天燃气制氢操作规程 - 图文

天然气制氢

第一章

天然气制氢岗位基本任务

以天燃气为原料的烃类和蒸汽转化，经脱硫、催化转化、中温变化，制得丰富

含氢气的转化气，再送入变压吸附装置精制，最后制得纯度≥ 99.9%的氢气送至盐酸。

1. 1工艺流程说明

1 - 1 -

由界区来的天然气压力为1.8～2.4MPa，经过稳压阀调节到1.8Mpa,进入原料分离器F0101后，经流量调节器调量后入蒸汽转化炉B0101对流段的原料气预热盘管预热至400℃左右，进入脱硫槽D0102,使原料气中的硫脱至0.2PPm以下，脱硫后的原料气与工艺蒸汽按水碳比约为3.5进行自动比值调节后进入混合气预热盘管，进一步预热到～590℃左右，经上集气总管及上猪尾管，均匀地进入转化管中，在催化剂层中，甲烷与水蒸汽反应生产CO和H2。甲烷转化所需热量由底部烧咀燃烧燃料混合气提供。转化气出转化炉的温度约650--850℃，残余甲烷含量约3.0％（干基），进入废热锅炉C0101的管程，C0101产生2.4MPa（A）的饱和蒸汽。出废热锅炉的转化气温度降至450℃左右，再进入转化冷却器C0102，进一步降至360℃左右，进入中温变换炉。转化气中含13.3％左右的CO，在催化剂的作用下与水蒸气反应生成CO2和H2，出中变炉的转化气再进入废热锅炉C0101的管程换热后，再经锅炉给水预热器C0103和水冷器C0104被冷至≤40℃，进入变换气分离器F0102分离出工艺冷凝液，工艺气体压力约为1.4MPa（G）。

燃料天然气和变压吸附装置来的尾气分别进入转化炉的分离烧嘴燃烧，向转化炉提供热量≤1100℃。

为回收烟气热量，在转化炉对流段内设有五组换热盘管：（由高温段至低温段） 蒸汽－A原料混合气预热器 ， B 原料气预热器，C烟气废锅，D燃料气预热器， E尾气预热器

压力约为1.4的转化工艺气进入变化气缓冲罐，再进入PSA装置。采用5-1-3P，即（5个吸附塔，1个塔吸附同时3次均降）。常温中压下吸附，常温常压下解吸的工作方式。每个吸附塔在一次循环中均需经历；吸附A，→一均降E1D，→二均降E2D，→顺放PP，→三均降E3，→逆放D，→冲洗P，→三均升E3R，→二均升E2R，→一均升E1R，→终升FR，等十一个步骤。五个吸附塔在执行程序的设定时间相互错开，构成一个闭路循环，以保证转化工艺气连续输入和产品气不断输出。

1.2原料天然气组份表

组份 含量（V%） CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 0.03 93.43 3.34 0.60 0.28 25 1.8～2.4 0.09 0.06 2.17 H2S 30 温度（℃） 压力（Mpa） 2 - 2 -

PSA尾气组份表

组份 含量（V%） H2 36.66 CO 8.21 CO2 45.52 ～0.002 CH4 7.25 N2 1.28 压力（Mpa） 1.3天然气制氢岗位主要设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 名称 规格型号 D800×3000 D600×2700 D600×2700 D600×4000 材质 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 原料气分离器 燃料气缓冲罐 蒸汽分离器 脱硫槽 转化炉 废热锅炉 转化气水冷器 排污罐 中温变换炉 锅炉给水预热器 水冷器 变换气分离器 锅炉给水罐 烟囱 锅炉给水泵 锅炉循环水泵 引风机 磷酸盐加药装置 C.S C.S C.S 15CrMoR n=6 L有效=10m D425/800×6500 D273×2000 D400×800 D1000×4000 D325×2500 D500×4000 D600×3500 D800×1000 φ400×25000 DG5—27×10 C.S、S.S、高合金钢等各种材料 低合金钢 低合金钢 C.S 低合金钢 S.S S.S S.S C.S 1 1 1 2 2 1 1 IRG40-25-185 YB2-160M2-2 N15KW 变压吸附主要设备

序号 1 2 3 4 名称 气液分离缓冲罐 吸附塔 产品气缓冲罐 逆放气缓冲罐 型号规格 D700×5400 D900×8300 D1200×6300 D2200×10800 材质 C.S C.S C.S C.S 数量 1 5 1 1 3 - 3 -

1.4正常操作主要设计指标

（1）温度

仪表位号 T10102 T10103 T10104 T10105 T10106 T10107 T10108 T10109 T10110 T10111 T10112 T10113 T10158 T10117 T10118 T10119 T10156 (2)压力 仪表位号 PICA0101 PT0107a PI0104 PI0105 PI0155 PIC0103 位置 入界区天然气压力 入转化炉辐射段混合气压力 下部炉膛负压 上部炉膛负压 入中变炉气体压力 出废热锅炉蒸汽压力 预期值 1.8～2.4Mpa（G） 1.8～2.4Mpa（G） -6～-5mmH2O -11～-8mmH2O 1.37 Mpa（G） 2.1 Mpa（G） 位置 出原料气预热器的天然气温度 入混合气预热器的工艺混合气温度 工艺混合气入转化炉辐射段的温度 出转化炉的转化气温度 辐射段下部烟气温度 辐射段上部烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 出废热锅炉转化气温度 入中变炉的转化气温度 中变气入锅炉给水预热器 中变气入锅炉给水预热器的温度 中变气出水冷器的温度 烟道气入引风机温度 预期值 ～409℃ ~254℃ ~592℃ 750~830℃ ~1100℃ ~835℃ ~602℃ ~537℃ ~254℃ ~242℃ ~209℃ ~450℃ ~360℃ ~430℃ ~255℃ ~40℃ ~200℃ 4 - 4 -

PDT0107 (3)流量 仪表位号 FT0104 FIC0101 FI0102 转化炉床层阻力降 ～0.3Mpa 位置 工艺蒸汽流量 工艺天然气流量 入转化炉混合气流量 入界区燃料天然气流量 预期值 ～645kg/h ～220Nm3/h ～1022Nm3/h ～70Nm3/h 第二章

2.1.1 天然气脱硫

工艺基本原理说明

在一定的温度、压力下，原料气通过氧化锰及氧化锌脱硫剂，将原料气中的有机硫、H2S脱至0.2PPm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求，其主要反应为：

COS + MnO MnS + CO2 H2S + MnO MnS + H2O H2S + ZnO ZnS + H2O

2.1.2烃类的蒸汽转化

烃类的蒸汽转化是以水蒸气为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到支取氢气的原料气。这一过程为吸热过程，转化所需热量由转化炉辐射段燃烧天然气提供。

在镍催化剂存在其主要反应如下：

CH4 + H2O CO + 3H2 - Q CO + H2O CO2 + H2 + Q 2.1.3中温变换

转化炉送来的原料气，含13.3％左右的CO，变换的作用是使CO在催化剂存在的条件下，与水蒸汽反应而生成CO2和H2。这样，增加了需要的原料氢气。 中温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。

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