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(lái)處理該原料氣中的硫份。為了脫除有機(jī)硫，采用鐵鐳系轉(zhuǎn)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(yīng)：RSH+H2二H2S+RHH2S+Mn0=MnS2+0H經(jīng)鐵鐳系脫硫劑初步轉(zhuǎn)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(yīng)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(dòng)方向逐層進(jìn)行，最終硫被脫除至0.lppm以下，以滿足蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑對(duì)硫的要求。2蒸汽轉(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)生繪---蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，主要反應(yīng)如下：CH4+H3CO+3HQ(1)一氧化碳產(chǎn)氫CO+H2OC02+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)。包括桂類(lèi)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(zhuǎn)化反應(yīng)中，要使轉(zhuǎn)化率高，殘余甲烷少，氫純度高，反應(yīng)溫度就要高。但要考慮設(shè)備承受能力和能耗，所以爐溫不宜太高。為緩和積炭，增加收率，要控制較大的水碳比。3變換反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：CO+H20二CO2+H2+Q這是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，降低溫度和增加過(guò)量的水蒸汽，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。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(diǎn)，而且為生產(chǎn)過(guò)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(hù)膜，從而防止碳鋼的腐蝕。KCO吸收C0的反應(yīng)機(jī)理如下：K2CO+CO+H<P2KHC0上式通常認(rèn)為按下列步驟進(jìn)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(yīng)機(jī)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(yīng)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(diǎn)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(jiǎn)稱(chēng)PSA是對(duì)氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過(guò)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)之間工作的可逆的物理吸附過(guò)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(wú)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(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)。制氫流程簡(jiǎn)述1.脫硫流程和設(shè)備1、脫硫流程和設(shè)備天然氣為原料，HS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)鐵鐳加氫器后串兩個(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?400C)o設(shè)在一段爐對(duì)流段低溫蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱器之后的一個(gè)原料預(yù)熱盤(pán)管組，利用煙氣余熱進(jìn)行加熱的。來(lái)自界區(qū)的天然氣經(jīng)天然氣過(guò)濾器(0101-LM)除塵后，進(jìn)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(lái)自 PSA制氫工序的尾氣在燃料氣混合器(0103-FM)混合后去對(duì)流段預(yù)熱；一股作為原料天然氣，配入來(lái)自脫碳工序的返氫氣后，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī) 102—J,壓縮到42公斤/平方厘米左右，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段的原料氣預(yù)熱盤(pán)管，預(yù)熱到427C,并用未預(yù)熱的副線調(diào)節(jié)到350?400E,再送入加氫轉(zhuǎn)化器101D原料天然氣在加氫轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應(yīng)后，串聯(lián)通過(guò)兩個(gè)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(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(guò)脫硫的氣體送入一段爐。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—4.5),進(jìn)入一段爐對(duì)流段的混合氣預(yù)熱盤(pán)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(zhuǎn)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(yīng)，到轉(zhuǎn)化管底的溫度達(dá) 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(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：混合氣預(yù)熱器煙氣廢鍋蒸汽過(guò)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。一段爐出口的轉(zhuǎn)化氣溫度約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 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(zhuǎn)化氣進(jìn)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(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(kāi)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(guò)高變廢熱鍋爐（103-C）和高變氣鍋爐給水預(yù)熱器（0108-CM回收熱量后，在約220?230E進(jìn)入裝有銅觸媒的小低變（104-DB1）進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，從小低變出來(lái)的變換氣經(jīng)過(guò)高變爐出氣鍋爐給水預(yù)熱器（106-C）回收熱量后，進(jìn)入到低變爐（104-DB）進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，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(jìn)入再沸器（1105-C）進(jìn)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(jìn)入回流液再沸器（1160-0進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入102-Fo工藝氣進(jìn)分離罐102-F,分出冷凝水，然后進(jìn)入吸收塔1101-E底部。氣體在吸收塔內(nèi)自下而上通過(guò)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(shí)冷凝，最后氣體中還剩余 0.1%CQ出塔氣體再經(jīng)過(guò)一個(gè)液滴分離罐1113-F,除去夾帶的溶液。分出的溶液通過(guò)液位調(diào)節(jié)器回到貯糟。從1113-F出來(lái)的氣體送往PSA工序。吸收塔有兩個(gè)進(jìn)液口，從塔中部進(jìn)入的是溫度110C,轉(zhuǎn)化率0.4左右的半貧液。它來(lái)自再生塔中部，用半貧液泵1107-J打入吸收塔，流過(guò)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(yù)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(guò)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(jìn)塔前流過(guò)過(guò)濾器 1106-L以除去雜質(zhì)，防止氣泡。通過(guò)過(guò)濾器的溶液量靠手動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，大約占貧液總量的1/10。過(guò)濾器前后有壓差計(jì)，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(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水力透平回收能量。這臺(tái)水力透平帶動(dòng)三臺(tái)半貧液泵1107-J當(dāng)中的一臺(tái)。其余兩臺(tái)由蒸汽透平帶動(dòng)。水力透平設(shè)有旁路閥，在開(kāi)停車(chē)或事故時(shí)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(yīng)盡量少用。富液經(jīng)過(guò)水力透平減壓（或通過(guò)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(guò)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(guò)最下一層填料，再進(jìn)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(jìn)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(lái)自冷凝水分水罐 1103-F。再生出來(lái)的C0氣體經(jīng)洗滌后，從再生塔頂出來(lái)，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(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組份、不易吸附低沸點(diǎn)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(guò)吸附劑床層，相對(duì)于氫的高沸點(diǎn)雜質(zhì)組份被選擇性吸附，低沸點(diǎn)組份的氫不易吸附而通過(guò)吸附劑床層（作為產(chǎn)品輸出），達(dá)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(jìn)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(guò)程。多床變壓吸附的作用在于：保證在任何時(shí)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(dāng)?shù)木鶋捍螖?shù)，使產(chǎn)品有較高的提取率。在變壓吸附過(guò)程中，吸附床內(nèi)吸附劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實(shí)現(xiàn)的，本裝置采用的方法是：常壓解吸（見(jiàn)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(biāo)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(biāo)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(zhuǎn)化氣指標(biāo)溫度789C壓力31.6bar流量209344.22Nm3/hH269.85%CO9.84%C0210.49%CH49.66%5.一段爐轉(zhuǎn)化氣指標(biāo)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(biāo)溫度223?