天然气制氢成本.doc

天然气制氢
一、 装置概况
20万吨/年天然气制硝酸铵装置配套，10万吨/年合成氨装置，需要氢气量25625Nm³/h.
本制氢装置由脱硫造气工序、变换工序、PSA制氢工序组成，工艺路线及产品规格
该制氢装置已天然气为原料，采用干法脱硫、3.8MPa压力下的蒸汽转化，一氧化碳中温变换， PSA工艺制得产品氢气。
二、天然气制氢工艺原理
2.1 天然气脱硫
本装置采用干法脱硫来处理该原料气中的硫份。为了脱除有机硫，采用铁锰系转化吸收型脱硫催化剂，并在原料气中加入约1-5%的氢，在约400℃高温下发生下述反应：
RSH+H2=H2S+RH
H2S+MnO=MnS+H2O
经铁锰系脱硫剂初步转化吸收后，剩余的硫化氢，再在采用的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收：
H2S+ZnO=ZnO+H2O
C2H5SH+ZnS+C2H5+H2O
氧化锌吸硫速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.1ppm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求。
2.2蒸汽转化和变换原理
原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃—蒸汽转化反应，主要反应如下：
CH4+H2O= CO+3H2-Q (1)
一氧化碳产氢 CO+H2O=CO2+H2+Q (2)
前一反应需大量吸热，高温有利于反应进行；后一反应是微放热反应，高温不利于反应进行。因此在转化炉中反应是不完全的。
在发生上述反应的同时还伴有一系列复杂的付反应。包括烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢，积碳，氧化等。
在转化反应中，要使转换率高，残余甲烷少，氢纯度高，反应温度要高，但要考虑设备承受能力和能耗，所以炉温不宜太高。为缓和积碳，增加收率，要控制较大的水碳比。
2.3变化反应的反应方程式如下：
CO+H2O=CO2+H2+Q
这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸气，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反应速度。使最终CO浓度降到低的程度，且为生产过程中的废热利用创造了良好的条件
2.4变压吸附原理
变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程。该工艺是以多孔性固体物质（吸附剂）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态直接工作的可逆的物理吸附过程。它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力，在低压下又有较小的吸附能力，而理想组分H2无论在高压下还是在低压下都具有较小的吸附能力的原理。在高压下，增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附剂上，从而达到高的产品纯度；吸附剂的解析或再生在低压下进行，尽量减少吸附剂上杂质的残余量，以便在下个循环再次吸附杂质
三、消耗定额（1000Nm3氢气作为单位产品）
序号
名称
单位
小时消耗量
单位消耗
备注
1
天然气
Nm3
11596.8
453

2
原料天然气
Nm3
10675.2
417

3
燃料天然气
Nm3
934.4
36.5

4
电
KWh
1066.8
41.67

5
脱盐水
吨
35.6
1.39

四、装置投资、成本核算（1000Nm³H2）

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