂解 工艺水系统 高纯氢气 燃料气燃料油或煤 PSA 原料 甲醇 确定流程 导热油炉 甲醇分解PSA解析气放空 2020 2 27 甲醇 氢气装置工艺流程图 工艺路线 中变 转化 稀烃饱和 高纯氢气 蒸气 燃料气 PSA 原料 天然气干气轻石脑油 确定流程 脱硫 冷却和压缩 甲醇合成精馏 运输存储 甲醇分解 甲醇分解PSA解析气放空 2020 2 27 1 国外制氢技术状况KTI Tops e Linde Uhde等 2 国内制氢技术状况1 国内已建制氢装置约为60套 其中引进5 8套 2 国内的蒸汽转化 PSA技术整体水平已达到国外技术水平 部分超过国外水平 3 所有设备和催化剂均已国内制造 二 轻烃蒸汽转化制氢技术方案选择 2020 2 27 3 烃类蒸汽制氢技术的最新进展 1 低水碳比 高转化温度 以降低原料和燃料消耗 2 预转化工艺和后转化工艺 一种列管式的转化反应器 与常规转化炉的优化组合方案 以降低转化炉的燃料消耗 3 应用现代节能技术 优化余热回收方案 以进一步降低装置能耗 制气工段 2020 2 27 4 轻烃制氢技术路线的选择 工艺路线 天然气 轻油 PSA 中 低 变换 转化 脱硫 高纯氢气 蒸气 燃料气 脱碳 中低变换 转化 烯烃饱和 低纯氢气 蒸气 燃料气 甲烷化 CO2产品 天然气 轻油干气 常规 化学法 流程 PSA流程 优点 氢损失小 副产工业CO2 缺点 氢纯度低 燃料消耗大 能耗高 氢气压力低 优点 氢纯度高 压力高 燃料消耗小 能耗低 缺点 氢损失略大 无副产CO2 脱硫 2020 2 27 工艺技术方案的比较两种净化工艺特点比较 2020 2 27 工艺技术方案的选择 2020 2 27 典型的制氢装置转化工艺流程图 PSA法 2020 2 27 三 制氢装置原料的多样化 一 原料的要求在制氢装置的氢气成本构成中 原料和燃料费用约占60 85 其余水电 催化剂及化学药剂消耗 工资 大修折旧 车间经费等只占15 40 原料规格要求原料组成同炭数的烃类其积炭倾向为 烯烃 芳香烃 环烷烃 烷烃商业化的转化催化剂对原料的要求一般为 烯烃 1 mol 芳烃含量 13 环烷烃 36 轻油干点 210 制气工段 2020 2 27 原料的杂质 1 1硫含量 进转化炉前 0 2ppm 1 2氯含量 进转化炉前 0 2ppm 1 3砷含量 进转化炉前 1ppb 1 4烯烃含量 进转化炉前 1 1 5 脱盐水的硫含量 制气工段 2020 2 27 原料的产氢率的要求原料的氢碳化与理论产氢量的关系 2020 2 27 二 制氢原料的种类 适合于作制氢装置的原料可分为气态烃和液态烃二类 其性质类似 气态烃主要有 天然气 加氢干气 重整干气以及焦化干气和催化干气等 液态烃主要有 直馏石脑油 加氢的轻石脑油 重整装置生产的抽余油 拔头油以及饱和液化石油气等 二次加工油 催化裂化 焦化 减粘等二次加工装置生产的烃油 由于其杂质含量 硫氮等 高 烯烃 芳烃含量高 不能作为制氢原料 制气工段 2020 2 27 三 制氢原料选择的原则 原料选择考虑原则 1 产氢量2 原料价格3 烯烃含量的影响4 选择顺序先轻后重 先低烯烃后高烯烃加氢干气 重整干气 天然气 芳烃化尾气 焦化干气 催化干气 轻石脑油 制气工段 2020 2 27 1 绝热加氢工艺2 绝热循环加氢工艺3 等温绝热加氢工艺4 变温绝热加氢工艺 四 含烯烃原料的烯烃饱和技术 2020 2 27 原料烯烃饱和 加氢脱硫原理 典型的烯烃 有机硫加氢反应有 乙烯 C2H4 H2 C2H6硫醇 RSH H2 RH H2s硫醚 R1SR2 2H2 R1H R2H H2S二硫醚 R1SSR2 3H2 R1H R2H 2H2S噻吩 C4H4S 4H2 C4H10 H2S氧硫化碳 COS H2 CO H2S二硫化碳 CS2 4H2 CH4 2H2S氧化锌脱硫原理脱氯原理ZnO 固 H2S ZnS 固 H2O Ho298 76 62kJ mol 制气工段 2020 2 27 加氢和脱硫反应重整条件 氢气分压 加氢转化反应与氢分压有关 氢油比高 有利于氢解反应进行 但消耗增加 氢油比低 不有利于氢解反应进行 不能达到脱硫要求 一般加氢反应的氢油比 H2 油 为80 100 体积 天然气 5 10 干气 利用自身的氢气 2020 2 27 反应温度 220 400 压力 影响不大空速 由于加氢反应为内扩散反应 对加氢反应有较大影响 一般轻油的液空速为1 6h 1 气体空速为500 1000h 1左右 2020 2 27 含烯烃原料 催化干气 焦化干气 焦化干气 一般含有13 20 的氢气 5 10 的烯烃 主要为乙烯和丙烯 其余为甲烷等饱和烷烃 杂质含量中主要为有机硫 经过湿法脱硫后 一般含有50 200ppm的总硫 催化干气 一般含有20 40 的氢气 15 20 的烯烃 主要为乙烯 15 左右的氮气 其余为甲烷等饱和烷烃 杂质含量中主要为无机硫 经过湿法脱硫后 一般含有10 20ppm的总硫 气体品质 焦化干气优于催化干气 2020 2 27 1 绝热加氢工艺 原料预热炉加氢反应器氧化锌脱硫反应器绝热加氢工艺流程图 原料气 去转化炉 250 390 320 370 1 传统流程2 发展过程3 催化剂4 使用条件 适用原料 烯烃含量小于7 以下 2020 2 27 2 绝热循环加氢工艺 循环压缩机原料预热炉冷却器加氢反应器氧化锌脱硫反应器 原料气 去转化炉 220 350 380 特点 投资大 流程复杂 适用原料 烯烃不限制 2020 2 27 3 等温绝热加氢工艺 原料预热炉等温加氢反应器绝热加氢反应器氧化锌脱硫反应器绝热加氢工艺流程图 原料气 去转化炉 TC 220 270 350 380 汽包 适用原料 烯烃含量不限制 2020 2 27 4 变温加氢工艺 原料预热炉变温加氢反应器绝热加氢反应器氧化锌脱硫反应器绝热加氢工艺流程图 原料气 去转化炉 220 350 380 适用原料 烯烃含量不限制 2020 2 27 烯烃加氢工艺技术方案的选择原则 1 对于烯烃含量较低 如 轻石脑油 加氢干气 天然气等 烯烃含量小于6 5 V 如 焦化干气 焦化干气或催化干气与不含烯烃的气体原料混合物 的制氢原料 烯烃饱和工艺采用流程简单 投资较低的绝热加氢工艺即可满足生产要求 2 对于烯烃含量较高 如 催化干气或焦化干气 的制氢原料 烯烃饱和工艺可以采用流程简单 投资较低的等温绝热加氢工艺和变温加氢工艺 不宜采用流程复杂 投资较高的绝热循环加氢工艺 2020 2 27 五 蒸汽转化工艺条件的选择 压力的选择 温度的选择入口温度出口温度 水炭比的选择 空速的选择 制气工段 2020 2