天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程

1、天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程1.1 工艺原理1. 天然气脱硫 本装置采用干法脱硫来处理该原料气中的硫份。为了脱除有 机硫，采用铁锰系转化吸收型脱硫催化剂，并在原料气中加 入约1-5%的氢，在约400 C高温下发生下述反应：RSH+H 2=H 2S+RHH2S+MnO=MnS+H 2O 经铁锰系脱硫剂初步转化吸收后，剩余的硫化氢，再在采用 的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收： H2S+ZnO=ZnO+H 2OC2H5SH+ZnS+C2H5+H2O 氧化锌吸硫速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行， 最终硫被脱除至 0.1ppm 以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫 的要求。2. 蒸

2、汽转化和变换原理原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃蒸汽转化反应，主要反应如下：CH 4+H 2O= CO+3H 2-Q(1)一氧化碳产氢 CO+H 2O=CO2+H2+Q (2) 前一反应需大量吸热，高温有利于反应进行；后一反应是微 放热反应，高温不利于反应进行。因此在转化炉中反应是不 完全的。在发生上述反应的同时还伴有一系列复杂的付反应。包 括烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢， 积碳，氧化等。在转化反应中， 要使转换率高， 残余甲烷少， 氢纯度高， 反应温度要高，但要考虑设备承受能力和能耗，所以炉温不 宜太高。为缓和积碳，增加收率，要控制较大的水碳比。3. 变

3、化反应的反应方程式如下：CO+H 2O=CO2+H2+Q 这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸 气，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于 催化剂， 其速度是非常慢的， 催化剂能大大加速其反应速度。 使最终 CO 浓度降到低的程度，且为生产过程中的废热利用 创造了良好的条件4. 变压吸附原理变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程。该工艺是以多孔性固体物质（吸附剂）内部表面对气体分子 的物理吸附为基础，在两种压力状态直接工作的可逆的物理 吸附过程。它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大 的吸附能力，在低压下又有较小的吸附能力，而理想组分 H2 无论在高压下

4、还是在低压下都具有较小的吸附能力的原 理。在高压下，增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附 剂上，从而达到高的产品纯度；吸附剂的解析或再生在低压 下进行，尽量减少吸附剂上杂质的残余量，以便在下个循环 再次吸附杂质1.2 流程简图（附图）1.3 流程简述1. 脱硫流程和设备天然 气 为 原 料 ， H2S 只 有 几 十 ppm 和 少 量 的 有 机硫(20-30ppm),因此采用流程为：在一个钻钼加氢器后串两个氧化锌脱硫槽。加热主要是(原料天然气达到脱硫反应温度350-400 C)。设在一段炉对流段低温蒸汽过热蒸汽过热器之后的一个原料预热盘管组，利用烟气余热进行加热的。 来自界区的天然气经进

5、入原料气分离器(F1101) 分离掉其中的液体， 分为两股， 一股作为燃料气与来自 PSA 制氢工序的 尾气在燃料气分离器(F1102 )混合后去对流段余热；一股 作为原料天然气，配入来自中温变换后的氢气，进入原料气 压缩机J1101，压缩到22Kg/cm2左右，进入一段转化炉对流 段余热盘管，预热到427 C,并用未预热的副线调节到350-400 C,再送入加氢转化器 D 1101原料天然气在加氢转化器内反应后，串联通过两个氧化锌脱硫槽D1103A、B中使天然气的硫含量降低至 0.1ppm以 下。这两个槽任何一个都可以作为第一个槽，也可以只使用 一个槽，另一个更换脱硫剂，经过脱硫的气体送入一

6、段炉。2. 转化流程脱硫后的天然气配入中压蒸汽， 达到一定的水碳比 (3.5左右），进入一段炉对流段的混合气预热盘管，加热到500 C,送到一段炉辐射段顶的 9 根上集气管。每根上集气管又把气 体分配到 42 根转化炉管中，共 378 根，内装催化剂。气体 在管内边吸热边反应，到转换管底的温度达到820 C。每一排横竖 42 根炉管的气体汇合于一根水平的下集气管。下集 气管也是 9，各有一根上升管。反应后的气体沿 9 根上升管 上升，继续吸收一些热量。在一段炉对流段分别设置：混合器预热器烟气废锅蒸汽过热器原料气预热器锅炉给水预热器燃料气预热器助燃空气预热器充分回收烟气热量提高一段炉总的热效率。

7、一段炉出口的转化气温度约为813C,甲烷含量约9.7% （干 基），经输气管（ 107-D ）进入二段转化炉（ 103-D ），二段转 化炉仅作为通道使用，在二段炉水夹套的作用下，一段转化气的温度降低到约 789C,在第一废热锅炉（101-CA/B ）和 第二废热锅炉（102-C）中回收热量后，温度降低至约 371 C 去变化工序。3. 变换原理转化气进入高变炉（D1102），高变炉中装填了铁系的高温变换触媒，在高温变换触媒中发生变换反应，大部分一氧化碳 与蒸汽反应生成二氧化碳和氢气，离开高温变换炉的工艺气 中一氧化碳含量降低到约 2.2%（干基）。为使变换反应更接近平衡， 高温变换炉出口气依次经过高变换废热锅炉（103-C）和高变气锅炉给水预热器 （0108-CM）回收热量后， 在约220-230 C进入装有铜触媒的小低变（104-D