天然氣制氫完整版本

天然氣制氫制氫原理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。為了脫除有機硫，采用鐵鐳系轉化吸收型脫硫催化劑，并在原料氣中加入約1?5%1勺氫，在約400C高溫下發(fā)生下述反應：RSH+H2二H2S+RHH2S+Mn0=MnS2+0H經(jīng)鐵鐳系脫硫劑初步轉化吸收后，剩余勺硫化氫，再在采用勺氧化鋅催化劑作用下發(fā)生下述脫硫反應而被吸收：H2S+ZnO=ZnS+2OHC2壓SH+ZnO二ZnS+zHa+ILO氧化鋅吸硫速度極快，因而脫硫沿氣體流動方向逐層進行，最終硫被脫除至0.lppm以下，以滿足蒸汽轉化催化劑對硫的要求。2蒸汽轉化和變換原理原料天然氣和蒸汽在轉化爐管中的高溫催化劑上發(fā)生繪---蒸汽轉化反應，主要反應如下：CH4+H3CO+3HQ(1)一氧化碳產(chǎn)氫CO+H2OC02+H2+Q(2)前一反應需大量吸熱，高溫有利于反應進行；后一反應是微放熱反應，高溫不利于反應進行。因此在轉化爐中反應是不完全的。在發(fā)生上述反應的同時還伴有一系列復雜的付反應。包括桂類的熱裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脫氫，加氫，積炭，氧化等。在轉化反應中，要使轉化率高，殘余甲烷少，氫純度高，反應溫度就要高。但要考慮設備承受能力和能耗，所以爐溫不宜太高。為緩和積炭，增加收率，要控制較大的水碳比。3變換反應的反應方程式如下：CO+H20二CO2+H2+Q這是一個可逆的放熱反應，降低溫度和增加過量的水蒸汽，均有利于變換反應向右側進行，變換反應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速度。為使最終C0濃度降到低的程度，只有低變催化劑才能勝任。高低變串聯(lián)不僅充分發(fā)揮了兩種催化劑各自的特點，而且為生產(chǎn)過程中的廢熱利用創(chuàng)造了良好的條4改良熱鉀堿法改良熱鉀堿溶液中含碳酸鉀，二乙醇胺及V0。碳酸鉀做吸收劑、二乙醇胺做催化劑、它起著加快吸收和解吸的作用。V05為緩蝕劑，可以使碳鋼表面產(chǎn)生致密的保護膜，從而防止碳鋼的腐蝕。KCO吸收C0的反應機理如下：K2CO+CO+H<P2KHC0上式通常認為按下列步驟進行：F2(TH++OH-K2CA2K+++C3OCO+OH一HCOH++CG2——HCOK++HC04KHC0在溶液中添加了二乙醇胺后，其反應機理為：C02+(C2H5O)2NH—(C2H5O)2NCO9+H+(C2H5O)2NCOO-+2HO—(GH°0)2NH+HCsO-由于二乙醇胺與C02的反應速度較快，因此二乙醇胺的加入可以加速 C02的吸收和解吸。從平衡觀點看，加入活化劑，降低了溶液面上的CO平衡分壓，從而有利于凈化度的提高。5變壓吸附原理變壓吸附簡稱PSA是對氣體混合物進行提純的工藝過程。該工藝是以多孔性固體物質(zhì)(吸附劑)內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，在兩種壓力狀態(tài)之間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，在低壓下又具有較小的吸附能力，而理想組分 H2無論在高壓下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，從而達到高的產(chǎn)品純度；吸附劑的解析或再生在低壓下進行，盡量減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便在下個循環(huán)再次吸附雜質(zhì)。制氫流程簡述1.脫硫流程和設備1、脫硫流程和設備天然氣為原料，HS只有幾十ppm和少量的有機硫(20?30ppm,因此采用流程為：在一個鐵鐳加氫器后串兩個氧化鋅脫硫槽。加熱主要是(原料天然氣達到脫硫反應溫度350?400C)o設在一段爐對流段低溫蒸汽過熱蒸汽過熱器之后的一個原料預熱盤管組，利用煙氣余熱進行加熱的。來自界區(qū)的天然氣經(jīng)天然氣過濾器(0101-LM)除塵后，進入原料氣壓縮吸入罐(116-F)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混合器(0103-FM)混合后去對流段預熱；一股作為原料天然氣，配入來自脫碳工序的返氫氣后，進入原料氣壓縮機 102—J,壓縮到42公斤/平方厘米左右，進入一段轉化爐對流段的原料氣預熱盤管，預熱到427C,并用未預熱的副線調(diào)節(jié)到350?400E,再送入加氫轉化器101D原料天然氣在加氫轉化器內(nèi)反應后，串聯(lián)通過兩個氧化鋅脫硫槽 108-DA、DB中使天然氣的硫含量降低至0.lppm以下。這兩個槽任何一個都可以作為第一個槽，也可以只使用一個槽，另一個更換脫硫劑。經(jīng)過脫硫的氣體送入一段爐。2轉化流程脫硫后的天然氣配入中壓蒸汽，達到一定的水碳比(3.5—4.5),進入一段爐對流段的混合氣預熱盤管，加熱到500C,送到一段爐輻射段頂?shù)?根上集氣管。每根上集氣管又把氣體分配到42根轉化爐管中，爐管共378根，內(nèi)裝催化齊I」。氣體在管內(nèi)邊吸熱邊反應，到轉化管底的溫度達 820Co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.在一段爐對流段分別設置：混合氣預熱器煙氣廢鍋蒸汽過熱器原料氣預熱器鍋爐給水預熱器燃料氣預熱器助燃空氣預熱器充分回收煙氣熱量提高一段爐總的熱效率。一段爐出口的轉化氣溫度約813C,甲烷含量約9.7%（干基），經(jīng)輸氣管（107-D）進入二段轉化爐（103-D）,二段轉化爐僅作為通道使用，在二段爐水夾套的作用下，一段轉化氣的溫度降低到約 789E,在第一廢熱鍋爐（101-CA/B）和第二廢熱鍋爐（102-0中回收熱量后，溫度降低至約371T去變換工序。3變換原理轉化氣進入高變爐（104-DA）,高變換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，大部分一氧化碳與蒸汽反應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）。為使變換反應更接近平衡，高溫變換爐出口氣依次經(jīng)過高變廢熱鍋爐（103-C）和高變氣鍋爐給水預熱器（0108-CM回收熱量后，在約220?230E進入裝有銅觸媒的小低變（104-DB1）進一步發(fā)生變換反應，從小低變出來的變換氣經(jīng)過高變爐出氣鍋爐給水預熱器（106-C）回收熱量后，進入到低變爐（104-DB）進一步發(fā)生變換反應，低變換爐出口的一氧化碳含量降低到 0.24%（干基），送往脫碳工序。4脫碳溫度223.6C左右的低變氣分成兩股，一股經(jīng)冷凝液鍋爐（1104-0冷卻后進入再沸器（1105-C）進一步降低溫度至 130C,另一股經(jīng)低變氣鍋爐給水換熱器（1106-CM換熱，混合后進入回流液再沸器（1160-0進一步冷卻后進入102-Fo工藝氣進分離罐102-F,分出冷凝水，然后進入吸收塔1101-E底部。氣體在吸收塔內(nèi)自下而上通過四層填料，與從上流下的熱堿液逆流接觸。氣

體中CQ被吸收，部分水蒸汽也同時冷凝，最后氣體中還剩余 0.1%CQ出塔氣體再經(jīng)過一個液滴分離罐1113-F,除去夾帶的溶液。分出的溶液通過液位調(diào)節(jié)器回到貯糟。從1113-F出來的氣體送往PSA工序。吸收塔有兩個進液口，從塔中部進入的是溫度110C,轉化率0.4左右的半貧液。它來自再生塔中部，用半貧液泵1107-J打入吸收塔，流過下邊兩層填料。半貧液有流量調(diào)節(jié)器FRC-6%貧液從再生塔底部流出，經(jīng)鍋爐給水預熱器 1107-C冷卻到71C后，用貧液泵1110-J送到吸收塔頂，自上而下流過兩層填料，再與半貧液匯合。貧液也有流量調(diào)節(jié)器FRC-5,—部分貧液在進塔前流過過濾器 1106-L以除去雜質(zhì)，防止氣泡。通過過濾器的溶液量靠手動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，大約占貧液總量的1/10。過濾器前后有壓差計，用以判斷是否需要清洗。吸收塔底的富液位調(diào)節(jié)器LRC-91流出，利用自身壓力送到再生塔頂。由于吸收塔壓力很高，所以富液可用來驅動一臺水力透平回收能量。這臺水力透平帶動三臺半貧液泵1107-J當中的一臺。其余兩臺由蒸汽透平帶動。水力透平設有旁路閥，在開停車或事故時富液不經(jīng)水力透平而直接送往再生塔。使用旁路閥不僅不能回收能量，而且因閥工作條件很差，較易損壞，應盡量少用。富液經(jīng)過水力透平減壓（或通過旁路閥及限流孔板減壓），在再生塔頂就閃蒸出一些CO。液體從上而下流經(jīng)填料層，與從下而上的熱氣體（水蒸氣和 co混合物）逆流接觸。氣液間互相換熱和傳質(zhì)，液體溫度不斷上升，溶解的co不斷放出。只經(jīng)過兩層填料的半貧液從再生塔中部抽出，用半貧液泵送往吸收塔中部。小部分溶液約占總量20%繼續(xù)流過最下一層填料，再進一步再生，最后流入變換器再沸器U05-C和蒸汽再沸器1111-C,熱保持沸騰狀態(tài)，使溶液中的C0脫除到規(guī)定要求，返回再生塔底部。隨后貧液經(jīng) 1107-C被鍋爐給水冷卻，然后用貧液泵1110-J送吸收塔頂。再生塔的富液進口之上為除沫裝置，再往上是三層泡罩塔板。再這里用水洗滌上升氣體中夾帶的堿液。洗滌水來自冷凝水分水罐 1103-F。再生出來的C0氣體經(jīng)洗滌后，從再生塔頂出來，經(jīng)冷凝器1110-C冷卻，并在1103-F分出冷凝水后送往下一道工序，或排大氣5PSA變壓吸附技術是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點組份、不易吸附低沸點組份和高壓下吸附量增加（吸附組份）、低壓下吸附量減?。ń馕M份）的特性。將原料氣在壓力下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點雜質(zhì)組份被選擇性吸附，低沸點組份的氫不易吸附而通過吸附劑床層（作為產(chǎn)品輸出），達到氫和雜質(zhì)組份的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質(zhì)組份使吸附劑獲得再生，以利于下一次再次進行吸附分離雜質(zhì)。這種壓力下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸附過程。多床變壓吸附的作用在于：保證在任何時刻都有相同數(shù)量的吸附床處于吸附狀態(tài)，使產(chǎn)品能連續(xù)穩(wěn)定地輸出；保證適當?shù)木鶋捍螖?shù)，使產(chǎn)品有較高的提取率。在變壓吸附過程中，吸附床內(nèi)吸附劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實現(xiàn)的，本裝置采用的方法是：常壓解吸（見圖2-1）降低吸附床壓力（泄壓）逆放解吸沖洗解吸裝置控制指標1.原料天然氣組成體積%

組成CHi96.30C2H60.787CsHs0.114C4H100.033C5H120.008N20.559He0.024CO22.17總硫2.89mg/m3壓力正常值1.45MPa(G)2燃料尾氣出口溫度120C出口壓力>0.3MPA(G)尾氣流量11300.65kg/h組成(MOL%)氏37.89co1.37CO20.48CH449.96H2O9.42n20.88

100.003產(chǎn)品質(zhì)量指標氫氣組成如下H2>99.6C0+C02W20.0PPMN2+CH4<0.4出口溫度40°C岀口壓力2.4MPA(G)產(chǎn)品流量85885NM3/h4.爐轉化氣指標溫度789C壓力31.6bar流量209344.22Nm3/hH269.85%CO9.84%C0210.49%CH49.66%5.一段爐轉化氣指標溫度415.8C

壓力29.7bar流量209344.22Nm3/hh271.94%co2.19%C0216.71%CH48.99%6變氣指標溫度223?