天然氣制氫裝置工藝過程原料及工藝流程

1、天然氣制氫裝置工藝過程原料及工藝流程1.1 工藝原理1. 天然氣脫硫 本裝置采用干法脫硫來處理該原料氣中的硫份。為了脫除有 機(jī)硫，采用鐵錳系轉(zhuǎn)化吸收型脫硫催化劑，并在原料氣中加 入約1-5%的氫，在約400 C高溫下發(fā)生下述反應(yīng)：RSH+H 2=H 2S+RHH2S+MnO=MnS+H 2O 經(jīng)鐵錳系脫硫劑初步轉(zhuǎn)化吸收后，剩余的硫化氫，再在采用 的氧化鋅催化劑作用下發(fā)生下述脫硫反應(yīng)而被吸收： H2S+ZnO=ZnO+H 2OC2H5SH+ZnS+C2H5+H2O 氧化鋅吸硫速度極快，因而脫硫沿氣體流動(dòng)方向逐層進(jìn)行， 最終硫被脫除至 0.1ppm 以下，以滿足蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑對(duì)硫 的要求。2. 蒸

2、汽轉(zhuǎn)化和變換原理原料天然氣和蒸汽在轉(zhuǎn)化爐管中的高溫催化劑上發(fā)生烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，主要反應(yīng)如下：CH 4+H 2O= CO+3H 2-Q(1)一氧化碳產(chǎn)氫 CO+H 2O=CO2+H2+Q (2) 前一反應(yīng)需大量吸熱，高溫有利于反應(yīng)進(jìn)行；后一反應(yīng)是微 放熱反應(yīng)，高溫不利于反應(yīng)進(jìn)行。因此在轉(zhuǎn)化爐中反應(yīng)是不 完全的。在發(fā)生上述反應(yīng)的同時(shí)還伴有一系列復(fù)雜的付反應(yīng)。包 括烴類的熱裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脫氫，加氫， 積碳，氧化等。在轉(zhuǎn)化反應(yīng)中， 要使轉(zhuǎn)換率高， 殘余甲烷少， 氫純度高， 反應(yīng)溫度要高，但要考慮設(shè)備承受能力和能耗，所以爐溫不 宜太高。為緩和積碳，增加收率，要控制較大的水碳比。3. 變

3、化反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：CO+H 2O=CO2+H2+Q 這是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，降低溫度和增加過量的水蒸 氣，均有利于變換反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，變換反應(yīng)如果不借助于 催化劑， 其速度是非常慢的， 催化劑能大大加速其反應(yīng)速度。 使最終 CO 濃度降到低的程度，且為生產(chǎn)過程中的廢熱利用 創(chuàng)造了良好的條件4. 變壓吸附原理變壓吸附簡(jiǎn)稱PSA，是對(duì)氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過程。該工藝是以多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子 的物理吸附為基礎(chǔ)，在兩種壓力狀態(tài)直接工作的可逆的物理 吸附過程。它是根據(jù)混合氣體中雜質(zhì)組分在高壓下具有較大 的吸附能力，在低壓下又有較小的吸附能力，而理想組分 H2 無論在高壓下

4、還是在低壓下都具有較小的吸附能力的原 理。在高壓下，增加雜質(zhì)分壓以便將其盡量多的吸附于吸附 劑上，從而達(dá)到高的產(chǎn)品純度；吸附劑的解析或再生在低壓 下進(jìn)行，盡量減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便在下個(gè)循環(huán) 再次吸附雜質(zhì)1.2 流程簡(jiǎn)圖（附圖）1.3 流程簡(jiǎn)述1. 脫硫流程和設(shè)備天然 氣 為 原 料 ， H2S 只 有 幾 十 ppm 和 少 量 的 有 機(jī)硫(20-30ppm),因此采用流程為：在一個(gè)鉆鉬加氫器后串兩個(gè)氧化鋅脫硫槽。加熱主要是(原料天然氣達(dá)到脫硫反應(yīng)溫度350-400 C)。設(shè)在一段爐對(duì)流段低溫蒸汽過熱蒸汽過熱器之后的一個(gè)原料預(yù)熱盤管組，利用煙氣余熱進(jìn)行加熱的。 來自界區(qū)的天然氣經(jīng)進(jìn)

5、入原料氣分離器(F1101) 分離掉其中的液體， 分為兩股， 一股作為燃料氣與來自 PSA 制氫工序的 尾氣在燃料氣分離器(F1102 )混合后去對(duì)流段余熱；一股 作為原料天然氣，配入來自中溫變換后的氫氣，進(jìn)入原料氣 壓縮機(jī)J1101，壓縮到22Kg/cm2左右，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流 段余熱盤管，預(yù)熱到427 C,并用未預(yù)熱的副線調(diào)節(jié)到350-400 C,再送入加氫轉(zhuǎn)化器 D 1101原料天然氣在加氫轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應(yīng)后，串聯(lián)通過兩個(gè)氧化鋅脫硫槽D1103A、B中使天然氣的硫含量降低至 0.1ppm以 下。這兩個(gè)槽任何一個(gè)都可以作為第一個(gè)槽，也可以只使用 一個(gè)槽，另一個(gè)更換脫硫劑，經(jīng)過脫硫的氣體送入一

6、段爐。2. 轉(zhuǎn)化流程脫硫后的天然氣配入中壓蒸汽， 達(dá)到一定的水碳比 (3.5左右），進(jìn)入一段爐對(duì)流段的混合氣預(yù)熱盤管，加熱到500 C,送到一段爐輻射段頂?shù)?9 根上集氣管。每根上集氣管又把氣 體分配到 42 根轉(zhuǎn)化爐管中，共 378 根，內(nèi)裝催化劑。氣體 在管內(nèi)邊吸熱邊反應(yīng)，到轉(zhuǎn)換管底的溫度達(dá)到820 C。每一排橫豎 42 根爐管的氣體匯合于一根水平的下集氣管。下集 氣管也是 9，各有一根上升管。反應(yīng)后的氣體沿 9 根上升管 上升，繼續(xù)吸收一些熱量。在一段爐對(duì)流段分別設(shè)置：混合器預(yù)熱器煙氣廢鍋蒸汽過熱器原料氣預(yù)熱器鍋爐給水預(yù)熱器燃料氣預(yù)熱器助燃空氣預(yù)熱器充分回收煙氣熱量提高一段爐總的熱效率。

7、一段爐出口的轉(zhuǎn)化氣溫度約為813C,甲烷含量約9.7% （干 基），經(jīng)輸氣管（ 107-D ）進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐（ 103-D ），二段轉(zhuǎn) 化爐僅作為通道使用，在二段爐水夾套的作用下，一段轉(zhuǎn)化氣的溫度降低到約 789C,在第一廢熱鍋爐（101-CA/B ）和 第二廢熱鍋爐（102-C）中回收熱量后，溫度降低至約 371 C 去變化工序。3. 變換原理轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入高變爐（D1102），高變爐中裝填了鐵系的高溫變換觸媒，在高溫變換觸媒中發(fā)生變換反應(yīng)，大部分一氧化碳 與蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，離開高溫變換爐的工藝氣 中一氧化碳含量降低到約 2.2%（干基）。為使變換反應(yīng)更接近平衡， 高溫變換爐出口氣依次經(jīng)過高變換廢熱鍋爐（103-C）和高變氣鍋爐給水預(yù)熱器 （0108-CM）回收熱量后， 在約220-230 C進(jìn)入裝有銅觸媒的小低變（104-D