天然气制氢培训ppt课件

,*,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,*,天然气,制氢概论,天然气制氢概论,1,一、装置概述,1.,概述,1100m3N/h,天然气制氢装置是由四川亚联高科责任有限公司承担设计，由河南安装责任有限公司施工。装置由原料气压缩、原料气精制、转化、中变、,PSA,、锅炉等部分组成,.,装置能力为,1100Nm3/h,装置设计年运转时间为,8000,小时。可以满足信义浮法玻璃用氢需求。,一、装置概述,2,工艺原理,1.1,轻烃蒸汽转化法制氢过程分为原料的净化，烃蒸 汽转化，,CO,中温变换等工艺。,1.1.1,原料净化时原料气在一定的温度、氢气压力和空速条件下，借助加氢催化剂、脱硫剂、脱氯剂作用，把原料气中硫化物、氯化物脱除，使原料气含硫量降至,0.5PPm,，含氯量降至,0.2PPm,，以保护好后续催化剂的正常运行。,1.1.2,精制原料气在一定压力、温度、空速、水碳比和催化剂作用下，烃和蒸汽进行反应，转化成气体氢和一氧化碳，同时伴生,CO2,和少量的残余,CH4.,1.1.3,转化气进行中温变换：在一定的温度、压力、空速、水气比和催化剂作用下，将,CO,与水反应生成氢气和,CO2.,工艺原理,3,2.,制氢的化学反应机理,2.1,原料烃中的硫化物以多种形态存在，一般分为无机硫化物和有机硫化物,有机硫化物不能在氧化锌脱硫剂上直接反应被脱除，必须经加氢生成无机硫化物方可被氧化锌脱硫及吸附脱除，有机硫化物在原料中一般由硫醇、硫醚、二硫化物和环状硫化物等，原料气中的硫化物绝大部分是有机硫化物。,加氢过程同样是有机氯转变为无机氯，采用高活性的金属氧化物为活性组分，脱氯剂与氯化氢反应，被固定载体上，达到脱出氯化物目的。,硫醇加氢,: R-SH+H2=RH+H2S,硫醚加氢,: R-S-R,+H2=RH+R,H+H2S,2. 制氢的化学反应机理,4,噻吩加氢,: C4H4S+4H4=C4H10+H2S,二硫化碳加氢：,CS2+H2=CH4+H2S,氧化锌脱硫：,H2S+ZnO=ZnS+H20,2.2,烃类的蒸汽转化是将烃类与蒸汽转化为,H2,和,CO,少量残余,CH4,CH4+H20=CO+H2,CO+H20 =CO2+H2,2.3 CO,中温变换是将转化气中的,CO,与水蒸气继续反应生成,CO2,和氢气,噻吩加氢: C4H4S+4H4=C4H10+H2S,5,3.,变压吸附（,PSA,）,变压吸附是对气体混合物进行分离提纯的工艺过程，该工艺是多孔性固体物质内部表面对气体分子的物理吸附。混合气体中的杂质组分在高压具有较大的吸附能力，低压下具有较小的吸附能力，就是利用这种原理吸附剂吸附，解析达到循环吸附解析过程,分子筛对一般气体分子的吸附顺序,: H2N2CH4COCO2,活性炭对一般气体吸附顺序,: H2N2COCH4CO2,3.变压吸附（PSA）,6,生产工艺过程,工艺流程简述,1.,原料气压缩部分,来自装置外的焦化干气进入原料油缓冲罐,(V4001),，经原料气压缩机,(C4001),升压后进入原料预热炉,(F4001),，预热至,300,进入脱硫部分。本装置的备用原料为来自装置外的石脑轻油，进入原料缓冲罐,(V4002),，经原料泵升压后与装置外来的循环氢混合进料原料预热炉,(F4001),，预热至,380.,生产工艺过程 工艺流程简述,7,2.,脱硫部分,进入脱硫部分的原料气，进入加氢反应器,(R4001),，先在加氢催化剂的作用下，发生烯烃饱和反应同时发生有机硫转化反应和有机氯的转化反应，使有机硫转化为无机硫，有机氯转化为无机氯被脱除。然后在进入氧化锌脱硫反应器,(R4002A/B),，在此氧化锌与硫化氢发生脱硫反应，脱除原料中的硫，精制后的气体硫含量小于,0.5PPm,。,2.脱硫部分,8,3 .,转化部分,精制后的原料气在进入转化炉,(F4002),之前，按一定的水碳比与,3.5Mpa,的水蒸气混合，在进转化炉对流段（原料预热段）预热到,500,，由上集合管进入转化炉辐射段。转化炉管内装有催化剂，在催化剂的作用下，原料气与水蒸气发生复杂的转化反应，整个反应过程表现为强吸热过程，反应所需热量由转化炉燃烧气提供。出转化炉的高温转化气经转化蒸汽发生器发生中压蒸汽后，温度降至,360-380,进入中温度变换部分,.,3 .转化部分,9,4.,中温变换部分,由转化气蒸汽发生器,(E4001),来的,360-380,转化气进入中温变换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应，将变换气中,CO,降至,3%,左右。中变气经锅炉给水第二预热器预热锅炉给水，锅炉给水第一预热器预热锅炉给水，除盐水预热器预热除盐水回收大部分预热后，在经中变器水冷器降温至,40,，并经分水后进入,PSA,部分。,4.中温变换部分,10,5.PSA,部分,来自中温变换部分的中变气压力,2.45Mpa,温度,40,，进入界区后自塔底进入吸附塔,T4101A H,中正处于工况塔,(,始终同时有两台,),在其中多种吸附剂的一次选自吸附下，一次性除去氢以外的几乎所有杂质，获得纯度大于,99.9%,的氢气，经压力调节系统稳压后出界区。,5.PSA部分,11,轻烃蒸汽转化制氢,工艺流程图,京博石化,中变,转化,稀烃饱和,高纯氢气,蒸气,燃料气,PSA,原料,（天然气,干气,轻石脑油）,确定流程：,脱硫,轻烃蒸汽转化制氢工艺流程图 京博石化中变转化稀烃饱和高纯氢气,12,典型的制氢装置转化,工艺流程图,(PSA,提纯法）,典型的制氢装置转化工艺流程图(PSA提纯法）,13,原料烯烃饱和、加氢脱硫原理,典型的烯烃、有机硫加氢反应有,:,乙烯,: C,2,H,4,+H,2,C,2,H,6,硫醇,: RSH+H,2,RH+H,2,s,硫醚,: R,1,SR,2,+2H,2,R,1,H+R,2,H+H,2,S,二硫醚,: R,1,SSR,2,+3H,2,R,1,H+R,2,H+2H,2,S,噻吩,: C,4,H,4,S+4H,2,C,4,H,10,+H,2,S,氧硫化碳,: COS+H,2,CO+H,2,S,二硫化碳,: CS,2,+4H,2,CH,4,+2H,2,S,氧化锌脱硫原理 脱氯原理,ZnO(,固,)+H2S=ZnS(,固,)+H2O, H,o,298,=-76.62kJ/mol,制气工段：,原料烯烃饱和、加氢脱硫原理典型的烯烃、有机硫加氢反应有:制,14,含烯烃原料：催化干气、焦化干气,焦化干气：,一般含有,13,20%,的氢气；,5,10%,的烯烃（主要为乙烯和丙烯）；其余为甲烷等饱和烷烃，杂质含量中主要为有机硫，经过湿法脱硫后，一般含有,50,200,ppm,的总硫。,催化干气：,一般含有,20,40%,的氢气；,15,20%,的烯烃（主要为乙烯）；,15%,左右的氮气，其余为甲烷等饱和烷烃，杂质含量中主要为无机硫，经过湿法脱硫后，一般含有,10,20ppm,的总硫。,气体品质：焦化干气由于催化干气,含烯烃原料：催化干气、焦化干气焦化干气：,15,4,、变温加氢工艺,原料预热炉 变温加氢反应器 绝热加氢反应器 氧化锌脱硫反应器,绝热加氢工艺流程图,原料气,去转化炉,220,350,380,适用原料：烯烃含量不限制,4、变温加氢工艺 原料预热炉 变温加氢反,16,1,、绝热加氢工艺,原料预热炉 加氢反应器 氧化锌脱硫,绝热加氢工艺流程图,原料气,去转化炉,250,390 320,370,适用原料：烯烃含量小于,7%,一下,1、绝热加氢工艺 原料预热炉,17,1,、转化的基本原理,转化型式：一段转化二段转化；一段转化,烃类水蒸汽转化主要反应有,:,C,n,Hm+nH,2,O=nCO+(n+m/2)H,2,CO+3H,2,=CH,4,+H,2,O H,o,298,=-206kJ/mol ,CO+H,2,O=CO,2,+H,2,H,o,298,=-41kJ/mol ,以甲烷为主的气态烃，蒸汽转化过程较为简单，主要发生上述反应，最终产品气组成由反应平衡决定。,1、转化的基本原理,18,含烯烃原料：催化干气、焦化干气,焦化干气：,一般含有,13,20%,的氢气；,5,10%,的烯烃（主要为乙烯和丙烯）；其余为甲烷等饱和烷烃，杂质含量中主要为有机硫，经过湿法脱硫后，一般含有,50,200,ppm,的总硫。,催化干气：,一般含有,20,40%,的氢气；,15,20%,的烯烃（主要为乙烯）；,15%,左右的氮气，其余为甲烷等饱和烷烃，杂质含量中主要为无机硫，经过湿法脱硫后，一般含有,10,20ppm,的总硫。,气体品质：焦化干气由于催化干气,含烯烃原料：催化干气、焦化干气焦化干气：,19,蒸汽转化过程反应原理,而轻石脑油，由于其组成较为复杂，有烷烃、环烷烃、芳烃等，因此，除上述反应外，在不同的催化床层，还发生高级烃的热裂解、催化裂解、脱氢、加氢、积炭、氧化、变换、甲烷化等反应，最终产品气组成仍由反应平衡决定。,烃类水蒸汽转化反应是体积增大的强吸热反应，低压、高温、高水碳比有利于上述反应的进行。,工程设计选择：高压、高温、低水碳比,蒸汽转化过程反应原理 而轻石脑油，由于其组成较为,20,2,、转化温度的选择,1),入口温度：,500-650,C,（,取决于原料）,对原料的影响,对转化反应的影响：降低了转化炉的热负荷,对燃料消耗的影响：降低燃料消耗,对外输蒸汽的影响：降低外输蒸汽量,预转化工艺的应用,2),出口温度,提高原料的转化率,降低残余甲烷含量,对转化炉炉管材料的要求,目前国内：,820-860,C,制气工段：,2、转化温度的选择 1)入口温度：500-650,21,3,、水碳比 ：,影响装置能耗和催化剂的积炭,3.0-3.5,（,mol,）（,PSA,工艺流程）,4.0-5,（,mol,）（常规工艺流程）,4,、转化催化剂 ：,国内,:Z417W/Z418W,；,Z413/Z414/Z403,国外：,ICI / RNKR,。,5,、炭空速：,500-1200h,1,（催化剂性能、压降）,6,、空气预热温度,：,260-500,度,3、水碳比 ：影响装置能耗和催化剂的积炭,22,六、一氧化碳变换流程的选择,1,、 工艺原理：,一氧化碳变换反应是一可逆放热反应,:,CO+H,2,O=CO,2,+H,2,H,o,298,=-41.4KJ/mol,2,、流程：,（,1),无一氧化碳变换工艺流程：,无变换适用于甲醇装置，不适应于制氢装置和合成氨装置,有变换适合于制氢,（,2,）中变低变流程：,CO0.3%,适合于化学净化法 制氢工艺和合成氨装置,（,3),中变流程：,适合于,PSA,净化法制氢工艺,;,CO3%,3,、操作条件,（,1),温度：,320-380/390-430,C;(2),压力；（,3),水汽比,4,、变换催化剂：,B110,、,B113,、,FB123,制气工段：,六、一氧化碳变换流程的选择1、 工艺原理：制气工段：,23,七、主要设备：转化炉,4.1,转化炉的选择,4.1.1,炉型选择,转化炉为制氢装置的核心设备，其结构形式主要：,顶烧炉、侧烧炉、阶梯炉和底烧炉等。圆筒炉和方箱炉。目前广泛应用的炉型只有顶烧和侧烧两种，炉型选择主要取决于下列因素。,转化炉的大小。,应用场合。,燃料种类。,七、主要设备：转化炉4.1转化炉的选择,24,1100m,3,n/h,制氢转化炉（,顶烧,）,1100m3n/h制氢转化炉（顶烧）,25,顶烧炉的特点,：,1,）最适合转化反应的要求,2,）有利于延长炉管的使用寿命。,3,）辐射效率高，燃料消耗少。,4,）烧嘴种类众多，燃料的适应性强。,5,）烧嘴数量少，易于操作。,6,）操作弹性大。,顶烧炉的特点：1）最适合转化反应的要求,26,顶烧炉的特点：,7,）对流段设置于地面上，与侧烧炉对流段设置在辐射段顶部相比，对流段的安装和检修都较为方便，汽包安装高度亦大大降低。,8,）由于顶烧炉火嘴较少，便于采用空气预热器，空气经对流段低温热预热后进入火嘴助燃，可节省燃料消耗。,9,）顶烧炉因火嘴集中，能量大、数量少更适合于燃烧低热值的,PSA,脱附气。,顶烧炉的特点：7）对流段设置于地面上，与侧烧炉对流段设置在辐,27,谢谢大家！,放映完毕,谢谢大家！放映完毕,28,