CN104150440A - 一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制氢领域，尤其涉及一种以轻烃为原料、采用带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化技术生产氢气的方法。其特征在于引入换热式预转化炉，利用一段蒸汽转化炉出口高温转化气的显热代替部分燃料气为转化反应提供部分热量，对进入一段蒸汽转化炉前的混合原料气进行预转化，可大量减少一段蒸汽转化炉所需燃料消耗并大量减少转化气废热锅炉和一段蒸汽转化炉对流段烟气废热锅炉的副产蒸汽量，达到降低制氢过程轻烃原燃料消耗及降低制氢成本的目的。采用本发明制氢方法比采用传统的轻烃一段蒸汽转化制氢方法可节省轻烃消耗总量（原料+补充燃料）约7～15%，在轻烃越来越昂贵的今天，本发明的轻烃转化制氢方法可大量节省制氢成本，减少废气排放。

Description

一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法
技术领域
  本发明属于制氢领域，尤其涉及一种以轻烃为原料、采用带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化技术生产氢气的方法。
 
背景技术
 用轻烃如天然气、炼厂干气、油田伴生气、焦炉气、干馏煤气、石脑油等生产氢气，首先需要将轻烃类转化为富含H2的转化气，再用气体分离方法，如变压吸附分离法和冷冻分离法等，以达到生产氢气的目的。
现有的轻烃转化制氢一般采用一段蒸汽转化法生产转化气，转化气再经变换即将转化气中的绝大部分CO与转化气中残留的H2O反应变换为H2和CO2，最后用气体分离方法分离出变换气中的氢气产品。
转化炉采用的是采用外加热排管式转化炉，排管（即转化管）内装填一段转化催化剂，转化原料混合气（轻烃+水蒸汽）从头到尾通过转化管内的催化剂床层发生烃类物质的转化反应，炉体为钢结构+耐火绝热材料。但烃类物质的水蒸汽转化反应为强吸热反应，转化管内的转化反应所需热量通过炉体内转化管排管之间的燃料燃烧提供。
转化原料混合气进转化管前须经转化炉对流段预热到一定温度（一般为500～600℃），而转化管出口转化气温度一般为800～860℃。转化气和变换气的高温余热需通过副产蒸汽、加热锅炉给水等方式尽量回收，然后采用介质（空气或冷却水）冷却到40℃以下，分离冷凝的水分后即得到提取氢气用变换气。转化炉燃料主要为变换气提取氢气后的尾气，但满足不了转化炉热量需求，不足的转化炉热量用少量轻烃作燃料燃烧补充。
由此，氢气生产过程的轻烃总消耗由原料轻烃消耗和燃料轻烃消耗组成，而且整个转化制氢装置***利用高温余热副产的水蒸汽，除满足本装置使用外，还有大量的水蒸汽需要外送。从而轻烃一段蒸汽转化法制氢装置普遍存在的原燃料轻烃消耗高、副产的蒸汽需外送消化的缺点。
 
发明内容
 为了解决以上技术及制氢经济性问题，本发明提供一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，此方法减少轻烃转化制氢过程中越来越昂贵的轻烃的消耗，同时减少或取消副产水蒸汽的外供，降低制氢成本。
解决以上技术及制氢经济性问题的本发明为一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，包括轻烃为原料、水蒸汽为轻烃转化用氧化介质、换热式预转化炉、一段蒸汽转化炉，其中一段蒸汽转化炉包括对流段和辐射段，其特征在于以下步骤：
（1）轻烃和水蒸汽进入一段蒸汽转化炉对流段预热；
 （2）预热后的混合气A进入换热式预转化炉进行预转化反应，得气体B；
（3）气体B进入一段蒸汽转化炉辐射段进行深度转化反应，得气体C，；
（4）气体C再次回到换热式预转化炉，为步骤（2）提供反应热量，出换热式预转化炉后进入废热锅炉；
（5）气体C出转化废锅后再依次经过与现有轻烃制氢工艺相同的变换、热回收、冷却分离、氢气提取、尾气回收步骤。
所述步骤（1）中预热温度为500～650℃。
所述步骤（3）中一段蒸汽转化炉炉辐射段出口转化温度为800～900℃。
所述步骤（2）中烃类总碳的预转化率为10～50%。 
所述一段蒸汽转化炉辐射段和换热式预转化炉中装有镍系转化催化剂。
所述换热式预转化炉为立式管壳式或套管系列式，对预热后的原料混合气A进行预转化。管外或套管夹套内走气体C，温度高，负责为管内的预转化反应提供热量。
本发明针对传统的轻烃一段蒸汽转化法制氢装置普遍存在的原燃料轻烃消耗高、副产的蒸汽需外送消化的缺点，拟设置换热式预转化炉，利用一段蒸汽转化炉出口高温转化气的显热代替部分燃料气为转化反应提供部分热量，对进入一段蒸汽转化炉前的混合原料气进行预转化，可大量减少一段蒸汽转化炉所需燃料消耗并大量减少转化气废热锅炉和一段蒸汽转化炉对流段烟气废热锅炉的副产蒸汽量，达到降低制氢过程轻烃原燃料消耗及降低制氢成本的目的。
采用本发明中制氢方法比采用传统的轻烃一段蒸汽转化制氢方法可节省轻烃消耗总量（原料+补充燃料）7～15%，在轻烃越来越昂贵的今天，本发明的轻烃转化制氢方法可大量节省制氢成本，减少废气排放。
  
附图说明
图1 为传统的轻烃一段蒸汽转化法制氢工艺流程图
图2 为带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化法制氢工艺流程图
具体实施方式
下面结合的具体实施例对本发明作进一步的详细描述。该实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1
一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，包括轻烃为原料、水蒸汽为轻烃转化用氧化介质、换热式预转化炉、一段蒸汽转化炉，其中一段蒸汽转化炉包括对流段和辐射段，其特征在于以下步骤：
（1）轻烃和水蒸汽进入一段蒸汽转化炉对流段预热，预热温度为500～650℃；
 （2）预热后的混合气A进入换热式预转化炉进行预转化反应，得气体B，烃类总碳的预转化率为10～50%；
（3）气体B进入一段蒸汽转化炉辐射段进行深度转化反应，得气体C，一段蒸汽转化炉炉辐射段出口转化温度为800～900℃；
（4）气体C再次回到换热式预转化炉，为步骤（2）提供反应热量，出换热式预转化炉后进入废热锅炉；
（5）气体C出转化废锅后再依次经过与现有轻烃制氢工艺相同的变换、热回收、冷却分离、氢气提取、尾气回收步骤。
所述一段蒸汽转化炉辐射段和换热式预转化炉中装有镍系转化催化剂。
所述换热式预转化炉为立式管壳式或套管系列式，对预热后的原料混合气A进行预转化。管外或套管夹套内走气体C，温度高，负责为管内的预转化反应提供热量。
实施例2
带换热预转化的天然气一段蒸汽转化法制氢方法，包括以下步骤：
天然气、水蒸汽在一段蒸汽转化炉对流段预热至530℃。
 预热后的原料混合气A（天然气+水蒸汽）进入换热式预转化炉，在转化催化剂作用下进行预转化反应，进口原料中烃类总碳的预转化率约为18%。
 换热式预转化炉为立式管壳式，管内装转化催化剂，对预热后的原料混合气A（轻烃+水蒸汽）进行预转化；管外走一段蒸汽转化炉出口的高温一段转化气，负责为管内的预转化反应提供热量。
 换热式转化炉出口预转化气B随即进入一段蒸汽转化炉辐射段，在转化催化剂作用下原料中的烃类物质继续发生深度转化反应，一段蒸汽转化炉辐射段出口转化气温度约860℃。
 一段蒸汽转化炉辐射段出口转化气C送入换热式预转化炉，利用其高温余热为预转化反应提供热源，一段转化气被预转化反应吸收热量后出换热式预转化炉的温度降低到约654℃。
⑥ 出换热式预转化炉的一段转化气C随即进入转化废锅回收中压蒸汽，出转化废锅后再依次经过变换、热回收、冷却分离、氢气提取、尾气回收步骤。
⑦ 当氢气产量10000Nm3/h时，天然气消耗量约3912Nm3/h，折合每1000Nm3氢气消耗天然气约391Nm3，比传统的天然气一段蒸汽转化法制氢工艺节省约8%。
实施例3
带换热预转化的炼厂干气一段蒸汽转化法制氢方法，包括以下步骤：
水蒸汽和脱硫后的炼厂干气在一段蒸汽转化炉对流段预热至530℃。
 预热后的原料混合气A（炼厂干气+水蒸汽）进入换热式预转化炉，在转化催化剂作用下进行预转化反应，进口原料中烃类总碳的预转化率约为24%。
 换热式预转化炉为套管系列式，管内装转化催化剂，对预热后的原料混合气A（炼厂干气+水蒸汽）进行预转化；套管夹套内走一段蒸汽转化炉出口的高温一段转化气，负责为管内的预转化反应提供热量。
 换热式转化炉出口预转化气B随即进入一段蒸汽转化炉辐射段，在转化催化剂作用下原料中的烃类物质继续发生深度转化反应，一段蒸汽转化炉出口转化气温度约860℃。
 一段蒸汽转化炉辐射段出口转化气C送入换热式预转化炉，利用其高温余热为预转化反应提供热源，一段转化气被预转化反应吸收热量后出换热式预转化炉的温度降低到约639℃。
⑥ 出换热式预转化炉的一段转化气C随即进入转化废锅回收中压蒸汽，出转化废锅后再依次经过变换、热回收、冷却分离、氢气提取、尾气回收步骤。
⑦ 当炼厂干气量10607Nm3/h时，氢气产量约29099Nm3/h，折合每1000Nm3氢气消耗炼厂干气约399Nm3，比传统的炼厂干气一段蒸汽转化法制氢工艺节省约7.4%。
本发明针对传统的轻烃一段蒸汽转化法制氢装置普遍存在的原燃料轻烃消耗高、副产的蒸汽需外送消化的缺点，拟设置换热式预转化炉，利用一段蒸汽转化炉出口高温转化气的显热代替部分燃料气为转化反应提供部分热量，对进入一段蒸汽转化炉前的混合原料气进行预转化，可大量减少一段蒸汽转化炉所需燃料消耗并大量减少转化气废热锅炉和一段蒸汽转化炉对流段烟气废热锅炉的副产蒸汽量，达到降低制氢过程轻烃原燃料消耗及降低制氢成本的目的。

Claims (6)

1.一种带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，包括轻烃为原料、水蒸汽为轻烃转化用氧化介质、换热式预转化炉、一段蒸汽转化炉，其中一段蒸汽转化炉包括对流段和辐射段，其特征在于以下步骤：
（1）轻烃和水蒸汽的混合原料气进入一段蒸汽转化炉对流段预热；
 （2）预热后的混合气A进入换热式预转化炉进行预转化反应，得气体B；
（3）气体B进入一段蒸汽转化炉炉辐射段进行深度转化反应，得气体C，；
（4）气体C再次回到换热式预转化炉，为步骤（2）提供反应热量，出换热式预转化炉后进入废热锅炉；
（5）气体C出转化废锅后再依次经过变换、热回收、冷却分离、氢气提取、尾气回收步骤。
2. 根据权利要求1所述的带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，其特征在于：
所述步骤（1）中预热温度为500～650℃。
3. 根据权利要求1所述的带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，其特征在于：所述步骤（3）中一段蒸汽转化炉炉辐射段出口转化温度为800～900℃。
4. 根据权利要求1所述的带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，其特征在于：所述步骤（2）中烃类总碳的预转化率为10～50%。
5. 根据权利要求1所述的带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，其特征在于：所述一段蒸汽转化炉辐射段和换热式预转化炉中装有镍系转化催化剂。
6. 根据权利要求1或5中所述的带换热预转化的轻烃一段蒸汽转化制氢方法，其特征在于：所述换热式预转化炉为立式管壳式或套管系列式，对预热后的原料混合气A进行预转化。
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