制氫培訓(xùn)課件

1、 工藝原理工藝原理 1.1輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化法制氫過程分為原料的凈化，烴蒸 汽轉(zhuǎn)化，CO中溫變換等工藝。 1.1.1 原料凈化時(shí)原料氣在一定的溫度、氫氣壓力和 空速條件下，借助加氫催化劑、脫硫劑、脫氯劑作 用，把原料氣中硫化物、氯化物脫除，使原料氣含 硫量降至0.5PPm，含氯量降至0.2PPm，以保護(hù)好后 續(xù)催化劑的正常運(yùn)行。 1.1.2 精制原料氣在一定壓力、溫度、空速、水碳比 和催化劑作用下，烴和蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成氣體 氫和一氧化碳，同時(shí)伴生CO2和少量的殘余CH4. 1.1.3 轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行中溫變換：在一定的溫度、壓力、 空速、水氣比和催化劑作用下，將CO與水反應(yīng)生成 氫氣和CO2. 進(jìn) 行

2、 分 離 提 純 的 工 藝 過 程， 該 工 藝 是 多 孔 性 固 體 物 質(zhì) 內(nèi) 部 表 面 對 氣 體 分 子 的 物 理 吸 附。 混 合 氣 體 中 的 雜 質(zhì) 組 分 在 高 壓 具 有 較 大 的 吸 附 能 力， 低 壓 下 具 有 較 小 的 吸 附 能 力， 就 是 利 用 這 種 原 理 吸 附 劑 吸 附， 解 析 達(dá) 到 循 環(huán) 吸 附 解 析 過 程 n分 子 篩 對 一 般 氣 體 分 子 的 吸 附 順 序: H 2 N 2 C H 4 C O C O 2 n活 性 炭 對 一 般 氣 體 吸 附 順 序: H 2 N 2 C O C H 4 C O 2 生生

3、 產(chǎn)產(chǎn) 工工 裝 置 外 的 焦 化 干 氣 進(jìn) 入 原 料 油 緩 沖 罐 ( V 4 0 0 1) ， 經(jīng) 原 料 氣 壓 縮 機(jī) ( C 4 0 0 1) 升 壓 后 進(jìn) 入 原 料 預(yù) 熱 爐 ( F 4 0 0 1) ， 預(yù) 熱 至 3 0 0 進(jìn) 入 脫 硫 部 分。 本 裝 置 的 備 用 原 料 為 來 自 裝 置 外 的 石 腦 輕 油， 進(jìn) 入 原 料 緩 沖 罐 ( V 4 0 0 2) ， 經(jīng) 原 料 泵 升 壓 后 與 裝 置 外 來 的 循 環(huán) 氫 混 合 進(jìn) 料 原 料 預(yù) 熱 爐 ( F 4 0 0 1) ， 預(yù) 熱 至 3 8 0 . 入 加 氫 反 應(yīng) 器

4、( R 4 0 0 1) ， 先 在 加 氫 催 化 劑 的 作 用 下， 發(fā) 生 烯 烴 飽 和 反 應(yīng) 同 時(shí) 發(fā) 生 有 機(jī) 硫 轉(zhuǎn) 化 反 應(yīng) 和 有 機(jī) 氯 的 轉(zhuǎn) 化 反 應(yīng)， 使 有 機(jī) 硫 轉(zhuǎn) 化 為 無 機(jī) 硫， 有 機(jī) 氯 轉(zhuǎn) 化 為 無 機(jī) 氯 被 脫 除。 然 后 在 進(jìn) 入 氧 化 鋅 脫 硫 反 應(yīng) 器 ( R 4 0 0 2 A / B) ， 在 此 氧 化 鋅 與 硫 化 氫 發(fā) 生 脫 硫 反 應(yīng)， 脫 除 原 料 中 的 硫， 精 制 后 的 氣 體 硫 含 量 小 于 0. 5 P P m。 轉(zhuǎn) 化 爐 ( F 4 0 0 2) 之 前， 按 一 定 的

5、水 碳 比 與 3. 5 M p a 的 水 蒸 氣 混 合， 在 進(jìn) 轉(zhuǎn) 化 爐 對 流 段 （ 原 料 預(yù) 熱 段） 預(yù) 熱 到 5 0 0 ， 由 上 集 合 管 進(jìn) 入 轉(zhuǎn) 化 爐 輻 射 段。 轉(zhuǎn) 化 爐 管 內(nèi) 裝 有 催 化 劑， 在 催 化 劑 的 作 用 下， 原 料 氣 與 水 蒸 氣 發(fā) 生 復(fù) 雜 的 轉(zhuǎn) 化 反 應(yīng)， 整 個(gè) 反 應(yīng) 過 程 表 現(xiàn) 為 強(qiáng) 吸 熱 過 程， 反 應(yīng) 所 需 熱 量 由 轉(zhuǎn) 化 爐 燃 燒 氣 提 供。 出 轉(zhuǎn) 化 爐 的 高 溫 轉(zhuǎn) 化 氣 經(jīng) 轉(zhuǎn) 化 蒸 汽 發(fā) 生 器 發(fā) 生 中 壓 蒸 汽 后， 溫 度 降 至 3 6 0 -

6、3 8 0 進(jìn) 入 中 溫 度 變 換 部 分. ( E 4 0 0 1) 來 的 3 6 0 - 3 8 0 轉(zhuǎn) 化 氣 進(jìn) 入 中 溫 變 換 反 應(yīng) 器， 在 催 化 劑 的 作 用 下 發(fā) 生 變 換 反 應(yīng)， 將 變 換 氣 中 C O 降 至 3 % 左 右。 中 變 氣 經(jīng) 鍋 爐 給 水 第 二 預(yù) 熱 器 預(yù) 熱 鍋 爐 給 水， 鍋 爐 給 水 第 一 預(yù) 熱 器 預(yù) 熱 鍋 爐 給 水， 除 鹽 水 預(yù) 熱 器 預(yù) 熱 除 鹽 水 回 收 大 部 分 預(yù) 熱 后， 在 經(jīng) 中 變 器 水 冷 器 降 溫 至 4 0 ， 并 經(jīng) 分 水 后 進(jìn) 入 P S A 部 分。 的

7、 中 變 氣 壓 力 2. 4 5 M p a 溫 度 4 0 ， 進(jìn) 入 界 區(qū) 后 自 塔 底 進(jìn) 入 吸 附 塔 T 4 1 0 1 A H 中 正 處 于 工 況 塔 ( 始 終 同 時(shí) 有 兩 臺) 在 其 中 多 種 吸 附 劑 的 一 次 選 自 吸 附 下， 一 次 性 除 去 氫 以 外 的 幾 乎 所 有 雜 質(zhì)， 獲 得 純 度 大 于 9 9. 9 % 的 氫 氣， 經(jīng) 壓 力 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 穩(wěn) 壓 后 出 界 區(qū)。 輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝流程圖工藝流程圖 中變中變轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 稀烴稀烴 飽和飽和 高純氫氣高純氫氣 蒸氣蒸氣 燃料氣燃料氣 PSA 原料原料

8、（天然氣（天然氣 干氣干氣 輕石腦油）輕石腦油） 確定流程：確定流程： 脫硫脫硫 焦化干氣：焦化干氣： 一般含有一般含有1320%的氫氣；的氫氣；510%的烯烴（主要為乙烯的烯烴（主要為乙烯 和丙烯）；其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要為有機(jī)和丙烯）；其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要為有機(jī) 硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有50200ppm的總硫。的總硫。 催化干氣：催化干氣： 一般含有一般含有202040%40%的氫氣；的氫氣；151520%20%的烯烴（主要為乙烯）的烯烴（主要為乙烯） ；15%15%左右的氮?dú)?，其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要左右的氮?dú)猓?/p>

9、余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要 為無機(jī)硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有為無機(jī)硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有101020ppm20ppm的總硫。的總硫。 氣體品質(zhì)：焦化干氣由于催化干氣氣體品質(zhì)：焦化干氣由于催化干氣 原料預(yù)熱爐原料預(yù)熱爐 變溫加氫反應(yīng)器變溫加氫反應(yīng)器 絕熱加氫反應(yīng)器絕熱加氫反應(yīng)器 氧化鋅脫硫反應(yīng)器氧化鋅脫硫反應(yīng)器 絕熱加氫工藝流程圖絕熱加氫工藝流程圖 原料氣原料氣 去轉(zhuǎn)化爐去轉(zhuǎn)化爐 220220 350 350 380380 適用原料：適用原料： 烯烴含量不烯烴含量不 限制限制 原料預(yù)熱爐原料預(yù)熱爐 加氫反應(yīng)器加氫反應(yīng)器 氧化鋅脫硫氧化鋅脫硫 絕熱加氫工藝流程圖絕熱加氫工藝流程圖

10、原料氣原料氣 去轉(zhuǎn)化爐去轉(zhuǎn)化爐 250 250 390 320 390 320 370 370 適用原料：適用原料： 烯烴含量小烯烴含量小 于于7%一下一下 轉(zhuǎn)化型式：一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化；一段轉(zhuǎn)化 烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化主要反應(yīng)有: CnHm+nH2O=nCO+(n+m/2)H2 CO+3H2=CH4+H2O Ho298 =-206kJ/mol CO+H2O=CO2+H2 Ho298 =-41kJ/mol 以甲烷為主的氣態(tài)烴，蒸汽轉(zhuǎn)化過程 較為簡單，主要發(fā)生上述反應(yīng)，最終產(chǎn)品 氣組成由反應(yīng)平衡決定。 焦化干氣：焦化干氣： 一般含有一般含有1320%的氫氣；的氫氣；510%的烯烴（主要為乙烯的烯烴（主要為

11、乙烯 和丙烯）；其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要為有機(jī)和丙烯）；其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要為有機(jī) 硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有50200ppm的總硫。的總硫。 催化干氣：催化干氣： 一般含有一般含有202040%40%的氫氣；的氫氣；151520%20%的烯烴（主要為乙烯）的烯烴（主要為乙烯） ；15%15%左右的氮?dú)猓溆酁榧淄榈蕊柡屯闊N，雜質(zhì)含量中主要左右的氮?dú)?，其余為甲烷等飽和烷烴，雜質(zhì)含量中主要 為無機(jī)硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有為無機(jī)硫，經(jīng)過濕法脫硫后，一般含有101020ppm20ppm的總硫。的總硫。 氣體品質(zhì)：焦化干氣由于催化干氣氣體品

12、質(zhì)：焦化干氣由于催化干氣 1)入口溫度：500-650 C（取決于原料） 對原料的影響 對轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響：降低了轉(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷 對燃料消耗的影響：降低燃料消耗 對外輸蒸汽的影響：降低外輸蒸汽量 預(yù)轉(zhuǎn)化工藝的應(yīng)用 2)出口溫度 提高原料的轉(zhuǎn)化率 降低殘余甲烷含量 對轉(zhuǎn)化爐爐管材料的要求 目前國內(nèi)：820-860 C 3、水碳比 ：影響裝置能耗和催化劑的積炭 3.0-3.5（mol）（）（PSA工藝流程）工藝流程） 4.0-5（mol）（常規(guī)工藝流程）（常規(guī)工藝流程） 4、轉(zhuǎn)化催化劑 ： 國內(nèi)國內(nèi):Z417W/Z418W；Z413/Z414/Z403 國外：國外： ICI / RNKR 。 5、炭空速：500-1200h 1（催化劑性能、壓降） （催化劑性能、壓降） 6、空氣預(yù)熱溫度、空氣預(yù)熱溫度：260-500度度 1、 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)是一可逆放熱反應(yīng)一氧化碳變換反應(yīng)是一可逆放熱反應(yīng): : CO+H CO+H2 2O=COO=CO2 2+H+H2 2 H Ho o298 298 =-41.4KJ/mol =-41.4KJ/mol 2、流程： （1)無一氧化碳變換工藝流程： 無變換適用于甲醇裝置，不適應(yīng)于制氫裝置和合成氨裝置無變換適用于甲醇裝置，不適應(yīng)于制氫裝置