焦炉煤气制氢新工艺
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焦炉煤气制氢工艺存在的问题和应对【摘要】:氢能是实现绿色可持续发展的重要载体,是世界能源变革发展的重要方向。
氢能的制取、储运应用是保障氢能产业发展的重要推手,其中,氢气的制取更是重中之重。
本文首先对焦炉煤气利用现状进行分析,然后介绍焦炉煤气制氢基本原理及过程,最后结合实际,对焦炉煤气制氢中存在的问题及解决对策展开探讨。
【关键词】:焦炉煤气;制氢工艺;问题和应对引言20世纪初期,我国的煤炭产业进入了高速发展的“黄金期”。
煤炭约占能源消费中70%,占据我国能源消费的主体位置。
2020年《世界能源统计综述》显示2019年,世界煤炭总消耗157.86亿吨,仅我国的煤炭消耗量就高达81.67亿吨,占据世界总产量的51.7%。
据统计,2020年我国的一次能源消费中煤炭占比约58%,这一数字意味着在未来的一段时间内,煤炭仍然是我国一次能源消费的主体。
迫于全球气候压力,全球主要国家已就全球温室气体控制目标达成共识,也均结介自身情况提出了碳中和发展的时间表,并出台了相应的政策支持氢能发展。
在2021年全国两会上,碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告。
在这一背景下,氢能正逐步登上能源舞台的中央,并在全球能源新格局中扮演重要角色。
氢气的“制、储、运、用”将是氢能产业发展的重要方向。
氢气的廉价获取更是重中之重,是氢能产业发展的根本,制氢的技术与成本在相当长一段时间内仍然是亟待解决的问题。
1.焦炉煤气利用现状焦炉煤气是钢铁工业或其他工厂煤炭碳化过程中重要的副产物,由H2(55~60vol%)、CH4(23~27vol%),CO(5~8vol%),CO2(小于2vol%)和微量杂质(如H2S)等组成。
作为一种富含氢气的气体,近年来焦炉煤气的利用一直是人忙研究的热点,这对炼钢行业的节能减排起着重要的作用。
一般情况下,焦炉煤气可作为加热炉或钢厂的发电厂的燃料,在一些情况下,富余的焦炉煤气会被燃烧掉,甚至会直接被排放到空气中,造成了巨大的能源浪费和严重的环墟污染。
焦炉煤气制LNG简介一、中科院理化所技术通信地址:北京海淀区中关村北一条2号邮政编码:100190 产业策划部:010-********/82543606/82543608/825436091 问题提出近年来, 我国对焦化行业实施“准入”制度,焦炉煤气的综合利用成为炼焦企业生存与发展的关键。
一些大型的炼焦企业建设了焦炉煤气制甲醇项目,并取得了良好的经济效益,为大型炼焦企业综合利用焦炉煤气找到了新方法。
但中小焦化企业生产规模相对较小,焦炉煤气产量少,成本优势不明显,多家企业联合又困难,影响了焦化企业对焦炉煤气的综合利用。
2 焦炉煤气生产LNG的技术特点为了解决中小企业焦炉煤气综合利用的问题,中科院理化技术研究所改变利用思路,将有效成分甲烷和氢气作为两种资源综合利用,开发出了焦炉煤气低温液化生产LNG联产氢气技术(已申请专利),新技术具有以下特点:1) 可以省去甲烷转化工序,大大节省投资成本。
2) 由于新工艺拥有**的循环制冷系统,操作弹性非常大,适应性强,运行稳定。
3) 产生的氢气可以利用氢气锅炉为全厂提供动力和热力,这方面的技术已经非常成熟。
有经济实力的企业还可以配套合成氨等装置,相对投资少,效益更高。
并随着氢气利用技术的日益发展可以生产液氢产品等。
4) 产品市场好。
预计未来15年中国天然气需求将呈爆炸式增长,到2010年,中国天然气需求量将达到1000×109 m3,产量约800×109 m3,缺口将达到200×109 m3 ;到2020年天然气需求量将超过2000×109 m3 ,而产量仅有1000 ×109 m3, 50%将依赖进口。
5) 整套方案中工艺流程短,操作简单。
处理量1 ×106 m3 /d的生产装置,只需要40~50操作工,非常适合中小型焦化企业对焦炉煤气的综合利用。
3 焦炉煤气生产LNG联产氢气工艺路线液化天然气是天然气经过预处理,脱除重质烃、硫化物、二氧化碳、水等杂质后,在常压下深冷到-162℃液化制成,液化天然气是天然气以液态的形式存在,其体积仅为气态时的1/625。
焦炉煤气提纯制H2联产LNG技术摘要:近年来,循环、低碳和环保已成为中国经济的一个趋势。
目前焦炉煤气的使用主要是作为燃料、能源、化学材料和还原气体,已成为研究领域。
阐述了焦化行业气体在焦炉煤气行业的应用现状。
H2联产LNG焦炉煤气提纯制包括其原则和程序,对生产的影响以及各种工艺流程的分析。
关键词:焦炉煤气;天然气;氢气;深冷;提氢氢气和天然气是清洁能源。
氢和氢能源的发展越来越快,液化气成为世界贸易中增长最快的能源之一。
焦化行业富余气体在制氢和液化气方面的使用,不仅可以解决传统能源短缺问题,提高能源多元化,提高空气质量。
通过H2联产LNG还生产了市场上急需的增值产品,以提高公司的经济效益。
项目还促进煤炭和能源行业的技术进步和工业发展。
因此,同时从焦炉煤气资源不仅符合国家节能环保准则,而且企业获得经济效益。
一、焦炉煤气制氢装置介绍及特点有很多获取氢气的方法,优化应用于经济的氢技术可以使企业在生产苯加氢,按时实现生产目标,最终达到预期的氢效果。
因此,焦炉煤气制氢中使用是重要和必要的。
掌握工艺应用合理化解决方案,可以成功解决常见的技术问题,充分发挥制氢的优势。
1.介绍。
焦炉煤气制氢装置的引入首先通过热吸附净化装置进行。
20世纪60年代,随着美国工业化进程的加快,该装置转变成了压吸附四床法,即所谓的变压吸附。
随着进一步发展和不断拓宽,导致这种技术得到更广泛应用的其他事项广泛应用于冶金工业和高温环境。
它使用不同的气体来隔离具有不同吸收效果的气体。
当同一混合气体分离时,根据压力变化影响大气吸收的规律进行分离。
2.特点。
焦炉煤气制氢特点是吸收、温度变化和变压吸附相结合,从而提高了吸附过程中空气净化装置的效率,同时吸收效果良好,提高了氢的纯度,自动化功能显而易见。
考虑到低温燃烧和安装介质爆炸的危险,有必要使用计算机控制阀并相应调整参数。
易于使用的计算机使能够有效地控制合格产品的生产。
该设备的主要特点是功耗低。
制氢解吸气体效率较高,设备的应用总体上可以控制,同时提高效率。
焦炉煤气制氢工艺存在的问题和应对方案浅析摘要:我国的现代化社会建设中,氢气制作受到了人们广泛关注,针对制氢工艺要以制取精度、制取纯度较高的方法为主要的研究方向,焦炉煤气制氢工艺的应用逐渐实现了这一目标。
本文对焦炉煤气制氢的特点进行了探讨,分析了焦炉煤气制氢工艺存在的问题及应对方案。
关键词:焦炉;煤气;制氢;工艺;问题前言:制取氢气的方法中,焦炉煤气制氢工艺具有较强的应用性和可行性,在规定的时间内达到生产目标,提高氢气制作的质量。
合理运用焦炉煤气制氢工艺,将工艺制氢的优势充分发挥出来,是焦炉煤气制氢工艺研究中的重点课题。
一、焦炉煤气制氢的特点焦炉煤制氢有着自动化程度高、制氢纯度高、能耗低的特点,焦炉煤气制氢工艺中应用到的装置最初是由热吸附净化空气装置升级和发展而来的,该装置利用变压吸附方式以及变温吸附的方式,能够在相同的吸附时间内提高空气净化度,保证高纯度的氢气制作,有着自动化的优势特点。
焦炉煤气制氢装置的介质气体燃点低,通过计算机应用控制阀门,对各项参数进行合理地设置和调节,以免发生爆炸问题。
该装置有低能耗的优势,制作氢气之后解析气体,实现了重复利用,体现了绿色环保的优势特点。
若是发现了装置中存在气体泄漏的问题,其中安装的警报装置能够立即发出警报,由中控计算机对系统状态进行细致、全面的检测,加强对产品质量的控制,合理调整参数的数值,避免发生故障问题。
焦炉煤气制氢工艺是由制氢系统、变温系统以及氢气精制系统三个部分构成,在具体的制氢过程中,由于焦煤质量不同,因此焦化的过程与最终效果也存在差异性,要尽可能选择优质质量的焦煤,保证氢气的制作纯度。
通过吸附工艺中的变压吸附,将定量杂质吸附后进行降压作业,结合顺向、逆向降压,回收塔内氢气。
将吸附杂质冲洗干净,做好冲压准备,利用预处理器在变温吸附工艺应用过程中,对塔进行吸附,逆向放压,增加温度,温度冷却后压力增加,脱氧干燥工艺应用,是利用催化反应将适量的催化剂加入吸附杂质[1]。
焦炉煤气制氢工程施工方案一、工程概述焦炉煤气制氢工程是利用焦化成品气中的一氧化碳和水蒸气进行变换反应,生成氢气的工艺流程。
其核心设备包括变换反应器、冷却器、分离装置等,主要工艺包括气体处理系统、催化变换系统、裂解分离系统。
该工程的建设对于提高能源利用率、减少环境污染、促进清洁能源发展具有重要意义。
二、施工前准备1. 勘察设计:在施工前,需要对工程现场进行详细的勘察和设计,包括地质勘察、环境影响评估、结构设计等,以保证工程施工的顺利进行。
2. 材料准备:按照设计要求,采购所需的原材料和设备,确保施工过程中有足够的材料供应。
3. 人力组织:组织施工团队,包括工程管理人员、技术人员、施工工人等,确保人力资源充足。
4. 环境保护措施:制定环保方案,对施工过程中可能产生的污染进行预防和控制。
5. 安全防护措施:制定安全生产方案,对施工现场进行安全评估,并提前采取措施,确保施工安全。
三、施工过程1. 地基处理:对工程现场进行地基处理,确保基础设施的承载能力和稳定性。
2. 设备安装:根据设计要求,对核心设备进行严格的安装与调试,保证其正常运转。
3. 管道布置:根据工艺流程要求,对气体管道进行合理的布置和连接。
4. 设备调试:对设备进行严格的调试和检测,确保设备运行正常。
5. 系统联调:对气体处理系统、催化变换系统、裂解分离系统等进行联调,确保系统运行顺利。
6. 软硬件集成:对控制系统进行软硬件集成调试,确保自动化控制系统的可靠运行。
7. 现场验收:对工程现场进行综合验收,检查工程质量和安全状况。
四、施工后工作1. 工程交接:在工程完工后,进行工程交接和验收,并保留相关施工记录和文件。
2. 运行维护:对工程设备进行定期维护和保养,确保其安全可靠运行。
3. 系统改进:根据运行情况,对工程系统进行优化改进,提高工程效率和安全性。
4. 工程总结:对工程施工过程进行总结,对操作经验进行总结,为今后的类似工程提供参考。
五、安全与环保1. 安全生产:严格遵守施工安全规定,保证施工人员的安全,确保工程施工的安全顺利进行。
焦化(煤化工)行业焦炉煤气七大综合利用节能技术解析目录一、总则 (3)二、焦炉煤气用作气体燃料 (3)三、利用焦炉煤气发电 (4)1、蒸汽发电,热电联产供热与发电兼用: (4)2、焦炉煤气用于燃气轮机发电: (5)3、燃气——蒸汽联合循环发电技术(CCPP): (5)4、用煤气内燃机带动发电机发电: (5)四、利用焦炉煤气制氢 (6)五、焦炉煤气用于生产直接还原铁 (7)六、焦炉煤气用于高炉喷吹炼铁 (7)七、焦炉煤气作为化工原料生产合成气 (8)1、焦炉煤气制合成氨——尿素 (8)2、焦炉煤气生产甲醇 (8)3、焦炉煤气提取或合成天然气 (9)八、焦炉煤气直接生产合成气 (9)一、总则焦炉煤气除部分返回焦炉加热外,剩余主要作为城市煤气,还有相当数量的焦炉煤气会通过火炬燃烧放空。
据估计每年约有350×108m3以上的焦炉煤气未被有效利用而付之一炬,这不仅造成环境污染,还浪费了大量能源。
根据焦炉煤气的特点(含氢量高),我国焦化行业应进一步开发出符合企业特点的应用技术,进而实现煤气资源的优化开发利用,增加焦炉煤气的利用价值,增强炼焦行业的整体竞争力。
焦炉煤气利用程度不断提高,在开发利用技术方面进行了一系列探索,本文总结出七种常用的焦炉煤气综合利用节能技术。
二、焦炉煤气用作气体燃料焦炉煤气是优质的中热值气体燃料,其热值为17兆焦~19兆焦/标准立方米,煤气的主要成分(体积百分比)为氢55%~60%、甲烷23%~27%、一氧化碳5%~8%,含两个以上的碳原子的不饱和烃2%~4%,以及少量的二氧化碳、氮、氧等。
由于我国油气资源缺乏,为解决大中城市民用燃气紧张的问题,20世纪80年代焦炉煤气曾一度广泛应用于民用燃气领城。
目前,在天然气还没有通达而焦化行业有一定基础的地区,焦炉煤气仍是民用煤气和其他工业生产的主要气体燃料提供者。
如将焦炉煤气用作陶瓷厂窑炉的加热燃料,生产出优质的陶瓷制品。
此外,焦炉煤气还可用作水泥和玻璃等工业生产的燃料。
全国能源与热工2010学术年会节能技术与设备钢铁制造流程煤气制氢技术分析朱光俊1杨艳华1余波2(1.重庆科技学院重庆401331;2.四川金广实业(集团)股份有限公司四川618300)摘要:钢铁制造流程中产生的大量煤气是钢铁企业最重要的二次能源,煤气的综合利用一直受到各钢铁企业的重视。
本文介绍了焦炉煤气、转炉煤气和COREX煤气制氢技术,可为钢铁企业高效利用副产煤气,节能减排提供参考。
关键词:钢铁制造流程;焦炉煤气;转炉煤气;制氯技术Techni cal A nalys is of H ydro gen Production F ro m Ga s in I ron a nd S tee lManufacturing ProcessZH U Ouang-junl YAN G Y an.h ua l YU BO z(1.C h o n g q i n g U n iv e rs it y of Scienc e and Tec hn ol og y,Ch on gqi ng401331,C h i n a;2.S ic hu an jin gua n g Indust ria l(Gr oup)Co..Ltd.,Sich uan61 8300) Abstrac t:A lar ge num ber o fgas w hich W as p r od u ce d in iro n an d steel manufactu ring process is th e m ost important s e c on d a r y e n er g y for iron and st eel enterprise.G as in tegr ate d u ti li z at io n h a s been valued by various iron a n d steel enterpri ses.Th is article describes th e t ec h n ol o g y th at co k e OVen gas,c on ve ne r gas and C O R E X g a s p ro d uc e s h yd ro ge n r es pe ct iv el y.I t pr o v i d es re ference t o g a s b yp ro d uc t eff ici ent utiliz at io n an d eflergy saving fo r i m n a nd steel enterprise.K e y wo rds:I ron and Steel Manufa ctu rin g Pro c es s;C OG;L D G;Pr o du c ti o n of H y d r o g en随着化石能源的不断消耗和对环境影响的加和转炉煤气(乙DG),是钢铁企业最重要的二次能剧,发展可替代能源已成必然趋势,其中氢能是未源。
一、焦炉煤气利用情况分析随着我国天然气工业的崛起,西气东输工程的建成,用天然气代替焦炉煤气成为我国天然气工业的主要燃料。
要保持独立焦化企业的生存和发展,各大城市都必须寻找新的利用途径,解决焦炉大量过剩的问题。
当前,一些高炉煤气和煤气生产企业直接排放烟气,造成严重的环境污染。
对焦化企业来说,调整煤气结构,充分利用高炉煤气或高焦混合煤气作为加热燃料,净化处理含55%~58%氢气的有效成分,是焦化企业合理利用煤气的一项重要措施,既可发挥煤层气的潜力,又可为化工企业提供重要的原煤资源。
现在的炼焦工业只生产焦炭,浪费严重。
我国炼焦工业与日本、德国等发达国家相比,在国际市场上主要以煤的深加工和分选为主。
因为日本炼焦工业的副产品,焦炭中含有超过200种化学物质,而中国最好的只有20种。
由于中国出口的非再生资源比黄金珠宝更便宜,因此我们必须以更高的价格购买。
与此同时,还要为资源的二次浪费和环境污染付出沉重代价。
二、浅谈焦炉煤气的利用炼焦气的利用途径有燃料气、化学气和发电。
像炼铁一样,在工业生产中,这些气体可以进入城市燃气管道供居民使用;近一百多年来,焦炉气体一直被用作各种加热设备的燃料。
由于其具有使用方便、管道输送、传热效率高等优点,深受工业和民用用户的青睐。
因为焦炉煤气中含有H2S,HCN,NH3等有害物质,在民用燃料的生产过程中会产生大量的污染物。
所以随着天然气的发展与上升,焦炉气将被天然气取代。
炼焦煤气生产纯H2,甲醇,化肥等;焦炉气生产纯H2,利用焦炉气生产纯H2(PSA工艺)在我国有着悠久的历史。
与水解法相比,水解法生产工艺成熟,经济合理,效益更显著。
水解制氢电耗为6.5kwh/m3,而用焦炉煤气制氢电耗为0.5kwh/m3。
按能力计算,1000Nm3/h可节省电力约500-800万元,远高于HPSA制氢设备。
采用焦炉气生产甲醇,可以节约一段气的生产工序,直接用于二段炉,大大降低了建设投资。
CH4只要转化为CO,H2,即可满足生产甲醇合成气的要求。
焦化制LNG加氢工艺作业一、焦炉气预处理从焦化厂来的焦炉气含有多种杂质组份,特别是苯和蔡的含量较高,约为3000 mg / Nm;和300mg / Nm,该组份将对下游的净化分离工序造成危害,需要进行脱除。
采用吸附法脱除苯、蔡和焦油。
即在较低压力和温度下用吸附剂吸附苯、蔡和焦油等重质组份,之后在高温、低压下解吸再生,构成吸附剂的吸附与再生循环,达到连续分离气体的目的。
这样,可以保护后续的催化剂,又避免了蔡在升压后结晶堵塞管道和冷却器等设备。
二、氢气提纯当前工业上比较广泛应用的氢气分离技术有变压吸附和膜分离两种。
由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽,因此,进入70年代后,这项技术被广泛应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。
变压吸附分离过程操作简单,自动化程度高,设备不需要特殊材料等优点。
吸附分离技术最广泛的应用是工业气体的分离提纯,氢气在吸附剂上的吸附能力远远低于CH2,N2,CO和CO2等常见的其他组分,所以变压吸附技术被广泛应用于氢气的提纯和回收领域。
为了使得产品氢气具有较高的纯度,选用变压吸附技术进行氢气的提纯。
三、甲烷化反应甲烷化反应是指气体CO和CO2在催化剂作用下,与氢气发生反应,生成甲烷的强放热化学反应。
一种是用于合成氨及制氢装置中,在催化剂作用下将合成气中少量碳氧化物(一般CO + CO2<0. 7 %)与氢反应生成水和惰性的甲烷,以削除碳氧化物对后续工序催化剂的影响。
用于上述甲烷化反应的催化剂和工艺主要是用于脱除合成气中残留的少量碳氧化物(CO和CO2),自1902年发明了用于催化甲烷化反应的镍基催化剂以来,化肥生产中用于甲烷化的催化剂和工艺绝大多数围绕这类催化剂进行研究。
另一种是人工合成天然气工艺中的甲烷化,其原料气中的碳氧化物((CO + CO2)浓度较高。
得一化工股份有限公司600Nm3/h焦炉气提氢变压吸附装置操作运行说明书得一化工有限公司二00七年八月山西介休第一章前言一、概述本装置是采用变压吸附(简称PSA)法从焦炉煤气(简称COG)中提取氢气,改变操作条件可生产不同纯度的氢气。
本装置采用气相吸附工艺, 因此, 原料气中不应含有任何液体和固体。
在启动和运转这套装置之前, 要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书, 因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。
本说明书中涉及到的压力均为表压, 组成浓度均为体积百分数, 流量除专门标注外均为标准状态下的流量。
二、设计参数1、原料气组成:原料气压力: ≥3Kpa (表压);原料气温度: ≤40℃。
2、产品气压力: ≥1.2MPa (表压);产品气流量:600Nm3/h;产品气温度: ≤40℃;产品氢气纯度: H2≥99.9 % CO+CO2≤10PPmO2≤10PPm H2O≤30PPmS≤2PPm3、解吸气压力: ~0.02Mpa (表压);解吸气流量:~550Nm3/h;解吸气温度: ≤40℃。
4、解吸气组成:第二章工艺说明一、提氢工艺流程基本构成本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气,焦炉煤气中杂质较多,组成十分复杂,随原料煤不同有较大变化,除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等,后者都是些高沸点、大分子量的组份,很难在常温下解吸,对变压吸附采用的吸附剂而言,吸附能力相当强,这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降,因此本装置采用两种不同的吸附工艺,变温吸附工艺和变压吸附工艺。
经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其它高沸点杂质组份,达到预净化焦炉煤气的目的,然后再经过变压吸附工艺除去除氮、甲烷、一氧化碳及二氧化碳等气体组份,获得纯度约为99.5%的氢气,最后再经过精脱硫、脱氧、干燥系统的净化得到99.9%的产品氢气。
煤气化制氢技术工艺流程嘿,朋友们!今天咱们来唠唠煤气化制氢技术工艺流程,这可真是个超级有趣又超级重要的事儿呢!我有个朋友小李,他就在一家搞能源研究的单位上班。
有一次我们聊天,他就特别兴奋地跟我说:“你知道吗?煤气化制氢那可不得了啊!”我当时就很好奇,我说:“啥是煤气化制氢啊?听着就很复杂的样子。
”小李就开始给我讲起来。
煤气化制氢啊,就像是一场神奇的魔法表演。
首先呢,得有原料,这原料就是煤啦。
煤就像是一个装满宝藏的宝箱,不过这个宝箱可不能直接用,得先把它打开,把里面的好东西拿出来。
这时候就用到了气化炉。
气化炉就像是一个超级大的热锅,把煤放进去,再加上一些“调料”,这里的“调料”就是氧化剂啦,像氧气或者空气之类的。
这时候,煤在气化炉里就开始发生奇妙的反应,就像一群小虫子在热锅上乱蹦跶一样。
这个反应会产生一种混合气体,这里面有一氧化碳、氢气,还有二氧化碳等成分。
这一步可关键了,要是这个反应没做好,那后面的氢气可就出不来了。
我就问小李:“这反应得控制得很精确吧?”小李说:“那可不,就像厨师做菜,调料放少了没味道,放多了就毁了一道菜。
”从气化炉里出来的混合气体啊,就像一群杂七杂八的小动物混在一起,得把它们分开。
这就到了净化的环节。
净化就像是一个严格的筛选过程,要把那些不需要的成分,比如硫化物啊,二氧化碳啊这些给除掉。
你想啊,如果氢气里混着这些杂质,那还能用吗?就好比一杯牛奶里混着沙子,谁能喝得下去呢?这净化的过程有好多方法呢。
有的是用化学吸收的方法,就像是用一块神奇的海绵把杂质都吸走;还有的是用物理吸附的方法,就像是用一个大磁铁把杂质都吸住,不过这个磁铁吸的不是铁,而是那些不需要的气体成分。
经过净化之后呢,氢气的含量就高了很多,但还不是纯氢气。
这时候就要进行变换反应啦。
这个变换反应就像是一场精心编排的舞蹈。
一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下开始跳舞,跳着跳着就变成了二氧化碳和更多的氢气。
我就想啊,这一氧化碳和水蒸气就像是两个小伙伴,在催化剂这个“老师”的带领下,学会了新的舞步,然后变成了我们想要的东西。
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用焦炉煤气变压吸附 (PSA制氢工 艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气,从杂质极多、难提纯的气体中长周期、 稳定、连续地提取纯氢,不仅解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染 问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、废气、废渣的排污问题;是一 个综合利用、变废为宝的环保型项目;同时也是一个低投入、高产出、多方受 益的科技创新项目。该装置首次采用先进可靠的新工艺,其经济效益、社会效 益可观,对推进国内PSA技术进步也有重大意义。
1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、 20世纪 60年代初, 美
国联合碳化物(Union Carbide公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化, 进入 20世纪 70年代后,变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增,装 置规模不
断扩大,使用范围越来越广,主要应用于石油化工、冶金、轻工及环 保等领域。本套大规模、低成木提纯氢气装罝,是用难以净化的焦炉煤气为原 料,国内还没有同类型的装置,并且走在了世界同行业的前列。
1、焦炉煤气PSA制氢新工艺。
传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是: 焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理,脱除大部分烃类物质;经初步净化 后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附 (TSA系统,最后利用PSA制氢工艺提纯氢气,整个系统设备投资大、工业处理 难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大,因此用 焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制,所以没有被大规模的应用到 工业生产当中。
本装置釆用的生产工艺是目前国内焦炉煤气 PSA制氢工艺中较先进的生产 工艺,它生产成本低、效率高,能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问 题,从而推动了焦炉煤气 PSA制氢的发展。该工艺的特点是:
焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。 1.1 工艺流程。
PSA制氢新工艺如图1所示
该裝罝工艺流程分为 5 个工序: A、 原料气压缩工序(简称100#工序),
B、 冷冻净化分离(简称200#工序),
C、 PSA-C/R工序及精脱硫工序(简称 300#工序),
D、 半成品气压缩(简称400#工序)
E、 PSA-H2工序及脱氧工序(简称500#工序)。
裝置所用的原料气来自焦炉煤气,因净化难度高,故气体质量较差,分离 等级较低。表 1 为原料煤气组成。
100#工序中,首先把焦炉煤气通过螺杆压缩机对煤气进行加压,将煤气压 力从
0.010? 0.015MPa 加压至
0.580MPa,并经冷却器冷却至40? 45C后输出。经压缩冷却后的煤气含有 机械
水、焦油、萘、苯等组分,易对后工序吸附剂造成中毒或吸附剂性能下 降,该装置设计冰机冷冻分离 200#工序(冷却器为一开一备 )对上述杂质进行脱 除,此时,重组分物质被析出停留在分离器内,当冷却器前后压差高于设定值 或运行一段时间后,自动切换至另一个系统,对停止运行的系统进入加热吹 扫,利用低压蒸汽对冷却器和分离器内附着的重组分进行吹除,完成后处于待 用状态,经分离后,仍有微量重组分杂质蒸汽带入煤气中,随着裝罝运行时间 的增长,会逐步造成后续工段吸附剂中毒,所以,在冷冻分离后增加了除油器 主要是精脱重组分及水蒸气。
煤气进入300#PSA-C/R工序,该工序的主要目的是脱除煤气中强吸附组分 HCN、 C2+、 CO
2、 H2S、 NH 3、NO、有机硫以及大部分 CH 4、CO、N2 等;经过 300#工序后的半成品气已得到净化,对压缩机工作条件 要
求较低,釆用一级活塞式压缩工艺,将半成品气从
0.50MPa 压缩至 1.25MPa,再进入PSA- H2工序(在PSA-C/R和提氢工序之间设有脱氧工序,
是因为经脱氧反应后会生成水分,传统工艺需要等压干燥脱水系统,该系统选 用的二段法新工艺不仅节约了投资,而且降低了操作运行费。 500#工序 PSA-H2 在传统的PSA制氢工艺中是整套装置的核心部分,而在本装置工艺中只是作为 对氢气的提纯,即从上道工序中经脱碳后得到氢体积分数为 95%? 98%的原料 气,再提纯到
99.99%后,作为商品氢出售。
1.2 工艺方案的选择。
1.2.1 焦炉煤气压缩采用螺杆式压缩机。
焦炉煤气的压缩国内传统工艺流程中几乎均采用活塞式压缩机。 而该装置根据对制氢工艺新技术的掌握,针对原料气的特点,在焦炉煤气 压缩的问题上,经多方论证后,确定采用分步压缩方案,即低压段采用螺杆压 缩机,脱除杂质组分后,再用活塞式压缩机升压,这种低压段大气量将焦炉煤 气压缩到
0.55? 0.60MPa的螺杆压缩机在国内尚属首次使用。
釆用螺杆压缩机压缩焦炉煤气最大的优点是 : 螺杆机结构简单、运行时间长,可以保证裝置长周期安全稳定运行,对原 料气烃类杂质含量要求不高,无需备用压缩机。与活塞式压缩机相比,无需维 修频繁堵塞的气阀(原料气中焦油及萘含量较高,故需经常停车更换气阀内 件),维修工作量几乎为零。而传统的往复式压缩机辅助设备多、检修频率 高,若用于焦炉煤气压缩,气阀更易堵塞,维修工作量大,还需备用压缩机。
该工艺的另一主要优势是釆用了柴油喷淋冷却工艺,出口温度控制在 80C 左右,在该温度下,焦炉煤气中的轻质焦油、萘等大分子烃类大部分溶解在柴 油中(回收的焦油、萘等烃类物质进行集中处理 ),但经过冷却器降温至40C 时,焦炉煤气中的萘要结晶析出,为此该装置又完善了使用柴油喷淋循环冷却 的工艺,这样既能保证管道畅通、又能保证冷却效果,这也是该工艺的独到之 处。
从投资的角度而言,原料气螺杆压缩机和半成品活塞式压缩机总购置费用 不超过 800万元,比目前国内同类装置采用 3台活塞式压缩机 (其中 1台备用)节 省投资约 200 万元。
1.2.2 原料气预处理系统釆用净化分离工艺。
焦炉煤气PSA制氢国内同类裝罝原料气均采用活塞式压缩机,原料气在进 入活塞式压缩机之前必须将萘、苯、焦油等重组分杂质脱除,以保证活塞式压 缩机的正常工作,整个工艺气的处理需经过脱硫、脱萘、脱苯、除氨等预处理 工艺及电捕焦油器、风机等附属设备 ,而该装置在螺杆压缩机后首次采用了冰机 冷冻分离工艺,可以将原料气中大部分高碳烃类、苯、萘等重组分杂质在低温 下脱除,从而大大降低了原料气预处理系统的投资和运行成本。如果从原料气 预处理系统的投资和运行成本分析,冷冻净化工艺则比传统工艺投资方面减少 约
533.63 万元,运行成本节约 60 万元 /a。
123原料气脱硫釆用PSA技术。
原料气经该装罝冷冻净化工艺后,还含有质量浓度 500? 400mg/m3 的硫无 法在此工段中脱除 (硫含量取决于所选焦煤的煤质),因此,原料气脱硫问题则 是该装置的关键流程。
传统的脱硫方法有: ( 1)干法脱硫。釆用氧化铁干法脱硫,其优点是一次性投资较小,但缺点 是运行成本非常高,易造成长期的二次污染。
(2)湿法脱硫。如PDS等传统脱硫方法。湿法脱硫具有安全可靠,运行稳 定、运行费用低于干法脱硫等优点。似是,湿法脱硫的缺点也很明显,那就是 装置投资高、设备腐蚀严重、环境污染大,对有机硫几乎没有脱除效果 ,而对于 变压吸附工艺的吸附剂、危害最大的就是有机硫,它会造成吸附剂寿命减少或 失活,影响吸附效果,从而影响了产品氢气质量。另外,经脱硫后产生的硫渣 及含硫废水易造成二次污染。
该装置采用目前最先进的,并且是非常成熟的两段法吸附技术,即把 PSA 脱碳和PSA制氢二种工艺合二为一,取长补短。结合焦化公司对解析气中硫含 量要求不高的实际情况,从根本上解决有机硫处理的难题。该装罝第一段采用 PSA脱碳技术,可以大幅度脱除原料气中有机硫、无机硫、 CO 2、CO等杂质组分,使氢气体积分数达到 95%以上,同时将原料气中的总 硫质
量浓度从500? 400mg/m3脱除到10mg/m3以下,然后进入下段PSA制氢 工序,由于专用耐硫吸附剂对硫的解吸性能非常好,可以循环使用(与 CO2的 吸附解吸性能接近),同时也保证了 PSA脱碳吸附剂使用寿命可以达到10年以 上,第二段PSA制氢吸附剂使用寿命更长,可以达到 15年以上。
1.2.4 两段法提高氢气回收率。
传统PSA制氢工艺中氢气回收率只有70%? 80%,而该裝置选用的工艺技术 可将氢气回收率提高到 95%以上,从这套装置来讲,解吸气全部返回到煤气管 网,因此,从表面上讲,氢气回收率似乎并不重要,但氢气回收率低,则会增 加原料气量,不仅仅会增加压缩功耗,同时也增大了装置对杂质组分的处理 量,导致装置运行费用增大,氢气成本增高。因此,努力提高氢气回收率是降 低氢气成本,提高经济效益的有效手段。
该裝置推荐采用目前最先进的两段法吸附技术是提高氢气回收率的最佳方 案。将PSA二段制氢的逆放废气回收作为本装罝的升压气将PSA二段制氢的解 吸气用于PSA一段脱碳的冲洗气;将一段 PSA脱碳的逆放气和抽空解吸气作为 除油器和TSA系统的冷吹气和再生气使用,最后全部返回解吸气管网。
从投资角度讲,该装置由于釆用了两段法吸附技术,使主装置总投资由 4200 万元降低到 3000 万元。
1.2.5 脱氧系统无需干燥设备
在国内已经运行的PSA制氢装置中,凡是对产品氢中 02含量有要求者,几 乎无一例外,均设计了一套钯催化剂+等压干燥系统,其原因是 02和H2的分离 系数较小,仅仅通过PSA很难达到产品氢气对微量杂质 02含量的严格要求(一 般均要求体积分数小于1X10-5
)。
在预留的脱氧系统中,取消了干燥系统。主要是因为如果产品气中要求 H20体积分数绛< 6X-50
,则脱氧系统放在PSA-H2二段后面,不需要干燥系统;如果产品气中要求 H20体积分数绛< 1X-50