PTA公用工程制氢装置

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,公用工程制氢装置,制氢装置是PTA二期公用工程的一部分，本装置采用甲醇催化重整及变压吸附的原理制取氢气,装置全貌,一、装置规模,按照专利设计，1吨PTA产品氢气用量为0.3KG，单套装置正常用量21kg/hr，最大用量35kg/hr，两套装置峰值用量70kg/hr。,制氢装置采用两个生产能力为500Nm,3,/h的甲醇催化重整反应器；一套生产能力为1000Nm,3,/h的六塔变压吸附制氢装置。,正常生产操作时，使用一台甲醇催化重整反应器，另一台甲醇催化重整反应器备用。,最大生产状态时，两台甲醇催化重整反应器同时使用。,制氢装置的操作弹性：50110%。,氢气以下述的界区条件管道送入：,压力:正常 8.7MPaA min 9.7MPaA,温度 38,氢气技术指标如下：,纯度 99.7%V/V min.,CO 10 ppm V/V max,CO,2,10 ppm V/V max,氧 400 ppm V/V max,氮 0.1%V/V min.,硫 1 ppm V/V max,装置组成,装置生产可分为甲醇蒸汽转化、变压吸附气体分离和导热油加热系统等三个工序,。,工艺流程图,甲醇转化工序,甲醇与水分别经计量、混合、加压后通过加料计量泵送入汽化塔汽化，再经过过热器达到反应所需温度后送入反应器，在固定床催化反应器内同时进行甲醇裂解，一氧化碳变换等反应，最终主要生成氢气和二氧化碳。,反应后混合气体经过换热器与原料进行热交换，以减少热量损失，再经冷凝器冷凝和净化塔洗涤，最后送进气液分离分离缓冲罐分离未反应的甲醇和水，使裂解气中甲醇含量达到造气规定质量要求，完成造气。,变压吸附提氢工序,变压吸附提氢工序采用6-2-3/V（设有6塔，2塔进料，3次均压，真空解吸）工艺流程。,来自甲醇裂解工序的转化气通入正处于吸附状态的吸附塔，除氢气外的其余杂质被吸附，弱吸附组分氢气则通过床层作为产品输出。其余4塔分别进行其它步骤（均压、逆放、抽真空、终充等）的操作，6个塔交替切换操作。原料气连续输入，产品气连续稳定输出。整个操作过程在环境温度下进行。产品氢气经计量后送产品产品氢气缓冲罐。,导热油加热循环工序,从导热油循环泵出来的导热油经导热油加热器加热后送甲醇转化工序的转化炉，然后经过热器、汽化塔，返回导热油循环泵加压循环。导热油的温度用蒸汽流量控制。蒸汽冷凝液送外管回用。,导热油为液体，由于液体的不可压缩性，导热油由于温度变化引起的导热油体积变化要由膨胀槽液位变化来补偿。膨胀槽在导热油循环泵前与导热油系统连接。,甲醇水蒸气转化制取纯氢的方法：,甲醇+纯水经汽化过热反应器(在催化剂作用下)产生氢气+二氧化碳+一氧化碳和少量的杂质,甲醇裂解制氢技术具有以下特点：,与大规模的天然气、轻油和水煤气等转化制氢相比具有流程短投资省、能耗低和无环境污染。,与水电解制氢相比单位氢气成本低30以上。,与氨裂解制氢技术相比具有反应条件温和，原料运输和储存方便。,甲醇催化重整的原理是：甲醇与水蒸汽按一定比例混合，在一定的温度、压力条件下通过催化剂的作用，同时发生催化裂解反应以及一氧化碳变换反应，最终生产出氢、二氧化碳，同时由于副反应的作用将生成微量的甲烷副产物及未反应完的微量的一氧化碳。,CH3OH CO +2H2 -90.7KJ/mol,CO+H2O CO2+H2 +41.2KJ/mol,总反应为：,CH3OH+H2O CO2+3H2-49.5KJ/mol,3催化裂解的反应机理,：（,机理1）,CH,3,OHCO+2H,2,CO+H,2,O,CO,2,+H,2,总反应：CH,3,OHH,2,O-CO2+3H,2,催化裂解反应机理：（,机理,）,2CH,3,OH-HCOOCH,3,+2H,2,HCOOCH,3,+H,2,O-HCOOH+CH,3,OH,HCOOH-CO,2,+H,2,总反应：CH,3,OHH,2,O-CO,2,+3H,2,生产工艺过程,甲醇催化转化造气生产工艺过程可分为：原料汽化过热、转化反应、产品气冷却冷凝、产品气净化等四个过程。,反应产物经换热、冷却冷凝和水洗分离，即得到氢含量74%、CO2含量24.5%，CO含量0.5%的转化气。,什么是变压吸附技术？,变压吸附(简称PSA)是吸附分离技术中一项用于分离气体混合物的工艺技术。,所谓的变压吸附就是在较高压力下进行吸附,在较低压力(甚至于真空状态)下使吸附组从吸附剂中解吸出来。,不断的进行吸附和解吸过程，完成混合气体的分离。,变压吸附（PSA）技术是以特定的吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、低压下吸附量减少的特性，将原料气在一定压力下通过吸附床，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点的氢气不易被吸附而穿过吸附床，达到氢与杂质组分的分离，获得产品氢气。吸附完成后，吸附剂在减压下解吸被吸附的杂质组分，使吸附剂获得再生，以能再次进行吸附分离杂质。,变压吸附气体分离技术有3个主要要素，即吸附剂、程序控制阀和操作工艺，其特点如下：,吸附剂：,用于甲醇裂解气变压吸附分离的吸附剂，经多次研制改进、筛选，强度、寿命、对杂质的动态吸附量、分离效率等各方面性能达到世界先进水平，氢气回收率可达90%。,程控阀：,变压吸附装置中使用的程序控制阀现采用的是防冲刷、阀杆密封自补偿型的第四代气动程序控制阀，具有密封性好、外泄漏量小、使用寿命长等特点。,工艺技术：,在确定了吸附剂后，氢气的回收率取决于装置的操作工艺，如均压次数、解吸工艺等。,均压次数的确定：,均压次数越多，氢气的回收率越高，投资也越高。原料气压力越高，均压次数可增多，但能耗、投资也越高。因此，选取适当的均压次数是很重要的，原料气压力可根据氢气用户的压力而确定。,抽真空解吸：,抽真空解吸可使吸附剂再生更为彻底，提高吸附剂的动态吸附容量，从而大幅提高了氢气的回收率，特别是针对组份为,H2,、,CO,和,CO2,的气体。在原料气压力为,0.81.2Ma,时，不抽真空,PSA,工艺，氢气回收率约,80%,；抽真空,PSA,工艺，氢气回收率可达,87%,，而多增电耗仅,23,度,/,时。,每个吸附床经过吸附（A）、均压降1（E1D）、均压降2（E2D）、均压降3（E3D）、逆放（D）、抽真空（V）、均压升1（E1R）、均压升2（E2R）、均压升3（E3R）、终充（FR）等10个操作步骤，完成一个吸附周期。,变压吸附过程的关键技术,吸附剂的选择;,程控阀;,吸附床的抗疲劳设计;,气流分布器的设计;,计算机技术的应用;,设备选型介绍:,反应器,换热器类设备,贮罐类设备,吸附器,定型设备,反应器,反应器是甲醇重整制氢的核心设备，为列管式。管内装催化剂，壳程为加热介质导热油。,换热器类设备,换热器,汽化过热器,冷凝器,导热油加热器,换热器:,利用废热将原料加热。,使重整气降温。,（2）汽化过热器,汽化过热器用于将经过换热后的原料液汽化并过热至接近于反应温度。,加热介质是导热油。,冷凝器,用循环冷却水将重整气进一步降温。,冷却后的重整气温度小于40。,导热油加热器,用10.3 MPa蒸汽将导热油加热至反应温度。,为反应和汽化过热提供热源。,贮罐类设备,原料罐和脱盐水罐。,水洗塔。,脱酸罐。,气液分离器和缓冲罐。,原料罐和脱盐水罐：,用于储存原料，其材料选用1Cr18Ni9Ti。,水洗塔：,反应后气体中所含的甲醇用脱盐水进行洗涤，以减少气相中甲醇含量。,水洗的目的是用水吸收转化气中的甲醇蒸汽，既可降低甲醇消耗，又可降低气体分离的难度。蒸汽转化反应要消耗一定量的脱盐水，正好利用补充的脱盐水作为水洗吸收剂。,脱酸罐：,罐内装有高温气体脱酸剂，用于脱除反应产物中所含的甲酸。,延长设备使用寿命。,气液分离器、缓冲罐：,气液分离。,平衡用气量。,吸附器：,是重整气的纯化设备。,吸附器内装吸附剂。,上下封头带过滤器。,定型设备,泵类：9台,冷干机：将重整气进一步冷却，使其所含的液体量进一步减少，有利于吸附剂的长期使用。,