一种带烟气换热预转化的轻烃蒸汽转化制氢方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于制氢领域，尤其涉及一种以轻烃为原料、采用带烟气换热预转化的轻 烃蒸汽转化技术生产氢气的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 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4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。
[0004] 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4和CO2，最后用气体分离方法 分离出变换气中的氢气产品。
[0005] 转化炉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。
[0006] 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°C)，而转化管出口转化气温度一般为800~860°C。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°C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。
[0007] 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 个转化制氢装置系统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。
[0008]
【发明内容】
[0009] 为了解决以上技术及制氢经济性问题，本发明提供一种带烟气换热预转化的轻烃 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轻烃的消耗，同时减少或 取消副产水蒸汽的外供，降低了制氢成本。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为： 一种带烟气换热预转化的轻烃蒸汽转化制氢方法，其以轻烃为原料、水蒸汽为轻烃转 化用氧化介质、并通过换热式预转化炉、一段蒸汽转化炉等装置，其中一段蒸汽转化炉包括 对流段和辐射段，具体包括以下步骤： (1)将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，混合原料气预热 温度为400~650°C; (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，得预转化气B，出换热式 预转化炉的预转化气B温度为450~650°C，烃类总碳的预转化率为5~50% ; (3) 预转化气B进入一段蒸汽转化炉辐射段进行深度转化反应，得转化气C。一段蒸汽 转化炉辐射段出口转化气温度为800~900°C; (4) 转化气C出一段蒸汽转化炉辐射段后再依次经过转化废锅、变换、热回收、冷却分 离、氢气提取、尾气回收等步骤； (5 )燃料气在一段蒸汽转化炉辐射段燃烧，为步履（3 )提供反应热量，并得到烟气D; (6) 出一段蒸汽转化炉辐射段的烟气D入换热式预转化炉，为步骤（2)提供反应热量； (7) 烟气D出换热式预转化炉后，进入一段蒸汽转化炉对流段其它换热设备继续回收 烟气热量；出一段蒸汽转化炉辐射段的烟气D温度为800~1100°C。出换热式预转化炉的 烟气D温度为450~650 °C。
[0011] 所述一段蒸汽转化炉辐射段和换热式预转化炉中装有转化催化剂。
[0012] 所述换热式预转化炉为管壳式或排管式，对预热后的原料混合气A进行预转化。 装有转化催化剂的转化管内走混合原料气A并得到预转化气B，管外走烟气D，负责为管内 的预转化反应提供热量。
[0013] 本发明的积极效果体现在： (一)、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 大量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辐射段出口高 温烟气的显热代替部分燃料气为转化反应提供部分热量，对混合原料气进行预转化后再进 入一段蒸汽转化炉进行深度转化，可大量减少一段蒸汽转化炉所需燃料消耗，并通过取消 一段蒸汽转化炉对流段的烟气废热锅炉而大量减少副产蒸汽量，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。
[0014] (二)、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）5~12%，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。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1为本申请中记载的带烟换热预转化的轻烃蒸汽转化法制氢工艺流程图
【具体实施方式】
[0017] 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。
[0018] 实施例1 : 一种带烟气换热预转化的轻烃蒸汽转化制氢方法，该方法以轻烃为原料、采用水蒸汽 为轻烃转化用氧化介质，并通过换热式预转化炉、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，详细步骤如下： (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，预热温度为400~ 6500C； (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，得预转化气B，温度为 450~650°C，轻烃中烃类总碳的预转化率为5~50% ; (3) 预转化气B进入一段蒸汽转化炉辐射段进行深度转化反应，得转化气C。一段蒸汽 转化炉辐射段出口转化气C温度为800~900°C; (4) 转化气C出一段蒸汽转化炉辐射段后再依次经过转化废锅、变换、热回收、冷却分 离、氢气提取、尾气回收等步骤； (5) 燃料气在一段蒸汽转化炉辐射段燃烧，为步履（3)提供反应热量，并得到温度为 800~1100 °C的烟气D; (6) 出一段蒸汽转化炉辐射段的烟气D入换热式预转化炉，为步骤（2)提供反应热量， 出换热式预转化炉的烟气D温度为450~650°C; (7) 烟气D出换热式预转化炉后，进入一段蒸汽转化炉对流段其它换热设备继续回收 烟气热量； 所述步骤（1)中混合原料气预热温度为400~650°C。
[0019] 所述步骤（2)中出换热式预转化炉的预转化气B温度为450~650°C。
[0020] 所述步骤（2)中烃类总碳的预转化率为5~50%。
[0021] 所述步骤（3)中一段蒸汽转化炉辐射段出口转化气温度为800~900°C。
[0022] 所述步骤（8)中出一段蒸汽转化炉辐射段的烟气D温度为800~1KKTC。
[0023] 所述步骤（8)中出换热式预转化炉的烟气D温度为450~650°C。
[0024] 所述