焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用.doc

焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用
平顶山市三源制氢有限公司由中国神马集团、平顶山煤业集团有限责任公司合作建设,该公司年产8000万m3纯氢,采用的焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢项目是一个综合利用、变废为宝的环保型工程。它直接把两大公司的主生产系统联在一起,充分利用了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余放散的焦炉煤气,从杂质极多、难提纯的气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢,以较低的生产成本解决了河南神马尼龙化工公司因扩产20万t/a尼龙66盐而急需解决的原料问题。项目的建成投产,不仅解决了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了河南神马尼龙化工公司因扩产需增加的高额投资和大量耗用焦炭能源及废水、废气、废渣的排污问题;同时也是一个低投入、高产出、多方受益的科技创新项目。该装置规模为目前国内最大,首次采用先进可靠的新工艺,其经济效益、社会效益可观,对推进国内PSA技术进步也有重大意义。
1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献,20世纪60年代初,美国联合碳化物(UnionCarbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化,进入20世纪70年代后,变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增,装置规模不断扩大,使用范围越来越广,主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。平顶山三源制氢公司这套大规模低成本提纯氢气装置,是以一种难以净化的焦炉煤气为原料,在国内还没有同类型的装置,特别是其产品——高纯氢用于技术水平居世界前列的尼龙66盐公司,更是国内首创,走在了世界同行业的前列。
1 焦炉煤气PSA制氢新工艺
传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是:焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理,脱除大部分烃类物质;经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附(TSA)系统,最后利用PSA制氢工艺提纯氢气,整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大,因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制,所以没有被大规模的应用到工业生产当中。
平顶山市三源制氢有限公司所采用的生产工艺是对四川同盛科技有限责任公司提供的工艺方案进行优化后的再组合,是目前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中最先进的生产工艺,它生产成本低、效率高,能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题,从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。该工艺的特点是:焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。
工艺流程
PSA制氢新工艺如图1(略)所示。
该装置工艺流程分为5个工序:①原料气压缩工序(简称100#工序),②冷冻净化分离(简称200#工序),③PSA-C/R工序及精脱硫工序(简称300#工序),④半成品气压缩(简称400#工序),⑤PSA-H2工序及脱氧工序(简称500#工序)。
装置所用的原料气来自平顶山煤业集团天宏焦化公司的焦炉煤气,该公司的焦炉煤气主要用于锅炉、化工产品原料气及城市煤气;因净化难度高,故气体质量较差,分离等级较低,因此杂质的净化分离均以该公司使用的这套工艺装置来实现。表1为原料煤气组成。
表1 原料煤气组成
组成
H2
O2
CO
CO2
N2
CH4
C2
C3~5
体积分数