制氢技术讲课.ppt

制氢技术介绍随着环保法规的日益严格、对生产高标准清洁燃料的需要、原油重质化趋势及高含硫原油的增长，全球对氢气生产的要求迅速提高。近十年来，随着原油资源日益短缺，加工的原油明显变重，原油中的硫和重金属含量呈显著增加的趋势，国内外汽、煤、柴等油品质量正逐渐升级换代。作为油品轻质化和提高产品质量重要手段的各种加氢工艺，近几年得到了普遍的重视和飞速发展，加氢工艺已成为新世纪炼油工业的核心技术，氢气的需求量大幅度增加，这将极大的刺激制氢技术的发展。炼油厂氢气主要来源为工艺装置付产氢气、含氢排放气和制氢装置产氢气三部分。炼油厂付产氢和炼厂气氢气回收远不能满足全厂氢气的要求，仅占氢气来源的36％，各种制氢装置的产氢在炼油厂中占64％，居主导地位。制氢技术经过几十年的发展，烃类水蒸汽转化法制氢已经是比较成熟的工艺路线，在氢气提纯技术上还有很多的不同工艺，如深冷分离技术等，另外，在炼厂气氢组分的回收中还可使用膜分离提纯技术。目前在制氢装置上普遍应用的还是PSA提纯技术，将来如果有比PSA能耗更低，提纯效果更好的分离技术出现，制氢工艺还会有更大的变化。制氢装置工艺流程简述本装置是120万吨/年加氢裂化装置的配套装置，由中石化北京设计院设计。装置以加氢干气、加氢低分气和油田气为主要原料，采用烃类水蒸气转化法造气，PSA法净化提纯的工艺路线制取氢气，设计产氢规模为年产99.9%（V）的工业氢气2.9万吨，年开工8000小时，相当于每小时产纯氢40000标准立方米。同时本装置还担负着20000标准立方米的重整氢与加氢低分气的提浓任务，所产的氢气中，每年有28708吨供120万吨加氢裂化装置使用，其余部分送入炼油厂氢气管网。制氢装置工艺流程简述制氢装置一共可以分为八个大部分：（1）原料气湿法脱硫部分（2）原料气升压部分（3）原料精制部分（4）反应部分（包括转化和中变）（5）中变气换热冷却部分（6）PSA提纯部分（包括重整氢和加氢低分气提浓、制氢中变气提浓两套PSA单元）（7）锅炉给水、发生并过热蒸汽（8）酸性水处理部分一、制氢装置工艺流程简述制氢装置原则流程1制氢装置的特点用中变气/原料气换热器代替原料加热炉，另设开工炉，正常操作时用中变气预热原料，开工炉仅在开工时预硫化催化剂和在线更换脱硫剂时用，这样做不仅降低了炉子规模，合理利用中变气余热，减少用于加热原料的全部燃料气用量，并减少了全装置的副产蒸汽量，同时由于由开工炉，脱硫催化剂可以在线更换，从而缩小脱硫反应器的尺寸和脱硫剂的用量。采用PSA法提纯粗氢气：与普通的化学吸收＋甲烷化提纯工艺相比，PSA提纯工艺具有流程简单、操作灵活、产品氢纯度高、压力高、综合能耗等诸多优点。转化炉余热锅炉与转化气废热锅炉采用自然循环一体式公用汽包系统，使得转化炉与转化气废热锅炉结构紧凑、操作安全可靠、节省投资。使用热管式空气预热器回收烟气余热，降低了排烟温度的同时，还减小了转化炉的占地面积。合理利用装置中的热源，用中变气的高温热加热原料，用低温热预热除盐水，降低能耗。酸性水汽提后回用作锅炉给水，降低装置能耗。二、制氢装置原料及产品组成制氢装置的进料及产品如下图所示二、制氢装置物料平衡（设计）制氢装置能耗计算（设计）影响加氢反应过程的因素a、压力：反应都是等体积变化，因而压力对反应的影响不是很大，况且本装置中加氢反应器的压力是由系统压力决定的，基本上不能调整，所以在考虑影响因素时，可以不考虑压力因素。b、温度：加氢反应是一个放热反应，温度降低将对反应有利，但是考虑到催化剂的催化活性温度，温度又不能够太低，况且根据反应热力学公式，温度的升高将加速反应的进行速度，但温度太高将会有析碳等副反应发生，所以，对反应温度应综合考虑，取最优温度点。c、空速：空速越大则停留的时间越短。空速大可以使单位时间内通过反应器的物料量增大，增加装置的生产能力；但是空速过大，配氢后的原料气还没有在催化剂床层上充分反应就已经通过床层，使反应进行得不够完全，影响后续的脱硫工序，从而导致转化催化剂中毒。空速小可以使反应物与催化剂充分接触，增加反应时间，从而使加氢反应进行的更加彻底；但是，空速过小，单位时间内流过催化剂床层的物料量就少，装置的生产能力就会降低，这对于装置来讲是不经济的。因此应根据多方因素综合考虑，确定一个合理的空速。脱硫反应硫的目的硫是制氢反应过程中转化催化剂的主要毒物，对制氢反应过程中一系列催化剂都有毒害作用，反应气中含0.5PPm以上的硫化氢就可能造成转化催化剂的失活，因此，必须将反应物中所含的硫除去。硫化物无非有两种形式：无机硫和有机硫。