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1、炼厂的氢气与氢气获取 1 1 炼厂的氢气与氢气获取 中国石化工程建设公司 2011 10 炼厂的氢气与氢气获取 2 2 内容 1 炼油企业对氢气的需求 2 炼油企业的氢气来源 3 主要的氢气生产方法 4 轻烃蒸汽转化制氢技术发展面临的新挑战 炼厂的氢气与氢气获取 3 3 1 炼油企业对氢气的需求 1 1 炼厂用氢 炼厂氢气主要供给三类装置 加氢装置 聚乙烯 聚丙烯装置 硫磺回收装置 不同装置对氢气的数量和规格要求不同 炼厂的氢气与氢气获取 4 4 1 1 炼厂用氢 1 加氢类装置 对于氢气规格的要求 CO CO2 10 ppmv 有时要求为20ppmv 氢气纯度 通过经济对比根据加氢装置的氢分
2、 压要求确定 主要加氢装置的耗氢量 炼厂的氢气与氢气获取 5 5 1 加氢装置 主要加氢装置的耗氢量 炼厂的氢气与氢气获取 6 6 2 聚烯烃类装置 聚乙烯 聚丙烯 对于氢气的要求 聚丙烯装置催化剂活性 金属铂与碳氧化物 CO CO2 反应生成羟基铂 失去活性 特点 对CO CO2要求更高 氢气需求量 福建80万吨 年乙烯用氢量 50 100 Nm3 h 特点 氢气需求量少 炼厂的氢气与氢气获取 7 7 3 硫磺回收装置 尾气加氢还原处理工艺 如Shell的Scot法 需要氢气作为 加氢的原料 SO2 3H2 H2S 2H2O S8 8H2 8H2S 对于氢气的要求 CO CO2 加氢处理 催
3、化裂化 减压渣油 延迟焦化 炼厂的氢气与氢气获取 1414 2 青岛大炼油 1000万吨 年炼油能力 炼厂的氢气与氢气获取 1515 2 青岛大炼油 1000万吨 年炼油 氢气平衡 炼厂的氢气与氢气获取 1616 3 福建一体化 1250万吨 年炼油 80万吨 年乙烯 原油 沙特特轻原油 AXL 400万吨 年 沙特轻质原油 AL 400万吨 年 沙特中质原油 AM 400万吨 年 硫含量 接近 2 0 wt 重油加工方案 减压渣油 溶剂脱沥青 DAO加氢处理 催化裂化 DOA 气化 氢气 多联产 炼厂的氢气与氢气获取 1717 3 福建一体化 1250万吨 年炼油 80万吨 年乙烯 氢气平衡
4、 炼厂的氢气与氢气获取 1818 4 天津一体化 1000万吨 年炼油 100万吨 年乙烯 原油 为高含硫沙特原油 加工流程特点 采用延迟焦化 焦炭CFB锅炉的重油加工路线 焦化规模 240万吨 年 炼厂的氢气与氢气获取 1919 4 天津一体化 1000万吨 年炼油 100万吨 年乙烯 氢气平衡 炼厂的氢气与氢气获取 2020 5 惠州一期 1200万吨 年炼油 年乙烯 原油 渤海2号 硫含量 0 32 wt API 0 919 酸值 3 57 mgKOH g 属于高酸低硫环烷中间基原油 加工路线 常减压直馏轻蜡油 部分重蜡油 高压加氢裂化 常减压其余重直馏蜡油 催化裂化 减压渣油 延迟焦化
5、 能力 420万吨 年 炼厂的氢气与氢气获取 2121 5 惠州一期 1200万吨 年炼油 年乙烯 氢气平衡 炼厂的氢气与氢气获取 2222 6 炼厂的氢气需要量 大型炼厂用氢气量 占原油加工量的0 8 2 7 重整规模一般为原油加工量的15 重整氢气为原油量 的0 5 结论 炼厂或大或小都需要建设制氢装置 炼厂的氢气与氢气获取 2323 1 4 氢气在其它领域的需求 全球氢气消费分布图 炼厂的氢气与氢气获取 2424 1 氢气是一种高效的清洁能源载体 氢气是公认的高能清洁燃料 用于各种航天器的发射 氢气燃烧性能好 点火快 与空气混合时有广泛的可燃范 围 而且燃点高 燃烧速度快 除核燃料外氢气
6、的发热值是所有化石燃料 化工燃料和生 物燃料中最高的 为142 35kJ kg 是汽油发热值的3倍 2 以氢气为载体的新能源革命是未来氢气最大的潜在需求 炼厂的氢气与氢气获取 2525 4基于氢气燃料的燃料电池技 术正悄悄的带来一场能源革 命 4氢能电池一旦大规模商业化 其带来的氢气需求 炼厂的氢气与氢气获取 2626 2 炼油企业的氢气来源 炼厂氢气主要有三个来源 1 重整氢气 2 炼厂富氢气体的提纯 3 制氢装置生产的氢气 另外在炼化一体化工厂还有 4 乙烯装置产氢 5 化肥装置供应氢气 炼厂的氢气与氢气获取 2727 1 炼厂氢气的来源 主要产氢装置的产氢量 结论 水蒸气转化制氢工艺产氢
7、能力最高 尤以气体原料 水蒸气转化制氢为甚 炼厂的氢气与氢气获取 2828 1 炼厂氢气的来源 主要装置富氢气体氢纯度 以加 工大庆减压渣油为例 炼厂的氢气与氢气获取 2929 2 炼厂富氢气体的提纯 重整氢气 典型的重整富氢气体组成 炼厂的氢气与氢气获取 3030 加氢低分气 典型的加氢裂化低分气组成 炼厂的氢气与氢气获取 3131 催化裂化干气 典型的催化裂化干气组成 炼厂的氢气与氢气获取 3232 催化裂化干气 不同催化工艺的干气组成 炼厂的氢气与氢气获取 3333 乙烯和化肥装置产氢 乙烯装置深冷分离单元所附产氢气在乙烯装 置提纯后外供氢气 炼厂的氢气与氢气获取 3434 3 炼油企业
8、的氢气生产 3 1 主要的成熟氢气生产工艺 电解水 甲醇裂解 天然气 炼厂气或轻烃水蒸汽转化 重油 煤或石油焦的部分氧化 炼厂的氢气与氢气获取 3535 1 电解水 能耗高 不适合大型炼厂 H2O H2 1 2 O2 炼厂的氢气与氢气获取 3636 2 甲醇裂解 成本高 不适合大型炼厂 炼厂的氢气与氢气获取 3737 3 烃类水蒸气转化 炼厂的氢气与氢气获取 3838 4 部分氧化工艺 炼厂的氢气与氢气获取 3939 5 不同氢气生产工艺的成本比较 炼厂的氢气与氢气获取 4040 3 2 用于生产氢气的原料 可以分成两类 1 气体和轻烃 天然气 炼厂饱和干气 焦化干气 催化干气 轻石脑油 LP
9、G 采用水蒸气转化工艺生产氢气 2 重质油 煤 石油焦 减压渣油 脱油沥青 煤 石油焦 采用部分氧化工艺生产合成气 变换 提纯后获 得氢气 炼厂的氢气与氢气获取 4141 3 3 原料的来源 1 水蒸气转化工艺 轻油 LPG 因价格过高最多用作备用原料 炼厂干气 因数量有限 不足以提供全部原料 天然气 未来水蒸气转化工艺的主要原料 包括 LNG 炼厂的氢气与氢气获取 4242 发改委对天然气利用的政策规定 第一类 优先类 城市燃气 第二类 允许类 城市燃气 工业燃料 天然气化工 1 对用气量不大 经济效益较好的天然气制氢项目 2 以不宜外输或上述一 二类用户无法消纳的天然气 生产氮肥项目 炼厂
10、的氢气与氢气获取 4343 发改委对天然气利用的政策规定 第三类 限制类 天然气发电 1 非重要用电负荷中心建设利用天然气发电项目 天然气化工 2 已建的合成氨厂以天然气为原料的扩建项目 合成氨厂煤 改气项目 3 以甲烷为原料 一次产品包括乙炔 氯甲烷等的碳一化工 项目 4 除第二类第2项以外的新建以天然气为原料的合成氨项目 第四类 禁止类 天然气发电 1 陕 蒙 晋 皖等十三个大型煤炭基地所在地区建设基荷 燃气发电项目 天然气化工 2 新建或扩建天然气制甲醇项目 3 以天然气代煤制甲醇项目 炼厂的氢气与氢气获取 4444 从国家政策层面上天然气主要用于 城市燃气 工业燃气 氢气生产 因此 以
11、天然气为主要原料的水蒸气转化制氢装置在 未来一段时间内还是炼厂主要的氢气供应来源之一 炼厂的氢气与氢气获取 4545 3 3 原料的来源 2 部分氧化工艺 重油 渣油 脱油沥青 因价格过高造成氢气成本 过高 石油焦 因有一定的销售市场 多作为备用或补充 燃料 煤 部分氧化工艺的主要原料 炼厂的氢气与氢气获取 4646 3 4 水蒸气转化工艺与部分氧化工艺的比较 1 工艺流程 水蒸气转化工艺 以天然气为原料 流程简单 可靠性高 连续运行时间长 占地少 操作 维护人员少 清洁 对环境影响少 水耗量少 炼厂的氢气与氢气获取 4747 部分氧化工艺 以煤为原料 流程复杂 可靠性低 需要建设备用系列 连
12、续运行周期还不能与炼厂其它装置匹配 需要建设投资高和公用工程消耗大的空分装置 占地大 操作 维护人员多 环境排放物高 水耗量大 炼厂的氢气与氢气获取 4848 3 4 水蒸气转化工艺与部分氧化工艺的比较 2 原料 水蒸气转化工艺 以天然气为原料 原料价格地域性差异大 天然气供应主要集中在西部 价格低因此首选水 蒸气转化工艺 东部 天然气工艺的末端 LNG上岸 价格较高 炼厂的氢气与氢气获取 4949 3 4 水蒸气转化工艺与部分氧化工艺的比较 2 原料 部分氧化工艺 以煤为原料 价格低 但 煤炭的供应主要集中在西部 东部 多为煤炭运入区 价格相对较高 炼厂的氢气与氢气获取 5050 3 4 水
13、蒸气转化工艺与部分氧化工艺的比较 3 氢气成本比较 比较基准 氢气规模为80 000Nm3 h 炼厂的氢气与氢气获取 5151 a 水蒸气转化工艺 天然气为原料 炼厂的氢气与氢气获取 5252 b 部分氧化工艺 煤为原料 炼厂的氢气与氢气获取 5353 c 数据分析 以天然气为原料的水蒸气转化制氢装置中原料成 本占氢气成本的绝大部分 以煤为原料部分氧化制氢装置 其成本构成中原 料成本 动力成本比例较高 投资亦占氢气成本 的相当比例 原料 天然气 煤 价格变化对成本影响很大 特别是随着原料价格的上升 其在氢气成本中的 比例显著上升 因投资和动力成本 主要源于空分 在部分氧化 制氢装置中占氢气成本
14、的比例很高 因此 只有 在制氢装置规模较大时部分氧化工艺才具有竞争 力 炼厂的氢气与氢气获取 5454 3 5 氢气生产技术选择 轻烃水蒸气转化制氢工艺目前仍然是炼厂制氢工 艺的主流技术 以气化工艺为核心的煤制氢装置 u受到装置运行可靠性 投资和煤炭来源 运 输 储存 公用工程消耗诸多因素的制约 在 一段时间内还不大可能成为炼厂氢气供应的主 流 u随着技术的进步 亦将占据超大型制氢装置 的部分市场份额 以环保及绿色循环经济为特色的新型制氢技术将 越来越引起人们的重视 u光催化水解制氢 u生物质 污水 生物垃圾 的生物法制氢 炼厂的氢气与氢气获取 5555 4 轻烃蒸汽转化制氢技术发展面临的新挑
15、战 高度可靠性要求 n氢气生产公用工程化的趋势要求 n氢气在炼厂生产中不可缺少的地位 大型化及小型模块化的挑战 n炼厂制氢装置的大型化 追求规模效益 n移动用氢增加对小型模块化的要求 环境保护日益严格的挑战 n二氧化碳排放的限制 使得制氢装置不得不考虑回 收CO2的方法 传统的脱碳流程和两段变压吸附同 时获取CO2的流程应引起足够的重视 炼厂的氢气与氢气获取 5656 4 轻烃蒸汽转化制氢技术发展面临的新挑战 本质安全的要求 安全联锁系统的设置 节能节水的要求 n随着装置的大型化 制氢装置蒸气产量大 在全厂 蒸气平衡中需要考虑合理利用制氢装置的蒸气 n大型水蒸气转化制氢装置不可避免的被要求酸性水 处理后在装置内回用 降低氢气成本的要求 炼厂的氢气与氢气获取 5757 结语 氢气生产技术仍大有可为 轻烃水蒸气转化制氢目前依然是制氢工艺的主流技术 具有成本优势且更加安全 可靠 节能 环保是水蒸汽 转化制氢技术发展的目标 需要靠所有业内同仁的共同 努力来完成 炼厂的氢气与氢气获取 5858 谢谢
