文档介绍：装置概况
本制氢装置主要利用巴陵石化洞庭氮肥厂日产1100吨合成氨装置中的脱硫造气、中低变和脱碳工序的设备、管道以及钢结构等。
巴陵石化洞庭氮肥厂合成氨装置是七十年代初从美国凯洛格公司引进的、以石脑油为原料日产850吨合成氨的“气改油”装置。为了扩大生产能力与降低能耗,先后在1988年、1996年对合成氨装置进行了两次改造,最终达到日产1100吨合成氨的生产能力。2004年装置停车。
现在改为神华天然气制氢项目,是利旧设备,部分改造更换新的,用于神华煤制油的直接液化项目的用氢。设计80000 Nm3/h
本项目由中国石化第十建设公司承建计划于2008年8月8日中交,于同年9月底投料生产。
1,2制氢装置组成
本制氢装置由脱硫造气工序、变换工序、脱碳工序和PSA制氢工序组成。
1,3工艺路线及产品规格
该制氢装置以天然气为原料,采用干法脱硫、,一氧化碳高、低温变换,热钾碱法脱CO2,PSA工艺制得产品氢气。
1,4消耗定额(1000Nm3氢气作为单位产品)
序号
名称
单位
小时消耗量
单位产品消耗
备注
1
天然气
-原料天然气
-燃料天然气
Nm3
Nm3
Nm3
38976
35840
3136
453
417
2
电
kWh
3
脱盐水
t
装置平面布置图(见附图)
1. 天然气脱硫
本装置采用干法脱硫来处理该原料气中的硫份。为了脱除有机硫,采用铁锰系转化吸收型脱硫催化剂,并在原料气中加入约1~5%的氢,在约400℃高温下发生下述反应:
RSH+H2=H2S+RH
H2S+MnO=MnS+H2O
经铁锰系脱硫剂初步转化吸收后,剩余的硫化氢,再在采用的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收:
H2S+ZnO=ZnS+H2O
C2H5SH+ZnO=ZnS+C2H4+H2O
氧化锌吸硫速度极快,因而脱硫沿气体流动方向逐层进行,,以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求。
2 蒸汽转化和变换原理
原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃---蒸汽转化反应,主要反应如下:
CH4+H2O→CO+3H2-Q (1)
一氧化碳产氢 CO + H2O----CO2 + H2 +Q (2)
前一反应需大量吸热,高温有利于反应进行;后一反应是微放热反应,高温不利于反应进行。因此在转化炉中反应是不完全的。
在发生上述反应的同时还伴有一系列复杂的付反应。包括烃类的热裂解,催化裂解,水合,蒸汽裂解,脱氢,加氢,积炭,氧化等。
在转化反应中,要使转化率高,残余甲烷少,氢纯度高,反应温度就要高。但要考虑设备承受能力和能耗,所以炉温不宜太高。为缓和积炭,增加收率,要控制较大的水碳比。
3 变换反应的反应方程式如下:
CO+H2O=CO2+H2+Q
这是一个可逆的放热反应,降低温度和增加过量的水蒸汽,均有利于变换反应向右侧进行,变换反应如果不借助于催化剂,其速度是非常慢的,催化剂能大大加速其反应速度。为使最终CO浓度降到低的程度,只有低变催化剂才能胜任。高低变串联不仅充分发挥了两种催化剂各自的特点,而且为生产过程中的废热利用创造了良好的条
4改良热钾碱法
改良热钾碱溶液中含碳酸钾,二乙醇胺及V2O5。碳酸钾做吸收剂、二乙醇胺做催化剂、它起着加快吸收和解吸的作用。V2O5为缓蚀剂,可以使碳钢表面产生致密的保护膜,从而防止碳钢的腐蚀。K2CO3吸收CO2的反应机理如下:
K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3
上式通常认为按下列步骤进行:
H2O→H++OH-
K2CO3→2K+++CO3-
CO2+OH-→HCO3-
H++CO32-→HCO3-
K++HCO3-→KHCO3
在溶液中添加了二乙醇胺后,其反应机理为:
CO2+(C2H5O)2NH→(C2H5O)2NCOO-+ H+
(C2H5O)2NCOO-+H2O→(C2H5O)2NH+ HCO3-
由于二乙醇胺与CO2的反应速度较快,因此二乙醇胺的加入可以加速CO2的吸收和解吸。
从平衡观点看,加入活化剂,降低了溶液面上的CO2平衡分压,从而有利于净化度的提高。
5变压吸附原理
变压吸附简称PSA,是对气体混合物进行提纯的工艺过程。该工艺是以多孔性固体物质(吸附剂)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,在两种压力状态之间工作的可逆的物理吸附过程。它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力,在低压下又具有较小的吸附能力,而理想组分H