焦炉煤气制氢气

50万吨/年焦油加氢装置与100万吨/年焦化装置工艺联产

虽然以甲醇为原料采用蒸汽转化法、用液氨为原料采用氨裂解也可以生产氢气，但生产运行成本较高，不适宜于大型制氢装置；由于电解水法制氢耗电大、生产成本高，只是在氢气用量较小、纯度要求高，生产高附加值产品的企业（如稀有金属制造）使用，因此对于需要大量耗氢的化工行业是不适合的；以煤或焦炭为原料的煤气化法目前大多用于化工原料（甲醇、合成氨）的生产过程中，近几年来也有直接用于制氢的实例，但因煤气化制氢的投资（加压气化如GE、shell等）较大，且流程长，“三废”处理复杂，因此一般不采用以煤或焦炭为原料的水煤气化法制取氢气。焦化厂可以充分利用其工艺优势，采用焦炉煤气为原料，经净化、转化后，再最大限度的提取氢气，是较经济合理、切实可行的。

煤焦油加氢轻质化市场广阔，是煤化工产业链的发展趋势，适合于在煤化工企业推广，实现煤炭资源综合利用和精细加工，产出高附加值的产品，（主要产品：1#轻质煤焦油（C5～180℃）硫、氮、烯烃含量及其它杂质均很低；2#轻质煤焦油（>180℃）安定性好、硫含量低，可作为优质化工产品，也可作为环保型燃料使用；煤沥青作为沥青调和组分出厂或调和重质燃料油）。

焦油加氢装置需要氢气量大（50万吨/a煤焦油加氢装置需要氢气量40000 Nm3/h），

传统焦炉煤气制氢工艺以100万吨/a焦化装置为例：煤气

发生量为50000 Nm3/h，其中约25000 Nm3/h作为回路燃料，可以富余焦炉煤气25000 Nm3/h，经变压吸附生产氢气量约15000 Nm3/h，且有大量的废气放空，污染环境。针对以上情况，将100万吨/年焦化装置副产的焦炉气经PSA提氢、甲烷蒸汽转化、变换等成熟的工艺科学合理的组合在一起，可从50000 Nm3/h的焦炉煤气中产出40110NM3/h纯度为99.9%的氢气，同时副产出热值为4276～4636kcal/Nm3的混合解吸气22508 Nm3/h返回焦化装置，满足焦炉燃料使用需求，氢气产量增加一倍。

一、优化方案简图：

二、工艺流程叙述

本制氢装置共分为六个主要工艺过程：预净化工序，精脱萘工序，PSA-1 (PSA-CO2/R)工序、PSA-2(PSA-CH4)工序、净化压缩工序、转化变换工序以及PSA-3(PSA-H2)工序。

（1）预净化工序

原料气在温度40℃时进入预净化工序，脱出焦炉煤气中绝大部分的焦油、萘、H2S、NH3、HCN等杂质，得到杂质较少的净化气。

（2）精脱萘工序

预净化工序后的净化气再通过精脱萘工序，进一步脱除其中的萘、烷烃、芳烃等，得到符合变压吸附原料气要求的净化气。

(3) PSA-1 (PSA-CO2/R)工序

经净化处理后的焦炉煤气，在压力0.80MPa，温度≤40℃条件下送入PSA-1装置中，经过吸附剂将大部分二氧化碳脱除，脱碳解吸气送焦化回炉燃烧利用，浓缩气送PSA-2(PSA-CH4) 工序。

(4) PSA-2(PSA-CH4) 工序

浓缩气在压力～0.70MPa，温度≤40℃条件下进入PSA-2

系统，在PSA-2系统中，经过吸附剂将大部分解吸气（富甲烷气）脱除，富氢气进入半产品气缓冲罐进行稳压，根据混和解吸气热值情况决定是否经调节阀分流，部分富氢气进入混和解吸气系统，剩余的气体经联合压缩机增压到～2.6MPa左右，利用其气体的压缩热在脱氧系统内进行脱氧和冷却。PSA-2系统内的解吸气（富甲烷气）经调节阀分流～10200Nm3/h的流量进入一段转化、变换系统，在其系统内进行甲烷气的净化、压缩、变换和蒸汽转化，变换后的气体经调节阀稳压至～2.6MPa，温度≤40℃条件下与脱氧后的净化气一并进入制氢原料气混和罐进行混和、稳压。进入PSA-3系统进行提氢。

(5) 净化压缩工序和转化变换工序

来自PSA的浓缩甲烷气压力约20kPa，温度≤40℃条件下进入浓缩气压缩机，压缩到～3.2MPa (G)，净化、压缩后的浓缩气先经过变换炉，将浓缩气中的CO变为CO2，与来自废热锅炉汽包的水蒸汽按一定的水碳比混合，然后送转化炉进行蒸汽转化反应。经过变换、转化后的气体冷却、分离后，送（变压吸附分离提纯氢）PSA-3(PSA-H2)工序。

(6) PSA-3(PSA-H2)工序

在PSA-3装置中，将送入装置的氢气提纯后得到产品氢气，经调节阀稳压后送入焦油加氢工段。解吸气并入混合解吸气管网。

当本装置出现故障时，关闭原料气的进口阀，通过旁路阀和本装置区内的总解吸气管道，送入焦化燃料系统；当本装置中的转化、变换工段出现故障时，停运该工段。其余工段继续运行，为保证混和解吸气中的热值达到燃料系统的要求（流量22000～24000Nm3/h，热值～4200 kcal/Nm3)，需通过解吸气总管上的热值仪和调节阀补充～6000Nm3/h氮气进入混和解吸气中进行调节，PSA-1工段的解吸气直接进入火炬管网。

经过以上工艺技改，实现了氢气产量翻倍，减少了废气排放，工艺调节灵活。