變換氣脫碳與提純工藝過(guò)程

1、1孫曉東加氫精制車(chē)間勝勝 利利 煉煉 油油 廠廠煉煉 油油 實(shí)實(shí) 業(yè)業(yè) 部部變換氣脫碳與提純工藝過(guò)程變換氣脫碳與提純工藝過(guò)程 2目目 錄錄一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作五、甲烷化操作五、甲烷化操作六、脫碳及甲烷化事故處理六、脫碳及甲烷化事故處理3一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介 1 1、工藝過(guò)程、工藝過(guò)程 輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在轉(zhuǎn)化催化劑輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在轉(zhuǎn)化催化劑作用下，以脫硫后的天然氣、加氫干氣、作用下，以脫硫后的天然氣、

2、加氫干氣、拔頭油等烴類(lèi)與水蒸汽反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化氣，拔頭油等烴類(lèi)與水蒸汽反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化氣，經(jīng)過(guò)變換工序、脫碳及經(jīng)過(guò)變換工序、脫碳及PSAPSA提純后，產(chǎn)出提純后，產(chǎn)出產(chǎn)品氫氣及副產(chǎn)品二氧化碳和燃料廢氫。產(chǎn)品氫氣及副產(chǎn)品二氧化碳和燃料廢氫。提純工藝中普遍使用變壓吸附和碳酸鉀溶提純工藝中普遍使用變壓吸附和碳酸鉀溶液吸收方法。液吸收方法。4一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介2 2、苯菲爾脫碳提純、苯菲爾脫碳提純、PSAPSA原則工藝圖原則工藝圖 優(yōu)點(diǎn)：氫損失小，得到副產(chǎn)品工業(yè)優(yōu)點(diǎn)：氫損失小，得到副產(chǎn)品工業(yè)COCO2 2，降低加工損失，降低加工損失缺點(diǎn)：氫純度低，燃料消耗大，能耗高，氫氣

3、壓力低缺點(diǎn)：氫純度低，燃料消耗大，能耗高，氫氣壓力低脫碳脫碳中低變換中低變換轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化蒸氣蒸氣燃料氣燃料氣甲烷化甲烷化CO2產(chǎn)品產(chǎn)品輕烴輕烴脫硫脫硫氫氣氫氣5一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介一、蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置工藝簡(jiǎn)介2、苯菲爾脫碳提純法及、苯菲爾脫碳提純法及PSA原則工藝圖原則工藝圖輕烴輕烴PSA中中(低低)變換變換轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化脫硫脫硫高純氫氣高純氫氣蒸氣蒸氣優(yōu)點(diǎn)：氫純度、壓力高，燃料消耗小，能耗低。優(yōu)點(diǎn)：氫純度、壓力高，燃料消耗小，能耗低。缺點(diǎn)：氫損失略大，無(wú)副產(chǎn)缺點(diǎn)：氫損失略大，無(wú)副產(chǎn)CO2。6二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程1 1、脫碳工藝原理、脫碳工藝原理低變低變氣一般含有氣一般含

4、有20%以上的以上的CO2及少量甲烷、及少量甲烷、CO，從變換氣中組成看到，從變換氣中組成看到，CO2是變換氣中主是變換氣中主要雜質(zhì)。苯菲爾溶液是以碳酸鉀為吸收劑，二要雜質(zhì)。苯菲爾溶液是以碳酸鉀為吸收劑，二乙醇胺為活化劑，五氧化二釩為緩蝕劑的混合乙醇胺為活化劑，五氧化二釩為緩蝕劑的混合溶液進(jìn)行吸收二氧化碳，被本菲爾溶液吸收后溶液進(jìn)行吸收二氧化碳，被本菲爾溶液吸收后的低變氣叫粗氫。作為吸收劑，碳酸鉀含量的的低變氣叫粗氫。作為吸收劑，碳酸鉀含量的高低，決定溶液的吸收效果。下面是碳酸鉀溶高低，決定溶液的吸收效果。下面是碳酸鉀溶液對(duì)二氧化碳的吸收和解吸的反學(xué)方程式：液對(duì)二氧化碳的吸收和解吸的反學(xué)方程式

5、：7二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程1 1、脫碳工藝原理、脫碳工藝原理8二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程2 2、脫碳工藝流程圖、脫碳工藝流程圖換 熱 器貧 液 泵貧 液 空 冷 器再生塔吸收塔變 換 氣二 氧 化 碳粗 氫半 貧 液無(wú) 鹽 水無(wú) 鹽 水半 貧 液富 液TICT9二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3 3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件10二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件11二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件

6、、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件12二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件13二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件14二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件15二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件16二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件17二、低變氣脫碳工

7、藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件18二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件19二、低變氣脫碳工藝過(guò)程二、低變氣脫碳工藝過(guò)程3、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件、苯菲爾法脫除二氧化碳操作條件20三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程1、甲烷化工藝原理、甲烷化工藝原理21三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程1、甲烷化工藝原理、甲烷化工藝原理甲烷化工藝原則流程圖甲烷化工藝原則流程圖22三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程1、甲烷化工藝原理、甲烷化工藝原理23三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲

8、烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響 影響甲烷化反應(yīng)的操作條件如下：催影響甲烷化反應(yīng)的操作條件如下：催化劑活性、反應(yīng)操作溫度、反應(yīng)壓力、反化劑活性、反應(yīng)操作溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)空速、反應(yīng)物濃度等方面。下面分別討應(yīng)空速、反應(yīng)物濃度等方面。下面分別討論各工藝參數(shù)對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響。論各工藝參數(shù)對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響。 首先在這里值得再提的是，無(wú)論是首先在這里值得再提的是，無(wú)論是COCO或或CO2CO2的甲烷化反應(yīng)，都是體積縮小、強(qiáng)的甲烷化反應(yīng)，都是體積縮小、強(qiáng)放熱的反應(yīng)，在這個(gè)認(rèn)識(shí)前提下，就很容放熱的反應(yīng)，在這個(gè)認(rèn)識(shí)前提下，就很容易理解影響的原因了。易理解影響的原

9、因了。24三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.12.1催化劑活性催化劑活性化工生產(chǎn)中使用催化劑是基于催化劑的催化化工生產(chǎn)中使用催化劑是基于催化劑的催化性和選擇性，有了這個(gè)性質(zhì)，我們才能在比性和選擇性，有了這個(gè)性質(zhì)，我們才能在比較低溫度條件下獲得所希望的產(chǎn)品。甲烷化較低溫度條件下獲得所希望的產(chǎn)品。甲烷化催化劑的活性好，可使甲烷化反應(yīng)速度快，催化劑的活性好，可使甲烷化反應(yīng)速度快，COCO和和CO2CO2去除徹底，一旦催化劑使用不當(dāng)，造去除徹底，一旦催化劑使用不當(dāng)，造成活性衰退，就很難保持裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)，成活性衰退，就很難保持裝置滿負(fù)

10、荷生產(chǎn)，使生產(chǎn)能力受到制約。使生產(chǎn)能力受到制約。25三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.22.2反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度因甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度低有利于反應(yīng)徹因甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度低有利于反應(yīng)徹底。但溫度過(guò)低，反應(yīng)活性分子數(shù)量減少，反應(yīng)速底。但溫度過(guò)低，反應(yīng)活性分子數(shù)量減少，反應(yīng)速度會(huì)因此而減慢。裝置生產(chǎn)在負(fù)荷大的情況下是不度會(huì)因此而減慢。裝置生產(chǎn)在負(fù)荷大的情況下是不能降低溫度操作的，這樣很容易出現(xiàn)反應(yīng)物穿透。能降低溫度操作的，這樣很容易出現(xiàn)反應(yīng)物穿透。如果溫度過(guò)高，化學(xué)平衡觀點(diǎn)認(rèn)為，不能把如果溫度過(guò)高，化學(xué)平衡觀點(diǎn)認(rèn)為，

11、不能把COCO和和CO2CO2降到更低的水平。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，所控制降到更低的水平。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，所控制的溫度，一定要兼顧到反應(yīng)速度和深度兩個(gè)方面。的溫度，一定要兼顧到反應(yīng)速度和深度兩個(gè)方面。但當(dāng)甲烷化催化劑裝填量比實(shí)際需要量大很多時(shí)，但當(dāng)甲烷化催化劑裝填量比實(shí)際需要量大很多時(shí)，我們是不可能發(fā)現(xiàn)以上規(guī)律的。我們是不可能發(fā)現(xiàn)以上規(guī)律的。26三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.32.3反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力COCO和和CO2CO2的甲烷化反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，的甲烷化反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，壓力升高有利于反應(yīng)徹底。相反，降低反應(yīng)壓力升

12、高有利于反應(yīng)徹底。相反，降低反應(yīng)壓力，殘余的壓力，殘余的COCO和和CO2CO2就會(huì)有所上升。實(shí)際就會(huì)有所上升。實(shí)際生產(chǎn)中，甲烷化反應(yīng)器的壓力變化是非常小生產(chǎn)中，甲烷化反應(yīng)器的壓力變化是非常小的，我們很難覺(jué)察出這些微小變化的。的，我們很難覺(jué)察出這些微小變化的。27三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.42.4反應(yīng)空速反應(yīng)空速反應(yīng)空速，對(duì)反應(yīng)的深度影響較大。當(dāng)空速增大反應(yīng)空速，對(duì)反應(yīng)的深度影響較大。當(dāng)空速增大時(shí)，不但單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)催化劑床層的時(shí)，不但單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)催化劑床層的COCO和和CO2CO2量量增加，而且這些物質(zhì)在反應(yīng)床層內(nèi)

13、反應(yīng)時(shí)間也短，增加，而且這些物質(zhì)在反應(yīng)床層內(nèi)反應(yīng)時(shí)間也短，很容易出現(xiàn)反應(yīng)物穿透，使產(chǎn)品質(zhì)量受影響。當(dāng)很容易出現(xiàn)反應(yīng)物穿透，使產(chǎn)品質(zhì)量受影響。當(dāng)質(zhì)量不合格時(shí)，我們降低產(chǎn)量，實(shí)質(zhì)就是降低空質(zhì)量不合格時(shí)，我們降低產(chǎn)量，實(shí)質(zhì)就是降低空速，這時(shí)不但速，這時(shí)不但COCO和和CO2CO2量減少，還延長(zhǎng)了它們的反量減少，還延長(zhǎng)了它們的反應(yīng)時(shí)間，理所當(dāng)然，會(huì)有較大的好轉(zhuǎn)。應(yīng)時(shí)間，理所當(dāng)然，會(huì)有較大的好轉(zhuǎn)。28三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.52.5粗氫中粗氫中COCO雜質(zhì)量雜質(zhì)量轉(zhuǎn)化氣中的轉(zhuǎn)化氣中的COCO，由于經(jīng)過(guò)中、低溫兩次變換后，由于經(jīng)

14、過(guò)中、低溫兩次變換后，在其粗氫中的殘量，巳不構(gòu)成對(duì)甲烷化反應(yīng)器超在其粗氫中的殘量，巳不構(gòu)成對(duì)甲烷化反應(yīng)器超溫威脅。但由于溫威脅。但由于COCO的甲烷化反應(yīng)放熱量比的甲烷化反應(yīng)放熱量比CO2CO2甲烷甲烷化的放熱量還大，在正常流通空速條件下，每增化的放熱量還大，在正常流通空速條件下，每增加加1%1%的的COCO量，會(huì)使甲烷化反應(yīng)器床層溫度升高量，會(huì)使甲烷化反應(yīng)器床層溫度升高7272。所以在正常生產(chǎn)中，一定要象控制吸收塔。所以在正常生產(chǎn)中，一定要象控制吸收塔那樣嚴(yán)格，控好變換反應(yīng)，監(jiān)控好那樣嚴(yán)格，控好變換反應(yīng)，監(jiān)控好COCO殘量，才能殘量，才能保證甲烷化反應(yīng)器不發(fā)生超溫事故。保證甲烷化反應(yīng)器不發(fā)生

15、超溫事故。29三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程2 2、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響、操作條件對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響2.62.6粗氫中粗氫中CO2CO2雜質(zhì)量雜質(zhì)量CO2 含量是造成甲烷化反應(yīng)器超溫的最含量是造成甲烷化反應(yīng)器超溫的最大潛在危害。因?yàn)檎Ｉa(chǎn)中，一旦吸收大潛在危害。因?yàn)檎Ｉa(chǎn)中，一旦吸收塔不正常，很容易使大量的塔不正常，很容易使大量的CO2進(jìn)入到甲進(jìn)入到甲烷化反應(yīng)器內(nèi)，每增加烷化反應(yīng)器內(nèi)，每增加1%的的CO2，會(huì)造，會(huì)造成反應(yīng)器床層溫度升高成反應(yīng)器床層溫度升高60，CO2的增加的增加到到20%的可能，這是生產(chǎn)中一個(gè)嚴(yán)重的危的可能，這是生產(chǎn)中一個(gè)嚴(yán)重的危害因素。害因素。30三、甲烷化

16、工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3 3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑型號(hào)堆積外觀規(guī)格mm重度kg/L比表面積m2/gJ101灰黑色圓柱體 54.5-5.5 0.9-1.2 -250 J103H黑色條狀物 65-8 0.8-0.9 130-170 J105灰黑色圓柱體 54.5-5.0 1.0-1.2 -250 31三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3 3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑型號(hào)型號(hào)化學(xué)組成，重量化學(xué)組成，重量%主要生產(chǎn)單位主要生產(chǎn)單位NiAl2O3MgOJ10146.042.0南化催化劑廠，四南化催化劑廠，四川化工總廠川化工總廠J103H12余量余量遼河化肥廠催化劑遼河化肥廠催化劑分廠分廠J

17、10521.024.0-30.510.5-14.5南化催化劑廠，南南化催化劑廠，南化研究院化研究院323、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑J103/J103HJ103/J103H技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1 物理性質(zhì) J103 J103H外觀： 黑灰色條狀物 黑色條狀物規(guī)格（mm）： 56510/3510 56510/3510堆密度(kg/l)： 0.850.95 0.750.9比表面（m2/g）： 120 120 磨 耗（%）： 10 102化學(xué)性質(zhì)總鎳含量(Ni%): 16 (其中還原 Ni%10) 20 (用于乙烯凈化工藝,其中還原Ni%14) 30 40 也可根據(jù)操作條件的不同做相應(yīng)的調(diào)整。鋁含量(A

18、l2O3): 余量產(chǎn)品適用條件產(chǎn)品適用條件運(yùn)行溫度（）：250500空速（h-1）： 1000033三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑34三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑還原溫度，還原溫度， 304 329 354 379 405 304 329 354 379 405還原度，還原度，% % 4.8 27.9 69.6 90.6 101.2 4.8 27.9 69.6 90.6 101.235三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑36三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑3

19、7三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑38三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑39三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑40三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑41三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑42三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑43三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑44三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3 3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑45三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)

20、程3 3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑46三、甲烷化工藝過(guò)程三、甲烷化工藝過(guò)程3 3、甲烷化催化劑、甲烷化催化劑47一制氫低變氣分液流程一制氫低變氣分液流程48一制氫脫碳流程一制氫脫碳流程49一制氫脫碳流程一制氫脫碳流程50一制氫甲烷化流程一制氫甲烷化流程51四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作52四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作53四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作54四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作55四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作56四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作57四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作58四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作59四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作60四、低變氣脫碳操作四、低變氣脫碳操作61五、甲烷化操作五、甲烷化操作1 1、甲烷化操作影響因素、甲烷化操作影響因素（1 1）溫度的影響）溫度的影響甲烷化催化劑在甲烷化催化劑在200-500200-500的溫度下都可以使用，的溫度下都可以使用，為了保護(hù)設(shè)備實(shí)際在為了保護(hù)設(shè)備實(shí)際在285-350285-350的溫度下使用。的溫度下使用。（2 2）催化劑活性的影響）催化劑活性的影響（3 3）反