天然气制氢装置技术方案

目录

一、原料/燃料气条件 (2)

二、产品及要求 (2)

三、工艺技术方案 (2)

1. 工艺流程示意图 (2)

2. 工艺原理 (3)

3. 装置国产化水平 (4)

四、消耗指标 (4)

1. 氢气产品 (4)

2. 消耗 (4)

五、制氢装置生产成本估算 (5)

六、装置投资 (5)

七、说明 (5)

八、附件 (5)

一、原料气条件

原料气：天然气

温度：40℃

压力：3.6MPa（G）

低热值：8795kcal/Nm3

组分：

组分含量%（体积）

CH4 92.81

C2H6 4.255

C3 H8 0.783

iC4 H10 0.129

nC4 H10 0.129

iC5 H12 0.054

nC5 H12 0.024

C6+ 0.032

H2 0.02

N2+Ar 0.774

CO2 0.99

总S ≤20ppm

∑ 100.00 二、产品及要求

产品气：氢气

三、工艺技术方案

1. 工艺流程示意图

工艺流程示意图

2. 工艺原理

（1）烃类蒸汽转化

烃类的蒸汽转化是以水蒸汽为氧化剂，烃类物质与水蒸汽在镍催化剂的作用下进行反应，从而得到合成气。这一过程为吸热过程，需外供热量。一段转化炉转化所需的热量由转化管外的高温燃烧烟气提供。一段转化气进入二段转化炉后与适量的氧气混合，进行H 2与O 2的燃烧反应及CH 4部分氧化反应，所产生的热量供二段转化气中的甲烷进行深度转化。

在镍催化剂存在下烃类蒸汽转化反应为：

烃类蒸汽一段转化反应

CH 4+H 2O CO+3H 2-Q 6

C n H 2n+2+nH 2O nCO+(2n+1)H 2-Q 7

CO+H 2O H 2+CO 2+Q 8

二段转化反应

22291O H O()Q 2

H +=汽＋ CH 4+2O 2 CO 2+2H 2+Q

2212

CO O CO Q +=+ 上述反应放出的反应热足以将二段转化炉炉头温度升至1200～1400℃，这就为二段炉内CH 4深度转化反应提供了足够的热源，发生如下转化反应：

CH 4+H 2O CO+3H 2-Q

CO+H 2O H 2+CO 2+Q

（2）MDEA 脱碳

活化MDEA 法脱碳工艺原理简述如下：

MDEA 化学名为N-甲基二乙醇胺，分子式C 5H 13NO 2，分子量119.17。

MDEA 与CO 2的反应如下：

2232323CO H O H HCO H R NCH R CH NH +-

+++++=

上面二式相加为总反应：

2322233R NCH H O CO R CH NH HCO -++=++

CO 2和H 2O 的反应的速度很慢，为MDEA 吸收CO 2反应的控制步骤，加活化

剂（P ）后改变了反应历程，其反应按下式进行：

222

2223232322332()()22CO P P CO P CO R NCH R CH NCOO P R CH NCOO H O R CH NH HCO +-

+=+=++=+

CO 2和活化剂P 的反应速度很快，活化剂（P ）起到了传递CO 2的作用，加快了反应速度。活化剂在表面吸收CO 2后向液相传递CO 2，而活化剂又被再生。

MDEA 吸收CO 2，兼有化学和物理吸收的特点。利用CO 2分压差值，将压力降低，即可将溶液中大部份CO 2解析出来，从而降低再生热耗。其反应式如下：

2332322R CH NH HCO R NCH H O CO +-+=++↑

3. 装置国产化水平

本转化装置所有设备均可国内制造，催化剂可国内采购。

四、消耗指标

1. 氢气产品

流量：33330Nm 3/h

温度：40℃

压力：2.0MPa （A ）

氢气浓度：≥99.9v%

2. 消耗

原辅材料消耗表（按1000Nm 3氢气计） 序号

项目 单位 小时消耗消耗定额 备注 1

原料天然气 Nm 3 11021 330.7 2

氧气（≥99.5v%，2.5MPa ） Nm 3 5286 158.6 3

中压蒸汽 t 16 0.48 4

电 kWh 960 28.8 5

循环水（△t=10℃） m 3 1250 37.5 6

脱盐水 t 15 0.45 7

副产工艺冷凝液 t -19 -0.57 8 仪表空气 Nm 3 500 15

五、制氢装置生产成本估算

制氢装置生产成本（以1000Nm3氢气计）

序号项目单位消耗定额单价（元）单位成本（元）

1 天然气 Nm3 330.7 2.48 820

2 氧气 Nm

3 158.6 0.3 48

28.8

0.337 10 3 电 kWh

0.48 100 48 4 中压蒸汽 t

0.45 8 3.6

5 脱盐水 t

6 新鲜水m3 0.9 3 2.7

7 催化剂及化学品元 5

8 折旧及维修等元37

9 工资福利及财务、管理费元25

10 总计1000

六、装置投资

1. 装置投资：~8500万元（不包括空分）。

2. 如果净化气能满足焦油加氢对氢气质量的要求，则可不用PSA，投资减少

~2000万元。

七、说明

1. 需配套6000Nm3/h空分，投资~3000万元；

2. 请给出焦油加氢对氢气质量的要求，以确认是否需要设置PSA；

3. 工期1年（主要由空分工期决定）；

4. 煤干馏投产后，用副产荒煤气代替天然气制氢，天然气制氢装置及配套的空

分全部可用，需增加荒煤气压缩、脱硫及PSA改造。

八、附件

1. 进PSA净化气条件

2. 转化工序工艺流程图

3. MDEA脱碳工序工艺流程图

4. 变压吸附装置工艺流程图