焦化制氢讲课1课件

青海盐湖镁业有限公金属镁一体化项目焦炉煤气制氢装置

金属镁一体化焦化项目焦炉煤气制氢装置

一概况二工艺三设备及选型四装置的布置1概况1.1项目建设的背景根据青海盐湖镁业有限公司金属镁一体化项目相关设计方案优化的原则，年产240万吨焦化装置所产生的焦炉煤气全部用于焦炉煤气变压吸附制氢，氢气供金属镁一体化项目PVC装置、甲醇装置和青海盐湖镁业有限公司内其它用户；副产解吸气供焦化装置焦炉用燃料和金属镁一体化项目其它装置用燃料。1.3项目建设的设计原则

项目设计总体遵循安全、可靠、先进、节约的原则。采用先进的变压吸附气体分离技术，合理安排工艺流程，采用先进的自动控制手段，以保证装置顺利投产、稳定长周期的运转，正常发挥其经济效益。装置设计贯彻“五化”（一体化、露天化、轻型化、国产化、社会化）原则。严格执行国家和行业有关设计规范、规定及标准。依托工厂配套设施，充分发掘工厂潜力，以节省投资，缩短建设周期，创造尽可能好的经济效益和社会效益。

1.4项目建设的意义金属镁一体化项目，是盐湖工业公司在建设钾、钠、镁、锂、气五大产业群的指导思想下启动建设的一个重要项目；是盐湖工业公司继钾肥百万吨项目、综合利用项目一、二期工程、一万吨碳酸锂项目、ADC发泡剂一体化项目开工建设后，走循环经济和新型工业化道路的重要实践和又一重大举措；是青海省和盐湖工业公司在盐湖资源综合开发利用史上一个非常重要的开发项目。2.1.2装置能力

装置正常工况每小时处理原料气2x70000Nm3/h，按两条独立生产线、每条生产线按70000Nm3（焦炉煤气）/h设计，连续生产，每年操作时间按8760小时计。产品氢气2x36553Nm3/h，副产品解吸气2x33447Nm3/h。金属镁一体化焦化项目2.1.3原料气技术规格本装置原料气为焦炉煤气，由中冶焦耐公司用管道送到界去交接点。其规格如下：（1）压力：5kPa~6kPa（2）温度：27~30℃（3）流量：2x70000Nm3/h（4）组成：净化后煤气中杂质组成：有机硫含量约为0.005~0.05g/Nm3,主要为二硫化物、噻吩、硫醇等。2.1.4产品气技术规格本装置产品为氢气，用管道输送至界区交接点。其规格如下：（1）压力：≥0.7kPa

其规格如下：（1）压力：~0.02MPa（2）温度：20~40℃（3）流量：2x33447.2Nm3/h（4）组成：金属镁一体化焦化项目

2.2生产方法及工艺流程

2.2.1变压吸附的特点

本装置采用变压吸附气体分离技术，该技术具有工艺简单、操作方便、产品纯度高、自动化程度高、能耗低、成本低等优点。

2.2.2变压吸附的原理

变压吸附的基本原理是利用吸附剂对气体的吸附具有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。

变压吸附提氢技术就是根据这些特性，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的甲烷、高烃等组分，而氢气等不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，再通过降低吸附床的压力使被吸附的杂质组分脱附解吸，使吸附剂得到再生。吸附器内的吸附剂对不同组份的吸附是定量的，当吸附剂对杂质组份的吸附达到一定量后，杂质组份从吸附剂上能有效地解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有实用意义。

2.2.3工艺流程

焦炉气在5KPa~6KPa、30℃经压缩机加压到0.8MPa，送到粗脱萘系统脱除焦油和萘，再送入精脱萘处理系统再脱除萘、苯后，进入PSA系统提纯氢气。

压缩系统：本工序由3台螺杆机构成，无备机，采用喷水降温工艺。入口压力5KPa~6KPa，出口压力0.8MPa。

粗脱萘系统：本工序由3台脱萘器构成，2台同时进料，另1台再生。该工序主要是将绝大部分的焦油、萘及部分硫脱除。压力为0.8MPa的焦炉气由下而上进入粗脱萘器，萘含量小于50mg/Nm3

后进入后工序，直到吸附剂完全吸附饱和后切除再生。7天再生一次，采用400℃左右的过热蒸汽对脱萘器进行再生24小时。加热再生后300℃左右的热吸附剂先用经减温减压器后温度降170℃以下的蒸汽吹，再用常温逆放气进行冷吹降温到40℃左右，冷吹气经冷却器降温到85~90℃管送到解吸气混合罐。在正常工况下脱萘剂1年更换一次。

精脱萘系统：本工序由4台脱萘器构成，2台同时进料，另2台再生。

该工序主要是将绝大部分的萘、硫、苯、氨脱除。压力为0.8MPa的焦炉气由下而上进入精脱萘器，萘含量小于1mg/Nm3

后进入后工序，直到吸附剂完全吸附饱和后切除再生。12小时再生一次，采用经加热后约170℃左右的PSA逆放气对脱萘器进行再生。再用常温逆放气进行冷吹降温到40℃左右，再生气经冷却器降温到85~90℃管送到解吸气混合罐。在正常工况下脱萘剂2年更换一次。

污水收集系统：粗脱萘器底部出来的再生废液经冷却器Ⅰ降温到90℃左右进入污水罐进行分离。分离气体进入洗涤塔，洗涤降温后进入除臭器，除臭后排放到大气。分离的液体通过污水泵,一部分经冷却器Ⅱ冷到40℃左右打到洗涤塔洗涤降温，另一部分打到界区外的污水处理系统。金属镁一体化焦化项目2.3三废处理2.3.1废气的处理

本装置所产生的废气有系统试压及置换排放气体和系统安全阀及其它临时排放气体等。2.3.1.1本装置正常工况的解吸气来自吸附器的逆放和抽空阶段排出的气体，主要成份为H2、CH4、CO、C2等多种气体的混合气，具有较高的热值，送出界外去燃料气管网。金属镁一体化焦化项目2.3.1.2系统试验及置换排放气，主要成份为N2、O2等，临时就地高空排放。2.3.1.3系统安全阀及其他临时排放气，主要成份为H2、烃类等，送出界外去火炬系统。2.3.2废水的治理本装置产生的废水主要是脱萘塔蒸汽再生及原料气压缩机排放的废液，经冷却分离后汇总排放至界外，由中冶焦耐公司进行后续处理；另有雨水、少量冲洗地坪的生活废水等，就地排放后集中处理。3设备3.1主要设备

（1）螺杆压缩机

（2）变压吸附器（PSA—H2）（3）其他3.2压缩机本装置采用双螺杆空气压缩机3台，无备机，采用喷水降温工艺。入口压力5KPa~6KPa，出口压力0.8MPa。螺杆式压缩机可以分为：主机/电机系统冷却/分离系统气路/调节系统控制/电器系统保护系统

随着转子的运动，齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大在其内部形成了一定的真空，而此时该齿间容积仅仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子旋转过程中，阳转子的齿不断地从阴转子的齿槽中脱离出来，此时齿间容积也不断地扩大，并与吸气口保持连通。随着转子的旋转齿间容积达到了最大值，并在此位置齿间容积与吸气口断开，吸气过程结束。吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封，齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，即封闭过程。吸气过程封闭过程

随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减少，被密封在齿间容积中的气体所占据的体积也随之减少，导致气体压力升高，从而实现气体的压缩过程。压缩过程可一直持续到齿间容积即将与排气口连通之前。

压缩过程齿间容积与排气口连通后即开始排气过程，随着齿间容积的不断缩小，具有内压缩终了压力的气体逐渐通过排气口被排出，这一过程一直持续到齿末端的型线完全啮合为止，此时齿间容积内的气体通过排气口被完全排出，封闭的齿间容积的体积将变为零。排气过程冷却/分离系统冷却/分离系统部件温控阀：使压缩机在刚启动时冷却剂绕过油冷却器，温度上升避免压缩机内部产生水汽。控制冷热冷却剂的混合量，使喷油稳定控制在最佳点。油过滤芯：防止异物进入主机，提高冷却剂寿命。断油电磁阀：当机组运转时确保向各供油点注油，当机组停机使切断油路，避免冷却剂从压缩机吸气口冒出。止逆阀：防止反转以及停机时冷却油进入主机。油分离系统：将压缩空气从润滑油中分离出来，确保润滑油留在系统中，降低管道中的含油量。润滑油的作用：冷却作用

作为冷却剂，它可有效控制压缩放热引起的温升；润滑作用

作为润滑剂，它可在转子间形成润滑油膜；密封作用

作为密封剂，它可填补转子与壳体以及转子与转子之间的泄漏间隙。降噪作用

喷入的油是粘性流体，对声能和声波有吸收和阻尼作用，一般喷油后噪声可降低10～20dB(A)。气路/调节系统最小压力阀：保证最低的润滑油循环压力；作为止回阀，以避免在空压机停机或无负荷情况下，供气管线内的压缩空气回流到机组内；保证油气分离器滤芯前后有一定的压差，以免刚开机时滤芯前后压差过大造成挤破的现象。后冷：冷却离开机组的压缩空气使得多达70%的水含量至冷凝析出控制/电器系统压力开关：控制机组的工作压力范围压力调节器：根据管网压力的高低和用气量的变化自行调节压缩机的进气量，使管网压力始终处于稳定的状态液压缸：控制蝶阀的动作进气蝶阀：控制进气量

保护系统主机高温保护：温度开关过流保护：主电机热继电器

风扇电机热继电器压力容器保护：安全阀3.3PSA单元（变压吸附器）吸附原理基本原理吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸着、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。PSA单元中的吸附主要为物理吸附。不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序示意图

物理吸附：在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时(即撞击到吸附剂表面时)，气体分子将同时受到固相、气相中分子的引力，其中来自固相分子的引力更大，当气体分子的分子动能不足以克服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因而压力越高平衡吸附容量也就越大；由于温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也越小

从上图的B→A和C→D可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；从上图的B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。PSA单元的工作原理利用的是上图中吸附剂在A-B段的特性来实现气体的吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低压力(到B点)使各种杂质得以解吸。吸附工序――在常温、高压下原料气进入吸附床，吸附剂将杂质吸附，获得产品氢气。降压工序――通过一次或多次的均压降压过程，将床层死空间氢气回收。逆放工序――逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分再生抽空工序——排出解析器，再生吸附剂升压工序――通过一次或多次的均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压力，为下一次吸附作好准备3.4其他粗、精脱萘器本装置采用的粗、精脱萘器采用变温吸附工艺（温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也越小）粗脱萘器：C10H8<50mg/Nm3

温度：400—300—170—407天再生一次，再生时间24小时精脱萘器：C10H8<1mg/Nm3

温度：400—300—170—4012小时再生一次

真空泵