一种灵活焦化气化气制氢系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种灵活焦化气化气制氢系统，包括CO水蒸气变换装置和变压吸附H2提纯装置；CO水蒸气变换装置包括第一和第二变换炉、主热交换器、中间换热器、第一和第二喷水器、调温水加热器；第二变换炉由三段组成，第二段出口依次与第二喷水器、调温水加热器、第三段相连，主热交换器管程入口与第二变换炉出口通过管道相连；变压吸附H2提纯装置包括两级变压吸附装置，第一级变压吸附装置入口与CO水蒸气变换装置出口相连。该灵活焦化气化气制氢系统，制氢能耗低，获得的H2纯度和收率高，可为炼厂提供低成本的H2，提高炼厂效益。
【专利说明】一种灵活焦化气化气制氢系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种应用于石油化工企业的灵活焦化气化气制氢系统。
【背景技术】
[0002] 灵活焦化技术是ExxonMobil公司针对API重度(Γ20、康氏残炭5?40%的物料所 开发的一种焦化技术，其与常规的延迟焦化技术相比，显著特点是将绝大部分低附加值的 石油焦在气化器中密闭转化为低热值气化气(热值为102(Tl250kcal/m 3)，最终仅副产约1% 的焦炭产品，体现出了较好的环境友好性和经济性，在最近十年引起了国内外大型炼油企 业的极大关注，有望获得较大范围的应用；
[0003] 灵活焦化装置产生的焦化气化气经换热降温、除焦粉、脱硫后最终获得清洁的低 热值气化气，灵活焦化技术存在以下问题：
[0004] 1.目前对于灵活焦化技术产生的低热值气化气，没有合适的经济化回收工艺技 术，仅是将其作为燃料气使用，其中的H 2和C0 (两种气体合计占40vol%左右）资源直接白 白燃烧浪费掉了，造成资源利用率低；
[0005] 2.目前对于灵活焦化技术产生的气化气，由于其含有约45飞Ovol%的惰性气体N2 和约疒10 vol%的C02，相应的热值较低，用于加热炉燃烧时所用的火嘴必须经过特殊加工 改造，以满足可同时燃烧常规燃料气和低热值气化气，所需的处理设备复杂；
[0006] 另一方面随着原油资源品质日益重质化、劣质化，炼厂对氢气的需求急剧增长，而 氢气来源又偏少，大部分炼厂甚至需要单独投资建设制氢装置，这无疑大大增加了炼厂氢 气的使用成本。
[0007] 针对以上问题，本实用新型研发了一种灵活焦化气化气制氢系统。 实用新型内容
[0008] 为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种灵活焦化气化气制氢系 统，能够实现低能耗的、经济化的回收利用灵活焦化气化气中宝贵的H2和C0资源，同时为 炼厂油品加工提供大量H 2资源，有效缓解炼厂H2来源不足的问题；
[0009] 该系统能将灵活焦化气化气中的H2和C0资源通过C0水蒸气变换和H2提纯来实 现最大化、最经济化获得H2的目的，整个系统的运行能耗低，C0变换温度低、变换压力低和 汽气比小，C0变换率高，产品H 2纯度和收率高。
[0010] 本实用新型所采用的技术方案是：一种灵活焦化气化气制氢系统，包括C0水蒸气 变换装置和变压吸附H 2提纯装置：
[0011] (1)所述C0水蒸气变换装置包括预处理器、第一变换炉、第二变换炉、主热交换 器、开工电炉、中间换热器、第一喷水器、第二喷水器、调温水加热器、脱盐水加热器、变换气 冷却器、汽水分离器、除氧水贮槽、喷水泵；
[0012] (2)所述变压吸附H2提纯装置包括两级变压吸附装置。
[0013] 由一种灵活焦化气化气制氢系统中的C0水蒸气变换装置，其中：所述主热交换器 (2)管程入口之前设置预处理器（1)，所述主热交换器（2)管程出口之后还依次设置脱盐水 加热器（10)、变换气冷却器（11)和汽水分离器（12)。
[0014] 作为优选，所述脱盐水加热器壳程出口与变换气冷却器壳程入口相连；所述中间 换热器与第一喷水器之间设置开工电炉，用于装置开工时加热原料气至预设温度；所述变 换气冷却器下部设置汽水分离器，用于脱除变换气中的水分；所述除氧水贮槽出口与喷水 泵入口相连，所述喷水泵出口与调温水加热器管程入口相连。
[0015] 作为优选，所述C0水蒸气变换装置采用全低温、低压、低汽气比变换工艺以及段 间移出式换热和冷激喷水增湿降温工艺，目的是最大程度降低C0水蒸气变换装置的蒸汽 消耗，实现低能耗C0水蒸气变换制氢。
[0016] 作为优选，所述变换炉内分段装填抗毒型催化剂和低温高活性抗水型耐硫变换催 化剂。
[0017] 作为优选，所述主热交换器壳程出口与中间换热器壳程入口之间设置外加蒸汽管 线。
[0018] 作为优选，所述脱盐水加热器管程通入脱盐水，所述变换气冷却器管程通入循环 冷却水，所述脱盐水用作锅炉给水，这样的目的是进一步回收变换气的余热能量，同时将变 换气的温度降低以满足所述变压吸附H2提纯装置的要求。
[0019] 由一种灵活焦化气化气制氢系统中的变压吸附H2提纯装置，其中：所述第一级变 压吸附装置和第二级变压吸附装置各自包括至少4个通过管道连通的吸附塔、至少1个缓 冲罐、至少1个真空泵以及配套的程控阀门。
[0020] 作为优选，所述第一级变压吸附装置和第二级变压吸附装置的吸附塔内至少装填 两种吸附剂，组成复合吸附床层。
[0021] 作为优选，所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0023] 1、针对灵活焦化气化气中惰性组分（N2+C02)含量高的组成特点，采用全低温、低 压、低汽气比C0水蒸气变换和变压吸附H 2提纯集成工艺，充分利用两种工艺能耗低、工艺 技术可靠的优势，实现低能耗的、经济化的回收利用灵活焦化气化气中的H 2和C0资源。
[0024] 2、C0水蒸气变换装置使用抗毒型催化剂和低温高活性抗水型耐硫变换催化剂以 及段间移出式换热和冷激喷水增湿降温工艺，不但使C0变换率达到95%以上、变换气中C0 含量低于lvol%，而且使C0水蒸气变换的能耗降到最低，外加蒸汽使用量最小。
[0025] 3、变压吸附H2提纯装置采用两级变压吸附工艺，工艺流程简单，能高效、低能耗提 纯变换气中的H 2，使产品H2总体收率达到95%以上，纯度达到99. 9vol%以上，（C0+C02)含 量低于20ppm，满足炼厂对氢气的纯度要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为本实用新型灵活焦化气化气制氢系统示意图；
[0027] 图中1-预处理器；
[0028] 2-主热交换器；
[0029] 3-中间交换器；
[0030] 4 一开工电炉；
[0031] 5一第一喷水器；
[0032] 6-第一变换炉；
[0033] 7-第二变换炉；
[0034] 8-第二喷水器；
[0035] 9-调温水加热器；
[0036] 10-脱盐水加热器；
[0037] 11-变换气冷却器；
[0038] 12-汽水分离器；
[0039] 13-第一级变压吸附装置；
[0040] 14 一第二级变压吸附装置；
[0041] 15-除氧水贮槽；
[0042] 16-喷水泵；
[0043] 17-外加蒸汽管线。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0045] 如图所示，一种灵活焦化气化气制氢系统，包括C0水蒸气变换装置和变压吸附 H2提纯装置；C0水蒸气变换装置包括预处理器（1 )、第一变换炉（6)、第二变换炉（7)、主热 交换器（2)、开工电炉（4)、中间换热器（3)、第一喷水器（5)、第二喷水器（8)、调温水加热 器（9)、脱盐水加热器（10)、变换气冷却器（11)、汽水分离器（12)、除氧水贮槽（15)、喷水泵 (16);变压吸附H2提纯装置包括两级变压吸附装置，第一级变压吸附装置（13)和第二级变 压吸附装置（14)。
[0046] 所述主热交换器（2)壳程依次与中间换热器（3)壳程、第一喷水器（5)、第一变换 炉（6)、第二变换炉（7)通过管道相连；出口与脱盐水加热器（10)壳程入口相连并且与中间 换热器（3 )壳程入口之间设置外加蒸汽管线。
[0047] 所述变压吸附H2提纯装置的第一级变压吸附装置（13)出口与第二级变压吸附装 置（14)入口相连通，第一级变压吸附装置（13)入口与C0水蒸气变换装置出口相连。
[0048] 实施例：使用时经加压至0. 7MPa. G的焦化气化气原料首先进入预处理器（1)脱除 其中的油和水，出来的焦化气化气进入主热交换器（2)壳程与来自第二变换炉（7)出口的 高温变换气换热升温，换热后与外加低压蒸汽（1. OMPa)混合后进入中间换热器（3)壳程与 来自第一变换炉（6)出口的高温半变换气换热升温，换热后进入第一喷水器（5)增湿降温 至约200°C，随后进入第一变换炉（6)进行C0水蒸气变换反应，出来的半变换气进入中间换 热器（3)管程换热降温，换热后的半变换气进入第二变换炉（7)进行C0水蒸气变换反应，其 中第二段出口的半变换气进入第二喷水器（8)增湿降温，再进入调温水加热器（9)的壳程 换热降温，降温后的半变换气再进入第三段继续进行C0水蒸气变换反应，第三段出来的高 温变换气进入主热交换器（2)的管程与焦化气化气原料换热降温，降温后的变换气进入脱 盐水加热器（10)壳程与脱盐水换热降温，再进入变换气冷却器（11)壳程与循环水换热降 温，并继续进入下部的汽水分离器（12)内脱除所含的水分，出来的变换气进入第一级变压 吸附装置（13)，在吸附剂的选择性吸附下，脱除变换气中的&0、0) 2、0)、014等，最后继续进 入第二级变压吸附装置（14)，在吸附剂的选择性吸附下，脱除变换气中的N2和剩余的微量 CO、Ar等，最终获得纯度彡99. 9vol%的产品H2，其中（C0+C02)含量低于20ppm，H2总体收率 达到95%以上。
【权利要求】
1. 一种灵活焦化气化气制氢系统，包括CO水蒸气变换装置和变压吸附H2提纯装置， 所述C0水蒸气变换装置包括预处理器（1)、第一变换炉（6)、第二变换炉（7)、主热交换器 (2)、开工电炉（4)、中间换热器（3)、第一喷水器（5)、第二喷水器（8)、调温水加热器（9)、脱 盐水加热器（10)、变换气冷却器（11)、汽水分离器（12)、除氧水贮槽（15)、喷水泵（16);所 述变压吸附H 2提纯装置包括两级变压吸附装置，其特点在于： 所述主热交换器（2)壳程依次与中间换热器（3)壳程、第一喷水器（5)、第一变换炉 (6)、中间换热器（3)管程、第二变换炉（7)通过管道相连，所述第二变换炉由三段组成，第 二段出口依次与第二喷水器（8)、调温水加热器（9)、第三段入口通过管道相连，所述主热 交换器（2)管程与第二变换炉（7)出口通过管道相连； 所述第一级变压吸附装置（13)入口与所述C0水蒸气变换装置出口相连。
2. 根据权利要求1所述的一种灵活焦化气化气制氢系统，其特征在于：所述主热交换 器（2 )管程入口之前设置预处理器（1)。
3. 根据权利要求1所述的一种灵活焦化气化气制氢系统，其特征在于：所述主热交 换器（2)管程出口之后还依次设置脱盐水加热器（10)、变换气冷却器（11)和汽水分离器 (12)。
4. 根据权利要求1所述的一种灵活焦化气化气制氢系统，其特征在于：所述第一级变 压吸附装置（13)和第二级变压吸附装置（14)各自包括至少4个相互连通的吸附塔、至少1 个缓冲罐、至少1个真空泵以及配套的程控阀门。
5. 根据权利要求1所述的一种灵活焦化气化气制氢系统，其特征在于：所述第一级变 压吸附装置（13)和第二级变压吸附装置（14)的吸附塔内至少装填2种吸附剂，组成复合吸 附床层。
6. 根据权利要求5所述的一种灵活焦化气化气制氢系统，其特征在于：所述吸附剂包 括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛。
【文档编号】C01B3/16GK203833607SQ201420190156
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】朱代希, 兰治淮, 余兰金 申请人:四川省达科特能源科技有限公司