制氢操作规程

20000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程1第一章装置概况第一节装置简介1、概述：为了解决焦化油品加氢精制和柴油加氢精制的氢源问题，同时满足生产清洁燃料的需要，搞好全厂气体资源的综合利用，分公司建设一套20000Nm3/h焦化干气制氢装置。该装置由中石化北京设计院设计，占地5400m2，预计于2002年10月建成投产，装置的外操室与控制室等建筑与50万吨/年延迟焦化装置和120万吨/年柴油加氢精制装置集中布置，装置规模为20000Nm3/h纯氢，按年开工8000小时，相当于产纯氢1.45万吨/年。装置采用烃类水蒸汽转化法造气和变压吸附氢气提纯的工艺，该工艺流程简单，成熟可靠，产品氢气纯度高。装置由原料加氢脱硫、水蒸汽转化、中温变换、PSA氢气提纯及余热回收系统五部分组成。装置原料为净化焦化干气、重整稳定塔顶气及重整拔头油，产品为工业氢气，产量为20000Nm3/h，主要提供给全厂2.0MPa氢气管网，装置副产品为变压吸附尾气，全部用作转化炉燃料。装置的主要设备原料气压缩机为往复式两级压缩机，一开一备；转化炉炉型结构为垂直管排顶烧箱式炉，设有Ф127×12×1250的转化炉管112根，分四排平行布置，每排28根，转化炉燃烧器设有40台，与炉管平行布置，分5排，每排8台，该燃烧器操作弹性大，燃烧适应性强，可分别或混烧高压瓦斯、中变气、PSA尾气，结构简单，便于维修，不易回火和堵塞，火焰稳定，刚直有力。2、装置特点：(1)利用廉价的焦化干气作为主要的制氢原料，采用一次通过式绝热加氢脱硫工艺，流程简单﹑可靠，公用工程消耗低，所得产品氢的成本低。(2)装置的原料范围具有较强的适应性，以焦化干气作为主原料同时考虑了以拔头油作为备用原料，保证了装置的稳定可靠性。(3)转化炉废热锅炉与转化气废热锅炉共用一台汽包，自然循环式流程，操作安全可靠并降低了能耗。(4)转化炉总集气管采用有内衬里的冷壁式，降低了集合管的材料等级，节省了投资；(5)采用PSA技术提纯氢气，使流程比常规法制氢简单，产品纯度高；(6)装置内所产酸性水在装置内的汽提塔汽提后回用作装置锅炉给水或做120万吨/年加氢装置注水，降低了能耗。(7)中变气的冷却采用将空冷与水冷合二为一的一体化流程，选用机械部鉴定通过的表面蒸发湿空冷以节省循环水量与占地。20000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程2第二节原料及产品性质1、原料性质：本装置的原料有焦化干气﹑新建120万吨/年柴油加氢精制装置高、低分气和汽提塔顶气﹑60万吨/年柴油加氢精制装置高、低分气﹑催化重整脱水塔顶气、催化重整稳定塔顶气，其中前四项原料气由于含较多的H2S，故先进入焦化装置的气体脱硫部分，脱硫后干气再作为制氢装置的原料，而催化重整稳定塔顶气由于基本不含H2S，可以直接作为制氢原料。根据计算，以上原料气的量不能满足20000Nm3/h产氢的要求，故需要少量的重整拔头油作为补充原料；另外还考虑了全部使用重整拔头油作为备用原料的工况。主要原料性质如下：焦化装置净化气组成V%组成V%H2O0.6825正丁烷1.2476氢气31.1025异丁烷0.5738氮气0.6933异丁烯1.4912空气0.3149∑C5+0.0479NH30.0001合计100.00甲烷35.9547H2S（ppm）10乙烯3.2003∑烯烃7.75%乙烷14.1656压力MPa0.8丙稀3.0631温度℃45丙烷7.4625流量kg/h4828催化重整稳定塔顶气组成V%组成V%氢气9.1空气2.79甲烷3.85H2Sppm2乙烷20.59NH32丙烷51.36异丁烷26.6压力MPa1.2正丁烷0.96流量Nm3/h12.6∑C5＋有时少量重整拔头油组成m%组成ng/μL烯烃1.90S98丙烷2.30cl7.3异丁烷5.40芳烃m%0.00正丁烷20.94流量kg/h571.7∑C5＋69.47压力MPa0.8020000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程3转化气组成组成H2N2CO2CH4COH2OΣV%（湿）43.880.146.003.007.8639.02100V%（干）72.080.239.864.9212.910100中变气组成组成H2N2CO2CH4COH2OΣV%（湿）500．1412．123．001．7433．0100V%（干）74．630．2118．094．472．600100中变气压力：2.2MPa；温度：≤40℃；流量：29872.3Nm3/h(14622.5kg/h)。生产负荷调整范围：30％～115％PSA尾气组成组成H2N2CO2CH4COH2OΣV%24.260.6253.3613.017.671.08100PSA尾气压力：0.05MPa；温度：≤40℃；气量：13270Kg/h。2、产品性质：工业氢气温度40℃压力2.1MPa组成如下表组分H2CO+CO2CH4O2H2S合计V%≥99.9≤10ppm≤0.1≤0.1≤0.1ppm1003、物料平衡：物料平衡(按开工8000小时/年)项目数量Kg/ht/d104t/a备注入方焦化净化干气4828115.8723.862重整稳定塔顶气22.80.5470.018拔头油571.713.7210.457水蒸气21286510.86417.029合计26708.5641.00421.366出方工业氢气1814.843.5561.452尾气13270318.4810.616自用酸性水11623.7278.9689.298回用合计26708.5641.00421.36620000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程4第三节工艺流程及主要操作条件1、工艺流程说明：自装置外来的45℃，0.8MPa的净化焦化干气及重整装置稳定塔顶气与循环氢气在装置内混合，进入原料气压缩机入口分液罐D4101分液后，通过原料气压缩机K4101/1.2升压至3.2MPa后，经原料预热炉F4101升温到220℃左右进入加氢反应器R4101，在反应器中有机硫转化为H2S，烯烃加氢饱和后，反应器出口温度达到370℃，经过脱硫反应器R4102/1.2吸附其中的HCl及H2S，使总硫小于0.5ppm，氯含量小于1ppm。脱完氯﹑硫的物料气与装置自产蒸汽混合(H2O/C=3.2～3.7)在转化炉F4102的原料预热段加热到480℃～520℃进入转化炉管，原料气和蒸汽在管内催化剂作用下反应生成H2﹑CO﹑CO2及部分甲烷，转化炉出口温度为820～850℃，压力为2.7MPa，残余甲烷≤5.0%(干基)。820～850℃的转化气在转化气废热锅炉ER4102中发生3.5MPa中压蒸汽自身冷却到340℃左右进入中变反应器R4103，转化气中的CO与水蒸气继续进行变换反应生成H2和CO2，出口CO小于3%(干基)，中变反应器出口的中变气经中变气蒸汽发生器E4105发生3.5MPa中压蒸汽后，经过中变气/脱氧水换热器E4101/1.2换热后进入第一分液罐D4103，分液后的中变气再与除盐水在中变气/除盐水换热器E4102换热，并在第二分液罐D4104分液，最后被表面蒸发湿空冷A4101冷却至40℃后进入中变气第三分液罐D4105分液，最终进入变压吸附单元。中变气在PSA单元中经物理吸附，在吸附罐顶引出产品氢气送至2.0MPa氢气管网。吸附剂再生阶段释放出来的低压气体经缓冲罐稳定压力和组成后连续供作转化炉燃料气。由中变气分液罐分出的酸性冷凝水，在装置内的酸性水汽提塔C4101汽提后送至加氢装置做注水；或与进装置的除盐水混合，再与中变气在中变气/除盐水换热器E4102换热至100℃进入除氧器D4107，104℃的除氧水经锅炉给水泵P4103/1.2升压后与中变气/除氧水换热器E4101/1.2换热到220℃进入汽包发生3.5MPa蒸汽，大部分蒸汽与脱硫后原料气混合作为转化炉进料，剩余部分送至3.5MPa蒸汽管网。2、主要工艺控制指标：(1)加氢反应温度：220～380℃反应压力3.04MPa气空速509h-1配氢量H2/总烯烃2.0～2.5(V)(2)脱氯反应温度340～360℃反应压力2.99MPa出口气中氯含量≤1ppm20000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程5穿透氯容10kg/100kg催化剂(3)脱硫反应温度340～360℃反应压力2.98MPa入口硫含量≤200ppm出口硫含量≤0.5ppm饱和硫容33kg/100kg催化剂(4)转化反应温度入口480～520℃出口830～850℃反应压力入口2.9MPa出口2.60MPa水碳比3.2～3.7炭空速677h-1出口残余甲烷≤5.0%(干基)(5)中变反应温度入口340～360℃出口400～414℃反应压力2.55MPa出口CO含量≤3%（干基）入口H2O/CO4.98干基空速：1440h-1水汽/干气0.64(6)PSA氢气回收率≥89%出口氢气纯度≮99.9%尾气压力≮0.05MPa出口氢气压力2.1MPa第四节装置公用工程及辅助材料消耗1、用水量：序号使用地点或用途给水(t/h)排水(t/h)备注新鲜水循环水生活水除盐水循环热水生产废水含油污水1开停工用水30**302开工冷却器15(150)15(150)3工艺取样器4.8*4.8*20000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程64凝结水泵1.20.80.45原料油泵1.20.80.46锅炉给水泵227原料压缩机70(120)70(120)8排污降温池4(10)5(30)9热工取样器12120.510除氧器水封2211地面冲洗水2*2.0*12生活用水1.0*1.0*13中变冷却器1.614蒸汽系统35(40)15PSA液压泵1.0合计6(30)102(291)1.025.2(41.6)100(290)5.5(31)2.8(4.8)注：*为间断用水，()内为最大用水量。2、用电量：序号使用地点或用途电压V设备台数台设备容量KW轴功率KW操作备用操作备用1原料气压缩机6000115005004242压缩机水站水泵380117．57．56.4水箱电加热器3801020203压缩机辅机辅助油泵3801443.5注油器38010.550.550.5盘车电机38012.22.21.9油箱电加热器3801666电机空间加热器38011.61.61.64锅炉给水泵38011601601175磷酸加药装置38019096凝结水泵3801222216.717原料油泵3801454521.98中变冷却器风机3802037027.76管道泵380117.57.55.639鼓风机3801175756510引风机380111101108511PSA液压系统380117.57.56.512仪表用电3801232313PSA仪表用电38016614照明用电2205005015PSA照明2204.54.516PSA检修用电2202020合计6000424380416.422056.020000Nm3/h焦化干气制氢装置操作规程73、用汽量：序号使用地点或用途蒸汽用量t/h备注3.5MPa1.2MPa1蒸汽发生系统-33.82工艺用汽21.33酸性水汽提塔0.54除氧器0.85伴热及吹扫0.5合计-12.51.84、净化风用量：序号使用地点或用途用量Nm3/h备注1仪表用量32PSA用量13催化剂钝化3*4吹扫用量4*合计45、氮气用量：序号使用地点或用途用量，Nm3/min备注1催化剂还原及停工用开停工一次耗量9000Nm32PSA开停工一次耗量5000Nm33合计14000Nm36、氢气用量：序号使用地点或用途用量备注1催化剂还原用一次用量10000Nm3浓度≥70%7、燃料气用量：序号使用地点或用途用量kg/h备注1转化炉16952原料加热炉112合计1807注：燃料气的热值按31317.4KJ/kg计，分子量为19.14；如实际燃料气热值有差别，燃料气用量应做相应调整。8、辅助材料用量：序号名称一次投入量t使用年限备注1加氢催化剂10.942海顺德钛催化剂有限公司堆比0.852脱氯剂3.221西北化工研究院堆比0.83脱硫剂4