制氢原料及工艺方案的选择和优化.doc

PAGE PAGE 61 制氢装置原料及工艺方案的选择和优化 上海华西化工科技有限公司 纪志愿 随着合成氨、甲醇等合成气工业的飞速发展，国内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，利用其制氢的优化设计软件，力求开发出适合当代要求的轻烃制氢技术。必威体育精装版的进展包括：1、低水碳比、高转化温度，以降低原料和燃料消耗；2、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；3、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2×104Nm3/h油田气制氢装置一次投产成功以来，取得了可喜的进展。 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。 目前石油化工等行业大于1000m3n/h的制氢装置均采用轻烃蒸汽转化制氢技术。 一、制氢技术的多样化 目前，氢气生产装置通常采用以下四种技术方案：方案一，以轻烃类（包括天然气、轻石脑油、催化和焦化干气等）为原料，采用水蒸汽转化法生产氢气；方案二，以甲醇、液氨为原料，采用甲醇或氨分解生产氢气；方案三，以水为原料，电解水生产氢气；方案四，以煤为原料，采用煤气化法生产氢气。 随着国际能源价格的上涨，以轻石脑油等轻烃为原料生产的氢气及富氢产品价格也将不断上涨，因此目前多用于有低价原料资源（如廉价天然气和催化及焦化干气）的地区。 甲醇或氨裂解制氢虽然工艺装置简单，但由于甲醇和液氨本身就是以煤或天然气为原料经过制氢后再生产的产品，因此再将其裂解用于制氢，显然成本过高，因此只适合于特别小规模的装置，通常小于500Nm3/h。 电解水法制氢技术，由于耗电高导致氢成本过高，因此也只适合于特别小规模的装置，通常小于200Nm3/h。 由于中国是煤炭生产大国，煤炭价格较低，原料丰富，因此煤制氢的成本在几种工艺中属于较低的一种，但由于煤制氢工艺流程较长，操作环境略差，污染相对较大，因此通常适合于无其他廉价原料的中、大规模制氢装置（大于2000Nm3/h）。 以下是几种制氢工艺技术的技术经济性比较见表1 表1 序号 工艺路线 氢气成本 元/Nm3 投资 流程 通常的适合规模 1 天然气蒸汽转化 0.8-1.2 1 较复杂 500-2x105 2 轻油蒸汽转化 1.0-1.5 1 较复杂 500-2x105 3 干气蒸汽转化 0.4-0.7 1.05 较复杂 500-2x105 4 重油转化 0.9-1.2 2-3 非常复杂 10000-2x105 5 甲醇裂解 2.0-2.5 0.6 简单 50-1000 6 氨裂解 2.5-3.0 0.5 简单 10-200 7 电解水 3.5-4.0 1 简单 10-200 8 煤气化 0.8－1.0 1.2-1.3 非常复杂 2000-2x105 二、轻烃蒸汽转化制氢技术方案选择 轻烃蒸汽转化制氢装置根据配套的净化工艺不同，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）。 国内早期建设的制氢装置均采用化学净化法。近年来，由于PSA的氢回收率进一步提高，特别是PSA实现国产化以后，投资进一步降低，因此，新建PSA净化法制氢装置明显增多。两种流程在国内均已有成功的操作经验。两种净化流程的工艺特点见表2。 表2 两种制氢工艺特点比较 序号 项目 化学净化法 PSA法 1 工业氢纯度(mol%) 96 99.9 2 流程情况 较复杂 较简单 3 原料耗量 1.0 1.40～1.50 4 燃料耗量 1.0 ～0.4 5 综合能耗 1.0 0.85 6 工程投资 1.0 1.05～1.1 7 供氢压力，MPa(G) 1.3 1.5-2.4 从表中可以看出，化学净化法流程具有原料消耗低、工程投资低的优点，但工艺流程复杂、能耗较高、生产的工业氢纯度低；PSA净化流程，尽管其原料消耗高、投资稍高，但其能耗低、工艺流程简单、开停工方便、工业氢纯度高、供氢压力高。尤其是由于近期PSA技术的进步（多床多次均压，吸附剂性能的改进等），使氢气的回收率高达90～92%，加之近几年PSA技术的国产化，极大地降低了PSA的投资，从而有效地降低了该工艺的氢气生产成本，使该技术在新建制氢装置中占主导地位。 两种净