焦炉煤气制氢操作手册

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焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所第一章前言一、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：组成H2CH4N2COCO2CmHnO2V％6225.51.54.53.54.01.0杂质组成H2SCONH3萘焦油mg/Nm310015310025010原料气流量：1100Nm3/h；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≤10PPmH2O≤30PPmS≤2PPm3、解吸气压力:~0.02Mpa(表压)；解吸气流量：~550Nm3/h；解吸气温度:≤40℃。焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所4、解吸气组成：组成H2CH4N2COCO2CmHnO2合计V％20.4251.002.979.007.008.001.61100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。除油脱萘器和预处理器的再生气来自变压吸附工序中的解吸气，使用后的再生气经冷却后可返回解吸气管网。图一：提氢工艺流程框图原料气产品氢气解吸气除油脱萘器压缩机精脱萘器除油器预处理器脱氧冷却器脱氧器脱氧加热器精脱硫器吸附器干燥系统解吸气电加热器解吸气冷却器焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所本装置由原料气脱萘及压缩工序（100＃）、预处理工序（200＃）、变压吸附提氢工序（300＃）和后处理工序（400#）4个工序组成。二、工艺原理及工艺过程说明1.原料气脱萘及压缩工序(100#)本工序由2台脱油脱萘器（T101A、B）、2台焦炉煤气压缩机（C101A、B）、2台精脱萘器（T102A/B）、1台电加热器（E101）组成，由于原料气中含有大量的萘，它容易结晶，影响压缩机的阀门及堵塞工艺管道，来自界外的焦炉煤气首先经过脱油脱萘塔（T101A,B）脱去焦油、萘、H2S、NH3、HCN等杂质，然后经过压缩机一级增压到0.2MPa，再通过精脱萘器净化后经二、三级增压到1.3MPa送入预处理工序。1.1脱油脱萘塔的工作步骤：焦炉气从脱油脱萘塔下端进入床层，焦油和萘被吸附，脱去大部分焦油和萘后的焦炉煤气从顶端出来，然后进入压缩机的一级。脱油脱萘塔两个塔交替工作，再生的气体是水蒸气通过电加热器加热后的过热蒸汽，冷吹气来自300＃变压吸附后的解吸气。1.2脱油脱萘塔的再生：脱萘塔再生时间:一个月左右一次，一个塔使用，另一个塔再生后备用，两个塔循环使用，二个塔具体切换时间根据塔出口气体中杂质组分由AP102A、B取样分析而定。再生由两个步骤组成。①加热步骤：再生的气体是低压水蒸气，经过阀V149，通过电加热器加热成为过热蒸汽，温度到400℃，再经过阀V147、管线FG211、FG101和阀V0117A/B，进入脱油脱萘塔，从上向下对床层进行吹洗。在400℃的温度下使床层中的大量焦油、和萘完全解吸出来，吹出的蒸汽经阀V113A、V113B经管道BD106送到界外。③冷吹步骤：冷吹气体来自200＃工序的解吸气，对脱油脱萘塔进行冷吹降温，冷吹后的气体经阀V111A、B，管道FG105、阀V128进入再生气冷却器E202冷却后送出界外。1.3精脱萘器的工作经过粗脱油脱萘后的工艺气体由压缩机一级增压至0.2MPa后经阀V144a、V144b进入精脱萘器下部，进一步脱出萘及硫化物。两个精脱萘器可串并联操作，在使用上可以根据塔出口AP103A、B取样分析定。具工作步骤与脱油脱萘塔的工作步骤相同。2、压缩及预处理工序（200＃）本工序由除油器（T201A，B）、一台再生气冷却器（E202）、预处理器（T202A，B）和一台再生气加热器（E201）组成。压缩后的COG在1.3MPa下先通过2台除油器组成的焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所可串、并操作的除油器组进行除油之后，进入由2台吸附器所构成的预处理器系统，利用变压吸附原理脱除原料气在脱萘和脱硫工序中剩余的少量硫化物、苯和其它高烃组分。吸附剂在常温下有选择性地吸附上述杂质，高温下使吸附剂所吸附的杂质解吸，从而使吸附剂得到再生。再生气来自300#变压吸附系统的解吸气，经再生气加热器（E201）蒸汽升温后用于加热再生解吸吸附剂中的杂质。2.1预处理器系统工艺过程：系统有2台吸附器和13台程控阀及再生气加热器和再生气冷却器等组成，每个吸附塔在一次循环中都经历吸附(A),逆放（D）、加热（H）、冷吹（C）、升压（R）等五个步骤，其工艺时序见下表，程控阀的编号和作用见下图，下面以T202A预处理吸附器为例对变温吸附的工艺步骤进行说明：预处理时序表塔号工艺步骤T202AADHCRT202BDHCRA程控阀的编号和作用如下：KV20ⅰⅹ2.2预处理器的作用：预处理的器编号:A,B阀门的功能1---原料气进口阀2---净化气出口阀3－充压阀4－再生气冷吹阀5－再生气加热器出口阀6－再生气旁通阀7－再生气进口阀8－再生气出口阀、逆放阀9－再生气出口、逆放总阀本工序编号程序控制切换阀焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所预处理器由吸附塔T202A、T202B及及一系列程控阀构成。作用是进一步除掉原料气中在前工序中未能脱除干净的高烃类物质、硫化物等杂质，防止带入300#吸附塔使吸附剂中毒。2.3预处理系统的工作过程：（以吸附塔T202A为例）①吸附步骤：程控阀KV201A、KV202A打开、从除油器送来的原料气经管道PG204进入吸附塔，在压力约1.3MPa左右杂质被吸附，净化气经管道PG208、流量计FT201计量后进入300#。②逆放步骤：吸附完成后程控阀KV201A、KV202A关闭，打开程控阀KV208A，吸附塔内的气体经管道FG205、限流阀V221、送到100＃再生脱萘器。限流阀V224的作用是缓慢泄压，防止泄压过快对吸附剂造成冲击，逆放步骤后期开阀KV209。逆放步骤结束时吸附塔的压力降至常压，逆放步骤期间300#的再生气经程控阀KV206、管道FG211，阀V137，经100＃精脱萘器、脱油脱萘器冷吹后经阀V124进入解吸气管网送出界外。如100#不需冷吹则直接由V208送出界外。③加热步骤：逆放步骤结束后程控阀KV208A不关闭，再打开程控阀KV207A、V234。来自300＃工序的解吸气作再生气体，经加热器(E201)加热至～150℃，通过管道FG203程控阀KV205、KV207A进入吸附塔T202A，吸附的杂质被热气体带出吸附塔经程控阀KV208A、KV209、经管道FG211排出。再生气体出吸附塔T202A后在精脱萘塔及脱油脱萘塔加热工序时可由阀V137对100#进行加热；如100#不需加热则再生气体由管道FG211、阀V209经再生气冷却器（E202）冷却后送出界外。④冷吹步骤：加热结束后关闭程控阀KV205、打开程控阀KV204再生气不经过加热器和管道FG203，直接经过KV207A进入吸附塔T202A对吸附塔进行冷吹至环境温度。冷吹带走吸附塔内的热量用于吹干100＃的脱油脱萘器及精脱萘器。⑤充压步骤：为下一次吸附做准备必须充压。充压用净化的气体经管道PG206、程控阀KV203,限流阀V223对再生好的塔缓慢充压至吸附压力。至此，预处理吸附器的一次循环完成，充压与逆放步骤期间300#的解吸气经程控阀KV206直接到管道FG211，根据后工段需要进行处理。3.变压吸附工序（300＃）3.1工作原理：变压吸附工艺的原理是利用所采用的吸附剂对不同组份的吸附量随压力的不同而呈现差异的特性，使氢气和其它杂质实现分离。在一定吸附压力下，200＃工序净化COG进焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所入300＃吸附床，吸附容量较大的强吸附组份N2、CH4，CO，CO2被吸附留在床层，而较小吸附容量的弱吸附组份H2从床层出口端输出，得到大于99.5%的H2，吸附饱和的吸附剂减压和冲洗使其解吸。本装置为六塔流程，微机控制程控阀门进行切换，整个过程在低于40℃下进行。每个吸附塔在一次循环中都经历吸附(A),第一次压力均衡降（E1D）、第二次压力均衡降（E2D）、顺向放压（PP）、第三次压力均衡降（E3D）、逆向放压（D）、冲洗（P）、第三次压力均衡升（E3R）、第二次压力均衡升（E2R）、隔离（IS）、第一次压力均衡降（E1R）、最终升压（FR）等十二个步骤。主要采用6－2－3/P主程序。3.2装置运行方式本装置主要运行6-2-3/P程序，当某程序控制阀或控制阀门开关部件出现故障，可自动切换其它运行方式。或者由使用者手动切换程序，以满足不同负荷需要。可在下列四种运行方式中选择一种进行操作，正常情况下以6-2-3/P方式运行为主。运行方式在线吸附床数同时执行吸附步骤的吸附床数均压次数吸附床再生步骤6-2-3623逆放、冲洗5-2-2522逆放、冲洗5-1-3513逆放、冲洗4-1-2412逆放、冲洗3.3装置特性：装置在6-2-3/P运行方式下的工艺特性见表1-2和表1-3.表中的数值是根据提供的设计条件确定的.当运行中原料气组成、吸附压力以及产品纯度发生变化时，这些数值也会相应改变。表1-2各运行方式下的装置特性运行方式原料负荷原料处理量产品流量解吸气流量氢气收率焦炉煤气PSA－H2装置操作运行说明书天一科技股份有限公司变压吸附研究所%Nm3/hNm3/hNm3/h%6-2-31001100543.93549.50835-2-21001100511.19582.61785-1-365715359.30357.14834-1-265715332.28378.7078表1-3在6-2-3/P方式运行时气体的组成物料平衡(干基)见下表:H2O2N2CH4COCO2CmHnV%6011.525.54.53.54100Nm3/h6601116.5280.549.538.5441100V%99.50930.39960.0390.0510.00060.00040.0001100Nm3/h547.82.20.210.28000550.5V%20.41861.60152.963750.99559.00767.0068.0072100Nm3/h112.28.816.29280.2249.538.544549.5V%99.90390.0010.03940.05160.00060.00040.0001100Nm3/h543.4110.00550.21450.28050.00