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1、 石化公司制氢装置设计方案一、概述1装置组成本装置由造气和中变气PSA两个部分组成。2装置规模根据全厂总流程安排，确定新建制氢装置的公称规模为1104Nm3/h工业氢。装置年操作时数8000小时。3工艺技术路线造气单元的工艺技术方案采用轻烃蒸汽转化技术；中变气PSA单元工艺方案采用变压吸附（PSA）净化技术。造气单元主要包括：原料气压缩、脱硫、蒸汽转化和一氧化碳变换等。二、原料及产品1原料（1）本装置原料为焦化干气进装置温度： 40进装置压力： 0.6MPa(G)。2 产品方案（1）产品-工业氢规格 出装置温度：40 出装置压力：2.0MPa(G) 序号组分名称mol%备注1H299.902C
2、H40.053N20.054CO+CO220ppm合 计100 三、工艺技术方案1国内外技术状况和技术特点随着合成氨、甲醇等合成气工业的飞速发展，轻油蒸汽转化制氢技术有了长足的进步。在半个多世纪的工业实践中，ICI、凯洛格、赫尔蒂、KTI、托普索等公司在转化炉型、催化剂性能、能量回收、净化方法等方面均有重大改进，使轻油蒸汽转化技术日臻成熟，可靠性、灵活性有了很大提高。目前由于越来越严格的环境保护要求，各种发动机燃料的质量越来越高，炼油厂中氢气的需要不断增加，极大地剌激了制氢工艺的迅猛发展。以KTI、托普索为代表的轻烃蒸汽转化制氢技术公司，在充分吸收、借鉴现代合成气生产经验的同时，利用其制氢的优
3、化设计软件，力求开发出适合当代要求的轻烃制氢技术。最新的进展包括：（a）低水碳比、高转化温度，以降低原料和燃料消耗；(b)预转化工艺和后转化工艺（一种列管式的转化反应器）与常规转化炉的优化组合应用，以降低转化炉的燃料消耗；(c)应用现代节能技术，优化余热回收方案，以进一步降低装置能耗。国内轻烃蒸汽转化制氢技术自六十年代第一套2104Nm3/h油田气制氢装置一次投产成功以来，取得了可喜的进展。七十年代至八十年代中期，国内陆续建成了荆门、茂名、镇海等大型制氢装置，其生产规模均为单系列2104Nm3/h工业氢，净化技术为化学净化法（即热钾碱法脱CO2及甲烷化去除微量CO、CO2）。进入八十年以后，随
4、着变压吸附（PSA）技术的进展，PSA技术的可靠性和氢回收率有了较大提高，八十年代后期至九十年代，我国又先后在齐鲁石化公司、辽阳化纤公司、大连西太平洋等兴建了几套大型制氢装置，其净化工艺均为PSA净化法。随着自动化程度大大提高，特别是计算机技术的广泛应用，与化学净化法相比，PSA工艺最大的特点在于：(a)简化了制氢装置的流程，提高了氢气纯度；(b)降低了装置能耗，提高了装置长周期运转及供氢的可靠性；(c)相对减少了操作及维护人员，管理更加方便；(d)三废排放量大幅度减少，设备没有腐蚀性介质的威胁。由于PSA氢回收率的提高（可达90%），以及国产PSA的投资低的优势，使得PSA净化法制氢装置在新
5、建制氢装置中所占的比重一直呈上升趋势。PSA技术产氢纯度高达99.99%，也可降低下游装置操作压力和工程投资。三十年来的工业实践表明，国内自行设计施工的制氢装置工艺可靠，开车方便，原料、燃料单耗和主要性能能量指标均已达到国际先进水平。在催化剂方面，齐鲁石化公司研究院研制成功的转化催化剂已在许多工业装置上广泛采用，其活性、空速、强度、抗积碳性能等主要性能指标，已达到国际同类催化剂的先进水平。2工艺方案选择以轻烃为原料制取工业氢，国内外均认为蒸汽转化法为最佳方案。大型合成氨厂以及炼油厂的制氢装置，其造气工艺大多为水蒸气转化法。该工艺技术具有投资省、能耗低、操作可靠性、灵活性高等优点，经过多年的生产
6、实践，目前已积累了许多成功的工程设计及操作经验。因此本报告中造气单元推荐采用蒸汽转化技术。国内外蒸汽转化制氢装置的净化工艺主要可分为两种流程，即化学净化法（常规净化法）和变压吸附净化法（PSA净化法）。两种流程在国内均已有成功的操作经验。两种净化方法的选择主要取决于原料和燃料价格及技术经济比较结果。由于造气单元采用价格较低而且产氢量高的焦化干气为原料，因此采用PSA净化法的氢气成本要比采用化学净化法的氢气成本低。而且采用PSA净化法制氢装置还具有流程简单，便于生产管理，产品氢纯度高（PSA净化法生产的工业氢纯度大于99.99%）等特点，有利于减少加氢装置的投资和消耗。因此，本报告推荐采用PSA
7、净化法。（1）原料选择由于制氢装置中的各种催化剂对原料的族组成、馏程以及杂质含量均有特殊要求，而且制氢装置的原料在氢气成本中所占的比例较高，约达6585%。因此，在选择制氢原料时，应充分考虑各种因素，优先选用氢碳比大含硫低的饱和烃类原料，或者几种氢碳比大的原料混合进料，以减少原料耗量，降低氢气成本。可以作为本装置原料的烃类为焦化干气和加氢干气。加氢干气由于含氢量大、氢碳比高、硫含量低、产氢量高，是一种非常优良的制氢原料，但其量非常少，远远不能满足本装置的原料需求量。焦化干气虽然含有不饱和烃类，但其氢碳比高、组成稳定，仍不失为一种优秀的制氢原料。因此本报告以焦化干气为制氢原料。（2）工艺流程特点
8、A 造气单元 采用焦化干气为装置原料，原料产氢率高，原料和燃料消耗低。 优化装置设计，合理选择工艺参数，采用较高的转化出口温度（840），增加转化深度，提高单位原料的产氢率，从而降低原料和燃料消耗；选用较低的水碳比（3.5），进一步降低转化炉的燃料消耗。氧化锌脱硫反应器设置两台，即可串联又可并联，可实现不停工更换脱硫剂。一氧化碳变换部分仅采用中温变换流程，不采用低温变换流程，以降低装置投资，简化制氢流程，缩短开工时间。采用二合一的产汽流程（即烟道气、转化气的产汽系统共享一台汽包），简化了余热回收流程，降低了装置投资。优化换热流程，合理利用余热能位，提高有效能效率。 利用转化炉烟道气高温位余热预
9、热原料气，利用烟道气和转化气的高温位余热发生3.5MPa中压蒸汽。所产蒸汽一部分作为工艺用汽，多余部分外输至工艺蒸汽管网。利用中变气高温位余热预热锅炉给水，以增加中压蒸汽产量。 利用烟道气低温位余热预热燃烧空气，以降低转化炉的燃料用量。在维持合理传热温差的前提下，降低排烟温度，提高转化炉的热效率，以降低燃料消耗。为提高装置的可靠性，确保装置长周期安全运行，制氢装置的催化剂选用国内成熟可靠的催化剂。其中转化催化剂选用国内制氢装置普遍采用的、齐鲁石化研究院研制生产的水蒸汽转化制氢催化剂。回收工艺冷凝水，减少装置脱盐水用量。在变换气冷却过程中将产生大量的冷凝水，这部分冷凝水如直接排放，将会污染环境或
10、增加污水处理场负担。本设计将工艺冷凝液经汽提塔汽提后直接进入除氧器，除氧后作为锅炉给水。这样既保护了环境，又减少了脱盐水用量。采用型管双壳程换热器，加深换热深度，提高热效率。采用高效分水器，降低了设备投资。B 中变气PSA单元PSA方案建议采用8-2-4 PSA工艺，在0.03MPa（G）压力下完成吸附剂再生，具有流程简单、无需动力设备、能耗低的特点。本方案较传统流程多一次均压过程，可更有效地回收产品氢气，提高了产品氢回收率。(可达90%)本方案由于增加了一台顺放气缓冲罐，解决了传统流程在冲洗再生过程中存在的二次污染问题，因而吸附剂再生效果更好。变压吸附工艺过程采用DCS控制系统，具有运转平稳
11、，操作可靠的特点。并且具有事故状态下，能自动或手动由八床操作切换至七床、六床、五床操作的功能, 因而大大地提高了装置的可靠性。四、主要工艺过程操作条件1加氢反应温度: 230380反应压力: 2.95MPa（G）气空速： 547 h-1 2脱氯反应温度: 320380反应压力: 2.89MPa（G）出口气中氯含量: 1ppm wt穿透氯容: 10kg/100kg催化剂3脱硫反应温度: 320380反应压力: 2.88MPa（G）入口硫含量: 200ppm（wt）出口硫含量: 0.5ppm（wt）饱和硫容: 30kg/100kg催化剂4转化反应温度: 入口 480520 出口 800850 反应
12、压力: 入口 2.80MPa（G） 出口 2.50MPa（G）水碳比 3.5(H2O mol/c atom)碳空速 794 h-1出口残余甲烷 5% V(干基)5 中变反应温度: 入口 360 出口 421 反应压力: 2.40MPa（G） 出口CO含量 3% V(干基) 入口H2O/CO 5.10 (mol/mol) 干基空速 1210 h-16 变压吸附H2回收率 90%出口氢纯度 99.9V%尾气压力 0.05MPa（G）出口氢气压力 2.0MPa（G）五、工艺流程简述本装置由造气单元和中变气PSA单元组成。1造气单元（1）进料系统 来自装置外的焦化干气进入原料气缓冲罐，经原料气压缩机压
13、缩至3.2MPa(G)后进入原料气脱硫部分。（2）脱硫部分 进入脱硫部分的原料气经原料气-中变气换热器或开工加热炉（开工时用）升温到280左右进入加氢反应器，在其中原料中的不饱和烃通过加氢转化为饱和烃类，床层温度升至380左右，此外通过加氢反应，原料中的有机硫转化为无机硫，然后进入氧化锌脱硫反应器脱除硫化氢和氯化氢。经过精制后的气体总硫含量小于0.5PPm，氯化氢含量小于1 PPm，进入转化部分。（3）转化部分 精制后的原料气按水碳比3.5与自产的3.5MPa水蒸汽混合，再经转化炉对流段予热至500，进入转化炉辐射段。在催化剂的作用下，发生复杂的水蒸汽转化反应。整个反应过程是吸热的，所需热量由分布在转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供，出转化炉840高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后，温度降至360，进入中温变换部分。（4）变换部分 来自转化气蒸汽发生器约360的转化气进入中温变换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应，将变换气中CO含量降至3左右。中变气经原料气-中变气换热器、中变气蒸汽发生器、中变气-脱氧水换热器、中变气-除盐水换热器进行热交换回收大部分余热后，再经中变气空冷器、中变气后冷器冷却至40，并经分水后进入中变气PSA单元。（5）热回收及产汽系统 来自
