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
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≤10PPm
O2≤10PPm H2O≤30PPm
S≤2PPm
3、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经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
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( T101 A,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, 再经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经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, 经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, 在使用上能够根据塔出口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 下先经过2台除油器组成的可串、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T202 A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
程控阀的编号和作用如下:
2.2预处理器的作用:
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。