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1、1,炼厂的氢气与氢气获取 中国石化工程建设公司 2011-10,2,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,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,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压要求确定 主要加氢装置的耗氢量,5,1) 加氢装置 主要加氢装置的耗氢量,6,2) 聚烯
2、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,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+3H2H2S+2H2O S8+8H28H2S 对于氢气的要求 CO+CO2 = 10 ppmw 氢气纯度：91-93.7%v 耗氢量 福建26万吨/年硫磺回收装置用氢量 1000 1500 Nm3/h,8,4) 炼厂氢气的分级利用 根据用氢装置氢分
3、压高低 一级用氢：需要的氢气纯度可以略低，直接使用重整氢气-加氢精制、硫磺回收、 二级用氢：氢分压高，需要较高纯度的氢气-蜡油加氢处理、渣油加氢、加氢裂化,9,1. 2 炼厂氢气需求量不断增加 原因： 原油的劣质化趋势 原油资源的匮乏要求炼厂加工深度的提高 环境保护要求油品品质的升级,10,1. 3 典型炼厂的氢气平衡 1）海南炼厂-800万吨/年炼油加工能力 原油 阿曼原油 硫含量：1.15%wt API度：33.9 加工路线 渣油加氢处理+催化裂化,11,1）海南炼厂-800万吨/年炼油加工能力,12,1）海南炼厂 氢气供应 重整装置供应：4.7万吨/年纯氢 加氢类装置含氢气体回收氢气：0
4、.75万吨/年纯氢 水蒸气转化制氢装置：4.5万吨/年纯氢,13,2）青岛大炼油-1000万吨/年炼油 原油 沙特轻质原油（含硫2.10%）500万吨/年 沙特重质原油（含硫3.20%）500万吨/年 混合原油：硫 2.56% wt; API 31.11 加工路线 减压蜡油-加氢处理- 催化裂化 减压渣油-延迟焦化,14,2）青岛大炼油-1000万吨/年炼油能力,15,2）青岛大炼油-1000万吨/年炼油 氢气平衡,16,3）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/
5、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,17,3）福建一体化- 1250万吨/年炼油+80万吨/年乙烯 氢气平衡,18,4）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 。,19,4）天津一体化-1000万吨/年炼油+100万吨/年乙烯 氢气平衡,20,5）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
6、/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，能力： 420万吨/年,21,5）惠州一期-1200万吨/年炼油/年乙烯 氢气平衡,22,6 ) 炼厂的氢气需要量 大型炼厂用氢气量：占原油加工量的0.82.7% 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,23,1.4 氢气在其它领域的需求 全球氢气消费分布图,24,1）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
7、围，而且燃点高、燃烧速度快。 除核燃料外氢气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。,25,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 氢能电池一旦大规模商业化，其带来的氢气需求,26,2、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,27,1）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能力最高，尤以气体原料水蒸气转
8、化制氢为甚。,28,1） 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）,29,2） 炼厂富氢气体的提纯 重整氢气 典型的重整富氢气体组成,30,加氢低分气 典型的加氢裂化低分气组成,31,催化裂化干气 典型的催化裂化干气组成,32,催化裂化干气 不同催化工艺的干气组成,33,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,34,3、炼油企业的氢气生产 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,35,1 ）电解水-能耗高，不适合大型炼厂 H2O = H2 +1/2 O2,36,2
9、） 甲醇裂解-成本高，不适合大型炼厂,37,3) 烃类水蒸气转化,38,4） 部分氧化工艺,39,5 ） 不同氢气生产工艺的成本比较,40,3.2 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、LPG 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,41,3.3 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,42,发改委对天然气利用
10、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；,43,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
11、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。,44,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。,45,3.3 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,46,3.4 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
12、护人员少 清洁、对环境影响少 水耗量少,47,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,48,3.4 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，,49,3.4 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
13、区，价格相对较高,50,3.4 水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,51,a、水蒸气转化工艺-天然气为原料,52,b、部分氧化工艺-煤为原料,53,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的比例很高，因此，只有在制氢装置规模较大时部分氧化
14、工艺才具有竞争力。,54,3.5 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 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； 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 光催化水解制氢 生物质（污水、生物垃圾）的生物法制氢,55,4、 轻烃蒸汽转化制氢技术发展面临的新挑战 高度可靠性要求 氢气生产公用工程化的趋势要求； 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 炼厂制氢
15、装置的大型化，追求规模效益 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 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,56,4 、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 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 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,57,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！,58,谢谢,
