烃类蒸汽转化制氢装置中变换单元设置浅析

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但 在 实 际生 产 中 ， 于采 用 图 １ 无变 换 ） 图 对 （ 或
第 １ 期
申 莉等 ： 烃类 蒸汽转 化制 氢装 置 中 变换单 元设 置浅析
表 １ １ ０ ｍ３ 气 的 Ｃ 消耗 值 ００ 氢 地
图 １和 图 ２两 种 流 程 的 主要 区别在 于 变换 单
元 的设置 与否 ， 考虑 到不 同 流程 的热量 回收方 案可 能不同， 我们 根据 Ｃ Ｈ 的标 准 热 值 ， 回收 的热 量 将
折成 Ｃ Ｈ 的量 ， 然后 比较 两种 流程的 Ｃ Ｈ 净消耗 量
在理论 上是否一 致 。
废热锅 炉 回收热量 产 生蒸汽 后 ，根据 具体流 程 ，Biblioteka Baidu直
接或 变换 后 经进 一 步 热 量 回收 ，降温 并 分离 冷凝 水， 然后 进入变 压吸 附（ Ｓ 装置 ， 离后 得到产 品 Ｐ Ａ） 分
续 进一步 反应 。因此本 文仅 以 Ｃ Ｈ 为原料 来讨论 其 转 化过程 。
Ｆｉ． Ｔｈｅ ｐｒ ｃ ｓ ｔ ｏｕ ｈｅｓ ｉｔ ｇ１ ｏ ｅ ｓｗｉｈ ｔｔ ｈｆ
度为 １０Ｃ， ５ ｏ 燃烧 配人 的空 气温度 为 ２ ｏ ０Ｃ；
（） ３ 天然气转 化后通 过热 量 回收进 入 Ｐ Ａ系统 Ｓ
的温度为 ４ ￣ 根据 Ｐ Ａ系统所需 ） ０ Ｃ（ ｓ ；
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天 然 气化 工
２ １ 年第 ３ ０１ ６卷
烃类蒸汽转化制氢装置 中变换单元设置浅析
中 莉， 杨先 忠 ， 李 林
（ 四川 天 一科 技股 份 有 限公 司 ， 四川 成 都 ， １ ２ ５ ６０ ２ ）
摘要： 以物 衡 和 热衡 为 基 础 ， 从工 程 角 度 的多 个 方 面论 述 了不 同规 模 烃类 蒸 汽 转化 制 氢 装 置 中变 换 单元 设 置 的优 劣 。 关 键词 ： 然 气 ； ； 汽转 化 ； 换 ； 氢 天 烃 蒸 变 制
上 增加 反应速 度 和烃 的转 化率 。但水碳 比的增 加要
求 转化 炉辐 射段 提 供 的热量 更 多 ， 即是 以增 加燃 料 气 消耗 为代价 的 。 因此 ， 水碳 比不 宜过 高 。 从理论 上 说， 水碳 比越低 ， 燃料 的需 要量越 少 。但 过低 的水 碳 比不 仅对 转 化 反 应不 利 ， 还会 引 起 结 炭 ， 而 造 成 从
是 ３０ ４０ ．￣ ．。 ’
为 了对 比计 算 两种 流程 Ｃ Ｈ 的消 耗值 ， 作如 下
一
般假定 ：
（ ） 艺 天 然 气 和 用 于 产 生 蒸 汽 的 脱 盐 水 的温 １工
度均为 常温 ２ ℃； ０
（ ） 然 气 燃 烧 后 的 烟 气 热 量 回 收后 的 排 烟 温 ２天
图 １ 无变 换 单元 的 制 氢流 程
２ 有 变换 ） （ 的制 氢 流程 历来 都 有争 议 。根 据天 科股 份公 司多年 来 设 计 和 成功 开 车 的多 套 规 模 不 等 的
催 化剂 活性 表 面被覆 盖 而使 催化 剂 活性 降低 ， 至 甚 造 成转 化管 的堵 塞 。多碳 烃 含量 越 高 ， 结炭 的可 能
性越 大 ， 水碳 比也 应 相应 提 高 。常用 的水 碳 比范 围
氢气 。Ｐ Ａ 的解 吸气 返 回转 化炉 ， ｓ 并据需 要补 充适 量燃料 天 然 气后 ， 入 转化 炉 炉膛 燃 烧 ， 反应 提 进 为
供 热量 。
１ 烃类 制氢 的不 同工艺 流程及 其 比较
目前 国内天 然气 蒸汽 转化 制氢 装 置工艺 流 程一
般 有如下两种 ， 图 １和图 ２所示 。 如
工 艺天 然气 与工 艺蒸 汽按 规定 比例混 合 ， 预 并
热 到一 定温 度 后 ， 入转 化 炉 管 ， 进 在管 内的催 化 剂
作用下 发生 蒸汽转 化 反应 ， 转化 炉 出 口的转 化气 经
制 氢 的常用 原料 ， 其成 分 以 Ｃ 主 ， 余 Ｃ 以上 Ｈ为 其 ２
的高烃 的转化反应 机理也是 首先氢解 为 Ｃ Ｈ ，再 继
中圈分类号 ： ５ Ｔ ０ Ｑ
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： ０— １（ １）１ ２ ３ １ １ ２９ ０ １０— — ０ ９ ２ ４０
随着石 油化工 和精 细化 工等 的发展 ， 各种 规 对 模 的氢气 原料 的需 求也越 来越大 。烃类 转化制 氢是 当今主要 的氢气制 取方法 之一 。天然气 是烃类转 化
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碳 比增 加 ， 化 反 应平 衡 向右 移 动 ， 在 一 定程 度 转 可
Ｔａ ｌ Ｃｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ｏ Ｌ ｅ ０ ０ｍ ｐ ｏ ｕ ｔ ｂｅ１ ｎ ｕ ｔ ｆＣＩ ｐ ｒ１ ０ ｏ ｒ ｄ ｃ Ｈ２ ＣＬ总 消 Ｉ 回收热量 回收热 折算 后 流程方 案 耗 量 ｍ／ ： ３ Ｑ ＋ ５Ｑ１Ｑ （Ｊ ）Ｃ 消耗量 ｍ ３ ２Ｑ Ｑ ＋ ４ Ｑ 一 一 ２ｋ／ Ｈ 净 １ １ ｈ
图 ２ 设 置 变换 单 元 的 制氢 流程
Ｆ ｇ２ Ｔｈ ｒ ｃ ｓ ｉｈ ｔ ｅ ｓ ｉ ｉ ． ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｗ ｔ ｈ ｈ ｆ ｔ
等的， 故这两 种 流程的 Ｃ Ｈ 理论 消耗 量是基 本相 等
的。
收 稿 日期 ：０ ００ ．５； 者 简 介 ： 莉 （ ９ ０ ） 女 ， 级 工 程 ２ １ — ８０ 作 申 １７ 一， 高
（） ４ 由于 Ｃ Ｏ为较难 吸附 的杂质 ， 故无变换单 元 时 Ｐ Ａ氢 气 收率约 ７ ％ ，有 变换单元 时 Ｐ Ａ氢 气 Ｓ ２ Ｓ
收率 约为 ７ ％。 ８ 根 据 以上 条件设置 程序计 算得 出如 下数据 ：
气
由计算 结果可 知 ， 有无 变换单 元消 耗 的 Ｃ Ｈ 量 理论 计算值 相差 很小 ， 误差 范围 内可 以认 为是 相 在