本发明涉及化工生产技术领域，特别是涉及一种原料气消耗低的焦炉煤气制氢工艺。
背景技术：
冶金焦炉煤气是优质的化工原料。以焦炉煤气为原料气可以制取纯度99.5%以上的工业氢气，通常使用的焦炉煤气中氢气体积分数约60%，甲烷18~24%，一氧化碳6~10%，碳氢化合物CnHm约2~4%，目前常使用PSA工艺制氢，采用该焦炉煤气为原料气，其制氢原料气消耗通常为每产出1 M3工业氢气消耗2M3焦炉煤气。外热式干馏煤气为焦炉煤气的一种，其中氢气体积分数约为20~30%，甲烷20~30%，一氧化碳10~18%，碳氢化合物CnHm约2~8%,使用传统PSA工艺制氢，原料气消耗通常为每产出1 M3工业氢气需消耗3.5M3外热式干馏煤气以上。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，提供一种原料气消耗量低的焦炉煤气制氢工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种焦炉煤气制氢工艺，其步骤包括：
（1）预处理：将焦炉煤气升压至0.3~0.6 Mpa，通过一段变温吸附和一段变压吸附进行净化预处理；预处理可以脱除焦炉煤气中的苯、萘、焦油、NH3、H2S及其它重烃类杂质，产出净化原料气。
（2）加氢处理：净化原料气进入加氢精制装置进行烯烃饱和及精脱硫处理，使焦炉煤气中的不饱和烯烃转化为饱和烷烃，同时脱除有机硫和氯化物，至加氢处理后的焦炉煤气中硫化物浓度小于或等于0.2 ppm，烯烃体积分数小于或等于1%，氯化物浓度小于或等于0.2ppm，即产出转化原料气；
（3）轻烃转化：转化原料气先经原料气压缩机将压力提升至3~5 MPa，而后进入转化炉进行转化，在转化催化剂的作用下使轻烷烃转化成H2和CO2产出转化气；轻烃转化可以选择水蒸气转化、富氧转化、纯氧转化中的一种。
（4）中温变换：转化气送中温变换反应器，在变换催化剂的作用下，将大部分CO转换为CO2，至CO体积分数小于或等于4%，产出中变气；
该步骤中发生的主要反应为：
CO+H2O=CO2 +H2 △Ho298 =-41.4KJ/mol
（5）吸附脱碳：中变气降温至30℃-50℃后进入吸附脱碳工序，至残余CO2体积分数量小于3%，产出脱碳气；
（6）PSA提氢工序：脱碳气进行变压吸附提氢。
步骤（6）产生的提氢解析气一部分送步骤（1）中预处理单元做吸附剂再生气源，再生反应后解析气经脱硫处理，与其余部分提氢解析气合并送步骤（3）中所述转化炉做燃料气。
如焦炉煤气中焦油等杂质含量较高、洁净度较差，可在进行步骤（1）所述预处理前进行活性炭吸附除焦油处理。步骤（5）所述吸附脱碳步骤可选择真空变压吸附（VPSA）或变压吸附（PSA）。
本发明的制氢工艺，在焦炉煤气变压吸附制氢传统工艺的基础上，引进了轻烃类转化和一氧化碳中温变换工艺，使得原料焦炉煤气中的甲烷、乙烷等轻烃类成分和一氧化碳等均参与制氢反应，通过本工艺的实施，可降低制氢原料气消耗，且能源可合理利用。
较传统的焦炉煤气PSA制氢工艺，可大幅降低单位氢气产品的原料煤气消耗。其中焦化厂焦炉煤气做原料时，可将单位氢气产品的原料消耗由2Nm3煤气/ Nm3产品氢气，降至1Nm3煤气/ Nm3产品氢气；外热式干馏煤气做原料时，可将单位氢气产品的原料消耗由3Nm3煤气/ Nm3产品氢气以上，降至0.8Nm3煤气/ Nm3产品氢气以下。
具体实施方式
下面通过对具体实施例的描述进一步阐述本发明。
实施例1。
原料为焦炉煤气，其中含氢体积分数为60%，甲烷体积分数为18%，一氧化碳体积分数为9%，碳氢化合物体积分数为约2%。处理焦炉煤气25000Nm3/h。
制氢工艺依次包括以下步骤：
（1）预处理：将25000Nm3/h ,压力为7Kpa的焦炉煤气升压至0.35Mpa，送入活性炭吸附塔除去部分焦油，然后再通过一段变温吸附和一段变压吸附进行净化预处理；一段变温吸附使用的是三台TSA处理器，一段变压吸附使用的是三台PSA处理塔，其中脱除焦炉煤气中的苯、萘、焦油、NH3、H2S及其它重烃类杂质，产出净化原料气。
（2）加氢饱和：净化原料气进入加氢精制装置，加氢精制装置由一台绝热加氢反应器和一台氧化锌脱硫反应器组成，装置入口温度380℃，进行烯烃饱和及精脱硫处理，使焦炉煤气中不饱和烯烃经加氢，大部分转化为饱和烷烃，同时脱除有机硫和氯化物。
该步骤的主要反应有：
烯烃饱和：
C2H4 ＋H2 →C2H6；C3H6 ＋H2 →C3H8；C4H8 ＋H2 →C4H10；
硫醇: RSH+H2 →RH+H2S；
硫醚: R1SR2+2H2 →R1H+R2H+H2S；
二硫醚: R1SSR2+3H2 →R1H+R2H+2H2S；
噻吩: C4H4S+4H2 →C4H10+H2S；
氧硫化碳: COS+H2 →CO+H2S；
二硫化碳: CS2+4H2 →CH4 +2H2S；
ZnO(固)+H2S=ZnS(固)+H2O △Ho 298 =-76.62kJ/mol
加氢精制处理后的焦炉煤气即转化原料气中硫化物浓度为0.1 ppm，烯烃体积分数为1%，氯化物浓度为0.2ppm；
（3）轻烃转化：转化原料气经原料气压缩机升压至4Mpa，进入转化炉，在转化催化剂的作用下进行一段水蒸气转化，发生的主要反应有：
CnHm+nH2O =nCO+(n+m/2)H 2
CO+3H2 =CH4 +H2O △Ho298 =-206kJ/mol
CO+H2O=CO2 +H2 △Ho298 =-41kJ/mol
将轻烃转化成H2和CO2产生转化气，转化炉对流段上废热锅炉在对转化气降温，转化气的温度降至340℃，同时副产3.5~4.0MPa的中压蒸汽。
（4）中温变换：340℃转化气送中温变换反应器，变换催化剂-氧化铬的作用下，将CO转换为CO2，同时生成等摩尔的H2。该步骤中发生的主要反应为：
CO+H2O=CO2 +H2 △Ho298 =-41.4KJ/mol
反应后CO体积分数为3%，产生中变气；中变气经过换热后温度降至40℃。
（5）吸附脱碳：40℃的中变气进入真空吸附工序进行吸附脱碳，真空吸附后CO2体积分数量为2%，产生脱碳气；脱碳解析气中的CO2体积分数约92%，可直接放空，可用于制取工业级CO2，也可用作制取食品级CO2的原料气。
（6）PSA提氢工序：脱碳气进行变压吸附提氢，产出工业氢气24500Nm3/h，纯度为99.95%。每产出1 M3工业氢气消耗1.02 M3焦炉煤气。提氢解析气一部分送TSA/PSA预处理单元做再生原料气源，再生反应后解析气经脱硫处理，与其余部分提氢解析气合并送步骤（3）中所述转化炉做燃料气。
实施例2。
原料为外热式干馏煤气，外热式干馏煤气为焦炉煤气的一种，其中含氢气体积分数为27%，甲烷体积分数为28%，一氧化碳体积分数为14%，碳氢化合物体积分数为约7.5%。处理外热式干馏煤气13000Nm3/h。
制氢工艺依次包括以下步骤：
（1）预处理：同实施例1；
（2）加氢饱和：步骤同实施例1；
加氢处理后的转化原料气中硫化物浓度为0.2 ppm，烯烃体积分数为1%，氯化物浓度为0.2ppm；
（3）轻烃转化：转化原料气经原料气压缩机升压至3.8Mpa，进入转化炉，在转化催化剂的作用下进行一段水蒸气转化，发生的主要反应同实施例1。
将轻烃转化成H2和CO2产生转化气，转化炉对流段上废热锅炉在对转化气降温，转化气的温度降至400℃，同时副产3.8MPa的中压蒸汽。
（4）中温变换：400℃转化气送中温变换反应器，在变换催化剂-氧化铬的作用下，将CO转换为CO2，同时生成等摩尔的H2。该步骤中发生的主要反应为：
CO+H2O=CO2 +H2 △Ho298 =-41.4KJ/mol
反应后CO体积分数为4%，产生中变气；中变气经过换热后温度降至40℃。
（5）吸附脱碳：40℃的中变气进入变压吸附工序进行吸附脱碳，真空吸附后CO2体积分数量为2%，产生脱碳气；
（6）PSA提氢工序：脱碳气进行变压吸附提氢，产出工业氢气17000Nm3/h，纯度为99.95%。，每产出1 M3工业氢气约消耗0.75M3外热式干馏煤气。提氢解析气一部分送TSA/PSA预处理单元做再生原料气源，再生反应后解析气经脱硫处理，与其余部分提氢解析气合并送步骤（3）中所述转化炉做燃料气。