制氫原料及工藝方案的選擇和優(yōu)化

--讓每個(gè)人公正地提升自我56制氫裝置原料及工藝方案的選擇和優(yōu)化上海華西化工科技 紀(jì)志愿的進(jìn)步。在半個(gè)多世紀(jì)的工業(yè)實(shí)踐中，ICI、凱洛格、赫爾蒂、KTI、托普索等公司在轉(zhuǎn)化爐型、催化劑性能、能量回收、凈化方法等方面均有重大改進(jìn)，使輕油蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)日臻成熟，牢靠性、靈敏性有了很大提高。目前由于越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，各種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的質(zhì)量越來越高，煉油廠中KTI蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)公司，在充分吸取、借鑒現(xiàn)代合成氣生產(chǎn)閱歷的同時(shí)，利用其制氫的能技術(shù)，優(yōu)化余熱回收方案，以進(jìn)一步降低裝置能耗。國內(nèi)輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)自六十年月第一套2×104Nm3/h油田氣制氫裝置一次投產(chǎn)成功以來，取得了可喜的進(jìn)展。料、燃料單耗和主要性能能量指標(biāo)均已到達(dá)國際先進(jìn)水平。1000m3n/h的制氫裝置均承受輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)。一、制氫技術(shù)的多樣化〔包括自然氣、〕為原料，承受水蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣；方案二，以甲醇、液氨為原料，承受甲醇或氨分解生產(chǎn)氫氣；方案三，以水為原料，電解水生產(chǎn)氫氣；方案四，以煤為原料，承受煤氣化法生產(chǎn)氫氣。將不斷上漲，因此目前多用于有低價(jià)原料資源〔如廉價(jià)自然氣和催化及焦化干氣〕的地區(qū)。原料經(jīng)過制氫后再生產(chǎn)的產(chǎn)品，因此再將其裂解用于制氫，明顯本錢過高，因此只適合500Nm3/h。200Nm3/h。藝中屬于較低的一種，但由于煤制氫工藝流程較長(zhǎng)，操作環(huán)境略差，污染相對(duì)較大，因此通常適合于無其他廉價(jià)原料的中、大規(guī)模制氫裝置〔2023Nm/h。以下是幾種制氫工藝技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較見表11氫氣本錢序號(hào)工藝路線投資流程通常的適合規(guī)模1自然氣蒸汽轉(zhuǎn)化元/Nm3較簡(jiǎn)潔500-2x1052輕油蒸汽轉(zhuǎn)化較簡(jiǎn)潔500-2x1053干氣蒸汽轉(zhuǎn)化較簡(jiǎn)潔500-2x1054重油轉(zhuǎn)化格外簡(jiǎn)潔10000-2x1055甲醇裂解簡(jiǎn)潔50-10006氨裂解簡(jiǎn)潔10-2007電解水簡(jiǎn)潔10-2008煤氣化－格外簡(jiǎn)潔2023-2x105二、輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)方案選擇化法〔常規(guī)凈化法〕和變壓吸附凈化法〔PSA。PSAPSA2。2兩種制氫工藝特點(diǎn)比較序號(hào)工程化學(xué)凈化法PSA1工業(yè)氫純度(mol%)>96>2流程狀況較簡(jiǎn)潔較簡(jiǎn)潔3原料耗量～4燃料耗量～5綜合能耗6工程投資～7供氫壓力，MPa(G)從表中可以看出，化學(xué)凈化法流程具有原料消耗低、工程投資低的優(yōu)點(diǎn)，但工藝流但其能耗低、工藝流程簡(jiǎn)潔、開停工便利、工業(yè)氫純度高、供氫壓力高。尤其是由于近90～92%，加之近幾年P(guān)SA技術(shù)的國產(chǎn)化，極大地降低了PSA的投資，從而有效地降低了該工藝的氫氣生產(chǎn)本錢，使該技術(shù)在建制氫裝置中占主導(dǎo)地位。依據(jù)主要取決于原料和燃料的差價(jià)。差價(jià)越大、承受化學(xué)凈化法工藝技術(shù)越經(jīng)濟(jì)。差價(jià)PSA三、制氫裝置原料的多樣化由于制氫裝置中的各種催化劑對(duì)原料的族組成、餾程以及雜質(zhì)含量均有特別要求，65～85％。因此，在選擇制氫H/CH/C適合于作制氫裝置的原料可分為氣態(tài)烴和液態(tài)烴二類。氣態(tài)烴主要有：自然氣、沼液化石油氣等。在上述原料中，除自然氣、沼氣外，其它原料均為石油化工廠生產(chǎn)或副產(chǎn)的產(chǎn)品。制氫原料。而催化干氣盡管氫氣含量較高，但由于氮?dú)夂枯^高，在系統(tǒng)跑“龍?zhí)壮扇剂虾凸霉こ滔脑黾?；烯烴含量較高，則必需增加烯烴飽和設(shè)施，造成裝置投資增加。因此，催化干氣與焦化干氣相比，裝置投資和消耗均較高，一般不宜作為制氫裝置的原料，而應(yīng)首先作為全廠的燃料使用。除非在全廠沒有焦化干氣的狀況下，才考慮使用催化干氣。在承受干氣水蒸汽轉(zhuǎn)化工藝制氫時(shí)，一般原料選擇挨次為：首選加氫干氣、焦化干氣、催化干氣以及其它輕烴類。四、含烯烴原料的烯烴飽和技術(shù)氣作為制氫原料需要解決的主要問題是烯烴飽和問題。由于烯烴的加氫反響是一個(gè)強(qiáng)放熱反響，從催化劑的耐熱性能來說，加氫過程的操作溫度就有確定的限制。因此要使烯烴加氫轉(zhuǎn)化反響順當(dāng)進(jìn)展，就必需合理選擇烯烴加氫工藝以及與此相配套的低溫性能良好的加氫催化劑，以維持加氫反響的正常進(jìn)展。目前國內(nèi)普遍承受的烯烴加氫工藝主要有以下幾種：1、絕熱加氫工藝59-讓每個(gè)人公正地提升自我烯烴絕熱加氫工藝是國內(nèi)目前處理低烯烴制氫原料的主要工藝，是在固定床反響器中進(jìn)展，其工藝路線與制氫裝置傳統(tǒng)的加氫工藝一樣〔1催化劑不同?！踩缱匀粴狻⒓託涓蓺庖约爸卣蓺獾取撑c高烯烴含量的焦化干氣或催化干氣，以確定的比例混合，使混合氣體中的烯烴含量適應(yīng)于選定的加氫催化劑的使用溫度要求。該工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)潔，利用固定床加氫反響器即可進(jìn)展。隨著型低溫性能良好的加氫催化劑的開發(fā)成功，目前該工藝已在國內(nèi)制氫裝置，尤其是老制氫改造中廣泛使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝由于受到混合氣體烯烴含量的限制〔因此，焦化干氣或催化干氣的使用量受到限制，缺乏以最大程度的利用廉價(jià)的焦化干氣或催化干氣。目前，國內(nèi)制氫裝置改造中，比較常用的是加氫干氣和焦化干氣的混合進(jìn)料改造，加氫干氣和催化干氣的混合進(jìn)料改造還很少見。2、絕熱循環(huán)加氫工藝絕熱循環(huán)加氫工藝是絕熱加氫工藝的延長(zhǎng)，其根本原理就是將加氫反響器出口的不含烯烴的反響產(chǎn)物經(jīng)冷卻壓縮后返回到反響器入口，利用調(diào)整烯烴含量〔有效地把握反響過程的溫升〔2。59-讓每個(gè)人公正地提升自我〔如催化干氣作原料,而且烯烴含量沒有限制。但隨著烯烴含量的提高，循環(huán)氣體量加大，原料預(yù)熱爐的熱負(fù)荷提高，投資提高，能耗增加。因此，在使用該工藝時(shí)，應(yīng)權(quán)衡原料的烯烴含量與裝置經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。該工藝的特點(diǎn)是可以使用高烯烴含量的氣體，但由于增加了循環(huán)氣的冷卻和壓縮過為壓縮機(jī)的選型帶來很大困難。簽于此，目前該工藝盡管在美國、日本、巴西等國家中使用較多，但在國內(nèi)應(yīng)用較少。只有我國安慶化肥廠承受此工藝，用催化干氣代替輕油作為合成氨原料。3、等溫絕熱加氫工藝存在的問題，而開發(fā)的一種不受原料中烯烴含量限制的全烯烴加氫工藝。與此配套的JT-4等溫加氫精制催化劑。加氫工藝相比，該工藝具有投資低、能耗低、原料適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。在石化行業(yè)推廣，將具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。目前，該工藝已在齊魯?shù)谝换蕪S、武漢石化總廠、清江石化總廠推廣應(yīng)用。4、變溫烯烴加氫工藝變溫加氫工藝由一臺(tái)列管式加氫反響器和一臺(tái)氧化鋅脫硫反響器組成，取消了等溫絕熱加氫工藝中的絕熱反響器。列管式加氫反響器管程和殼程溫度均是變化的，謂之變溫。該反響器的殼程取熱介質(zhì)可以承受市售的導(dǎo)熱油或加氫精制裝置的柴油。殼程入口溫度為220～230℃，出口溫度依據(jù)導(dǎo)熱油的不同可以把握在310～350℃；管程入口溫度220～230℃，出口溫度把握在340～380℃，滿足氧化鋅的脫硫溫度要求。催化劑可以JT-4JT-1G組合加氫精制催化劑。反響氣體溫度通過調(diào)整導(dǎo)熱油的--讓每個(gè)人公正地提升自我61流量來把握。高溫導(dǎo)熱油的循環(huán)冷卻依據(jù)處理的原料氣的規(guī)?？梢苑謩e承受水冷、空冷、發(fā)生蒸汽以及與其它冷流介質(zhì)換熱的方式〔4，5340～380℃。此時(shí)，烯烴和有機(jī)硫已完全轉(zhuǎn)化，然后進(jìn)入氧化鋅脫硫反響器脫除無機(jī)硫?？梢猿浞职l(fā)揮加氫催化劑的高溫活性；4〕操作簡(jiǎn)潔牢靠。變溫加氫工藝技術(shù)已在杭州煉油廠、西安石化總廠等制氫裝置承受。五、蒸汽轉(zhuǎn)化工藝條件的選擇1、轉(zhuǎn)化溫度蒸汽轉(zhuǎn)化反響過程是受熱力學(xué)限制的，為滿足高溫轉(zhuǎn)化反響的工藝要求，提高轉(zhuǎn)化反響的轉(zhuǎn)化率，降低轉(zhuǎn)化氣中的甲烷含量，應(yīng)維持較高的轉(zhuǎn)化氣出口溫度，以降低原料消耗。近年來隨著能源價(jià)格的上揚(yáng)和各種性能優(yōu)良的型耐高溫爐管的消滅，轉(zhuǎn)化反響的操作溫度也呈上升趨勢(shì)。對(duì)于承受價(jià)格較高的輕石腦油作原料時(shí)，應(yīng)盡可能提高轉(zhuǎn)化氣出口溫度，以降低原料消耗；但對(duì)于原料價(jià)格較低，或原料和燃料一樣的制氫裝置，承受較高的轉(zhuǎn)化溫度，雖然原料消耗降低了，但PSA經(jīng)濟(jì)性不明顯，而裝置投資卻有所增加。而且過高的反響壓力和溫度又給轉(zhuǎn)化爐的機(jī)械設(shè)計(jì)造成很大困難，且投資增加，影響全裝置的經(jīng)濟(jì)性。因此，轉(zhuǎn)化溫度的選擇應(yīng)綜合考慮到原料和燃料的性質(zhì)和價(jià)格進(jìn)展選擇。820－865℃考慮。2、水碳比從化學(xué)平衡角度上來看，提高水碳比有利于轉(zhuǎn)化反響，提高原料轉(zhuǎn)化率，有利于抑制催化劑積碳。但由于大量的富有水蒸汽“跑龍?zhí)祝凰急鹊慕档蛯⑹罐D(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷降低，燃料耗量降低，外輸蒸汽增加，有利于降低氫氣本錢和裝置能耗。但轉(zhuǎn)化的水碳比也不能過低，過低的水碳比造成催化劑的積碳傾向加大。依據(jù)裝置轉(zhuǎn)化溫度的選擇，水碳比選擇。3、轉(zhuǎn)化壓力目前，國內(nèi)外制氫裝置