变换气脱碳与提纯工艺过程讲解

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1、孙晓东 加氢精制车间 胜 利 炼 油 厂 炼 油 实 业 部 变换气脱碳与提纯工艺过程 1 目 录 一、蒸汽转化制氢装置工艺简介 二、低变气脱碳工艺过程 三、甲烷化工艺过程 四、低变气脱碳操作 五、甲烷化操作 六、脱碳及甲烷化事故处理 2 一、蒸汽转化制氢装置工艺简介 1、工艺过程 轻烃水蒸汽转化反应是在转化催化剂 作用下，以脱硫后的天然气、加氢干气、 拔头油等烃类与水蒸汽反应生成转化气， 经过变换工序、脱碳及PSA提纯后，产出 产品氢气及副产品二氧化碳和燃料废氢。 提纯工艺中普遍使用变压吸附和碳酸钾溶 液吸收方法。 3 一、蒸汽转化制氢装置工艺简介 2、苯菲尔脱碳提纯、PSA原则工艺图 优点

2、：氢损失小，得到副产品工业CO2，降低加工损失 缺点：氢纯度低，燃料消耗大，能耗高，氢气压力低 脱碳中低变换转化 蒸气 燃料气 甲烷化 CO2产品 轻烃 脱硫 氢气 4 一、蒸汽转化制氢装置工艺简介 2、苯菲尔脱碳提纯法及PSA原则工艺图 轻烃 PSA中(低)变换转化脱硫 高纯氢气 蒸气 燃料气燃料气 优点：氢纯度、压力高，燃料消耗小，能耗低。 缺点：氢损失略大，无副产CO2。 5 二、低变气脱碳工艺过程 1、脱碳工艺原理 低变气一般含有20%以上的CO2及少量甲烷、 CO，从变换气中组成看到，CO2是变换气中主 要杂质。苯菲尔溶液是以碳酸钾为吸收剂，二 乙醇胺为活化剂，五氧化二钒为缓蚀剂的混

3、合 溶液进行吸收二氧化碳，被本菲尔溶液吸收后 的低变气叫粗氢。作为吸收剂，碳酸钾含量的 高低，决定溶液的吸收效果。下面是碳酸钾溶 液对二氧化碳的吸收和解吸的反学方程式： KK 2 2 COCO 3 3 COCO 2 2 HH 2 2 O 2KHCOO 2KHCO 3 3 6 二、低变气脱碳工艺过程 1、脱碳工艺原理 这是一个可逆的平衡反应。在反应式左边加这是一个可逆的平衡反应。在反应式左边加 压和降低温度，右边碳酸氢钾的浓度就会增加，压和降低温度，右边碳酸氢钾的浓度就会增加， 主反应方向就向吸收方向进行，在吸收塔进行。主反应方向就向吸收方向进行，在吸收塔进行。 吸收吸收COCO 2 2 后饱和

4、溶液变成了碳酸氢钾溶液，回到再后饱和溶液变成了碳酸氢钾溶液，回到再 生塔，同样是反应式的左边，由于改变了反应条生塔，同样是反应式的左边，由于改变了反应条 件，采用了降压、加热，将件，采用了降压、加热，将COCO 2 2 分离出去，这时，分离出去，这时， 主反应就向解吸方向进行，因此，碳酸钾浓度就主反应就向解吸方向进行，因此，碳酸钾浓度就 会增加。会增加。 7 二、低变气脱碳工艺过程 2、脱碳工艺流程图 8 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 吸收塔与再生塔的操作压力、温度、溶液浓度、吸收塔与再生塔的操作压力、温度、溶液浓度、 溶液循环量、溶液再生效果等是重要操作参数溶液循

5、环量、溶液再生效果等是重要操作参数 。 3.13.1操作压力操作压力 吸收塔压力受系统压力控制，一般是不可调吸收塔压力受系统压力控制，一般是不可调 节。吸收塔的富液是靠压力作用压回到再生塔，节。吸收塔的富液是靠压力作用压回到再生塔， 两塔压差愈大压送能力也愈大。每套装置，在吸两塔压差愈大压送能力也愈大。每套装置，在吸 收塔也要求有一个最低压力限值，才能保证两塔收塔也要求有一个最低压力限值，才能保证两塔 溶液循环正常。溶液循环正常。 9 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 3.13.1操作压力操作压力 再生塔压力变化对再生塔压力变化对CO2CO2从溶液中解吸和水份在从溶液中

6、解吸和水份在 溶液中蒸发都有影响。再生塔顶压力低，有利于溶液中蒸发都有影响。再生塔顶压力低，有利于 溶液解吸再生，但不是愈低愈好，因为压力过低溶液解吸再生，但不是愈低愈好，因为压力过低 时，当塔底温度不变，溶液中水蒸汽挥发度增大时，当塔底温度不变，溶液中水蒸汽挥发度增大 ，大量水蒸汽随分离出来的，大量水蒸汽随分离出来的CO2CO2带出塔，这部分过带出塔，这部分过 量水蒸汽蒸发流失，不但造成补水量增大，还会量水蒸汽蒸发流失，不但造成补水量增大，还会 造成再生热量损失。当压力过高时，会使溶液的造成再生热量损失。当压力过高时，会使溶液的 解吸向吸收方面平衡移动，因此会使溶液的再生解吸向吸收方面平衡移

7、动，因此会使溶液的再生 效率降低。所以再生塔顶需要一个稳定压力控制效率降低。所以再生塔顶需要一个稳定压力控制 系统，并根据溶液再生情况，调整选定一个合适系统，并根据溶液再生情况，调整选定一个合适 的再生压力。的再生压力。 10 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 3.23.2操作温度操作温度 吸收塔对温度：吸收塔对温度：吸收塔作用使气液逆向接触，尽可能吸收塔作用使气液逆向接触，尽可能 将氢气中的杂质成份将氢气中的杂质成份CO2CO2吸收。对吸收塔的工艺要求是出吸收。对吸收塔的工艺要求是出 口气中口气中CO2CO2含量愈低愈好。温度高时对吸收速度快，但吸含量愈低愈好。温度高

8、时对吸收速度快，但吸 收溶解度下降。相反温度低时，虽吸收溶解度上升，但吸收溶解度下降。相反温度低时，虽吸收溶解度上升，但吸 收反应慢。根据以上特性，吸收塔采用先半贫液吸收、后收反应慢。根据以上特性，吸收塔采用先半贫液吸收、后 贫液吸收的两段吸收工艺。即在吸收塔下段，由于工艺气贫液吸收的两段吸收工艺。即在吸收塔下段，由于工艺气 初入吸收塔，初入吸收塔，CO2CO2含量高，需要有快的吸收速度，才能将含量高，需要有快的吸收速度，才能将 大部份大部份CO2CO2在吸收塔下部被吸收带出到再生塔。因此，吸在吸收塔下部被吸收带出到再生塔。因此，吸 收塔下部可以控制收塔下部可以控制115115相对较高的温度下

9、操作。而吸收相对较高的温度下操作。而吸收 塔上部，因为工艺气经过半贫液净化以后，塔上部，因为工艺气经过半贫液净化以后，CO2CO2含量巳降含量巳降 得很低，在上部要求是吸收精度问题了。所以使用贫液吸得很低，在上部要求是吸收精度问题了。所以使用贫液吸 收，而且吸收温度巳降到收，而且吸收温度巳降到7070，这些都有利于将工艺气中，这些都有利于将工艺气中 的的CO2CO2彻底吸收。彻底吸收。 11 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 3.23.2操作温度操作温度 再生塔的温度要求：再生塔的温度要求：富液进再生塔后，由于降压，富液进再生塔后，由于降压，COCO 2 2 解吸解吸

10、的速度很快，再生溶液由上逐级塔盘而下加热解吸，下到塔的速度很快，再生溶液由上逐级塔盘而下加热解吸，下到塔 中部巳成为半贫液，温度要达到中部巳成为半贫液，温度要达到110110，通过半贫液泵输送，通过半贫液泵输送 到吸收塔中部入塔。而多余的溶液，通过中部集液槽底孔和到吸收塔中部入塔。而多余的溶液，通过中部集液槽底孔和 液槽面溢流管继续沿塔盘逐级流向塔底，这些经过充分解吸液槽面溢流管继续沿塔盘逐级流向塔底，这些经过充分解吸 的溶液，经过再生重沸器加热，使温度上升到的溶液，经过再生重沸器加热，使温度上升到105-115105-115， 就能达到彻底再生成为贫液，然后经贫液泵输送到吸收塔上就能达到彻底

11、再生成为贫液，然后经贫液泵输送到吸收塔上 部使用。因此，再生塔下部要有足够的热量，才能满足再生部使用。因此，再生塔下部要有足够的热量，才能满足再生 时的温度需求。但要注意塔底温度控制，不能超过时的温度需求。但要注意塔底温度控制，不能超过120120， 如果温度过高，某些溶液会发生热分解，使溶液的应有性能如果温度过高，某些溶液会发生热分解，使溶液的应有性能 得不到保证。另外，温度过高也会使溶液中水份蒸发猛烈，得不到保证。另外，温度过高也会使溶液中水份蒸发猛烈， 一方面造成溶液水份损耗大，还有可能出现泛液事故。一方面造成溶液水份损耗大，还有可能出现泛液事故。 12 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲

12、尔法脱除二氧化碳操作条件 3.33.3溶液循环量溶液循环量 吸收塔是分半贫液和贫液两段吸收，因此就有贫液量和半贫吸收塔是分半贫液和贫液两段吸收，因此就有贫液量和半贫 量的比例问题。根据设计，流经塔内的量的比例问题。根据设计，流经塔内的CO2CO2绝大部份在半贫绝大部份在半贫 液段被吸收，只有少量剩余的液段被吸收，只有少量剩余的CO2CO2在贫液段被彻底吸收。因在贫液段被彻底吸收。因 此，半贫液的循环量要比贫液大，苯菲尔法溶液的比例是：此，半贫液的循环量要比贫液大，苯菲尔法溶液的比例是： 贫液量为贫液量为1 1，半贫液量为，半贫液量为3 3。以上是有关贫液和半贫液的比例。以上是有关贫液和半贫液的

13、比例 问题，要使装置达到设计最大负荷运转，按照标准苯菲尔溶问题，要使装置达到设计最大负荷运转，按照标准苯菲尔溶 液碳酸钾浓度为液碳酸钾浓度为22-28%22-28%时，贫液的供给能力不能少于最大时，贫液的供给能力不能少于最大 进油量的进油量的2525倍，半贫液不能少于倍，半贫液不能少于7575倍。富液量是贫液和半贫倍。富液量是贫液和半贫 液的总和。这些量是否能达到以上要求值，不但关系到净化液的总和。这些量是否能达到以上要求值，不但关系到净化 效果，还关系到两塔循环能否控制稳定问题。效果，还关系到两塔循环能否控制稳定问题。 13 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 3.43

14、.4溶液浓度溶液浓度 苯菲尔溶液主要是吸收功能，但还要有防腐蚀、防发泡功能苯菲尔溶液主要是吸收功能，但还要有防腐蚀、防发泡功能 。下面介绍溶液中各种成份浓度的意义：。下面介绍溶液中各种成份浓度的意义： （1 1）吸收剂）吸收剂 碳酸钾是吸收剂，属强碱弱酸盐，呈碱性。在新鲜溶液中要碳酸钾是吸收剂，属强碱弱酸盐，呈碱性。在新鲜溶液中要 求其浓度达到求其浓度达到22-28%22-28%。在循环使用时，由于不可能完全再生。在循环使用时，由于不可能完全再生 ，不论是贫液，半贫液或富液，都是要求碳酸钾与碳酸氢钾，不论是贫液，半贫液或富液，都是要求碳酸钾与碳酸氢钾 总和接近要求值即可，如果浓度过高，一旦溶液

15、低于使用温总和接近要求值即可，如果浓度过高，一旦溶液低于使用温 度时，就会发生结晶沉淀，特别是北方寒冷地带更容易出现度时，就会发生结晶沉淀，特别是北方寒冷地带更容易出现 。结晶沉淀会影响备用机泵不能正常切换使用，还会堵塞工。结晶沉淀会影响备用机泵不能正常切换使用，还会堵塞工 艺管线和采样管、压力表管及倒淋管等。如果碳酸钾浓度过艺管线和采样管、压力表管及倒淋管等。如果碳酸钾浓度过 低，会降低溶液吸收能力，当装置负荷较大时，造成吸收净低，会降低溶液吸收能力，当装置负荷较大时，造成吸收净 化不彻底，影响产品质量。化不彻底，影响产品质量。 14 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件

16、 3.43.4溶液浓度溶液浓度 （2 2）活化剂（）活化剂（DEADEA） 一般使用二乙醇胺作为活化剂，要求它在苯菲尔溶一般使用二乙醇胺作为活化剂，要求它在苯菲尔溶 液中的浓度为液中的浓度为3%3%。浓度过高，对吸收作用不明显，。浓度过高，对吸收作用不明显， 在正常操作温度下，其浓度愈高，愈容易分解，只在正常操作温度下，其浓度愈高，愈容易分解，只 会造成浪费。浓度过低，使溶液的吸收活性变差，会造成浪费。浓度过低，使溶液的吸收活性变差， 也就是在相同温度条件下，溶液吸收能力下降。所也就是在相同温度条件下，溶液吸收能力下降。所 以认为，适中的浓度，它既能使溶液保持稳定，又以认为，适中的浓度，它既能使溶液保持稳定，又 起到一定的活化作用，促进和提高溶液吸收效果。起到一定的活化作用，促进和提高溶液吸收效果。 15 二、低变气脱碳工艺过程 3、苯菲尔法脱除二氧化碳操作条件 3.43.4溶液浓度溶液浓度 （3 3）缓蚀剂）缓蚀剂 五氧化二钒是苯菲尔溶液的缓蚀剂，它在溶液中的五氧化二钒是苯菲尔溶液的缓蚀剂，它在溶液中的 浓度为浓度为1.