[發(fā)明專利]制氫方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810096294.7
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101301996A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設計）人: G·D·斯奈德;S·P·老迪馬蒂諾;D·A·扎格諾利;J·J·斯坦戈
• 申請（專利權）人: 氣體產(chǎn)品與化學公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;韋欣華

技術領域

本發(fā)明一般地涉及制氫，更具體地說涉及由催化蒸汽重整器和氣化器制氫的方法。

背景技術

重油向價值更高產(chǎn)品的改質(upgrading)通常需要大量的氫。傳統(tǒng)上，這些氫是通過使天然氣與蒸汽在所謂的蒸汽-甲烷重整器(SMR)中催化反應產(chǎn)生的。近來，用于改質項目的精煉器正在考慮將石油焦油或重油的汽化作為一種更經(jīng)濟合算的制造所需大量氫的裝置。這是由與氣化器給料的低成本相比天然氣的升高成本驅使的。

在蒸汽-甲烷重整中，天然氣或其它適合的給料被與適量工藝蒸汽混合并在其流過位于蒸汽-甲烷重整器爐內(nèi)部的裝有催化劑的管時被加熱。在所述重整器管中，一部分工藝蒸汽和大部分天然氣進料被轉化成合成氣體(合成氣)，其主要含氫氣、一氧化碳和未反應蒸汽以及較少量的二氧化碳和未反應甲烷。

來自重整器管的熱合成氣體流被冷卻以回收珍貴的余熱，其被用于預熱進料和產(chǎn)生蒸汽重整過程所需的蒸汽。在冷卻操作中，通常使重整器流出物穿過一或多個水-氣變換催化劑床以將合成氣體中所含的大部分一氧化碳轉化成額外的氫和二氧化碳。合成氣體被冷卻到接近環(huán)境溫度以凝結未反應的多余蒸汽，從而在將蒸汽送往變壓吸附單元(PSA)進行產(chǎn)品提純之前將其從粗氫氣流中分離出去。

PSA產(chǎn)生凈化的氫產(chǎn)品流和PSA脫附流出物或尾氣流。尾氣中含有未回收的氫以及PSA進料中所含的其它雜質，包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氮。此尾氣流一般被作為燃料在蒸汽重整器爐中燃燒，以提供驅動該吸熱性重整反應所需的大部分熱量。還通過燃燒輔助的燃料如天然氣或精煉廠燃氣提供補充的熱量。蒸汽重整爐中產(chǎn)生的熱煙道氣也被冷卻以回收余熱，用于預熱蒸汽重整器進料，產(chǎn)生蒸汽和預熱燃燒空氣。

在氣化過程中，適合的烴原料如煤、石油焦油或重油被準備和供應給一或多個氣化器。在氣化器容器中，進料被加熱并與氧反應產(chǎn)生主要含一氧化碳和氫以及較少量的甲烷、二氧化碳、氮氣、氬氣、蒸汽和含硫化合物的合成氣。氣化器流出物可通過直接注入水驟冷或通過在熱量回收設備中制造蒸汽而冷卻。

由于氣化器流出物中含有大量的一氧化碳，所以使合成氣體流穿過多個耐硫變換催化劑床以通過水-氣變換反應將一部分一氧化碳轉化成氫。

由該放熱變換反應產(chǎn)生的額外余熱被在變換部分回收。然后變換的合成氣體被通往脫酸性氣單元(AGR)以除去合成氣體中所含的硫和二氧化碳。來自脫酸性氣單元的粗氫氣流被引入PSA以提純氫產(chǎn)品。

或者，該脫酸性氣單元可以除去含硫化合物，后接水-氣變換，再接CO₂去除AGR和PSA。

近來出現(xiàn)了大量與加拿大油砂操作的膨脹有關的行動，主要涉及將油砂中含有的瀝青或重油改質成價值更高的合成原油。由于改質過程通常會消耗大量的氫，所以精制器必須在蒸汽重整過程或氣化過程之間進行選擇作為制氫的手段。

在Petro-Canada?Oil?Sands?Inc.的Fort?Hill?Sturgeon?Upgrader項目中，精制器計劃安裝以天然氣為原料的蒸汽重整器以向膨脹的初始階段(一個或多個)提供可靠的氫供給，如以下所述：the?Application?for?Approvalof?Fort?Hills?Sturgeon?Upgrader，第1卷，項目說明，第2部分，處理設施，2.5.2.7分部，氣化單元，2006年12月。當膨脹進行到隨后的階段，重油、瀝青質或石油焦油變得可利用時，精制器計劃安裝氣化器以供應基本上完全膨脹所需的所有氫。階段1中建造的蒸汽重整器制氫設備將以最低處理量運行以減少天然氣的引入。在階段2和3，氣化單元將提供其余的總計410,000Nm³/h的氫。在氣化單元檢修停機及其它操作中斷時期，蒸汽重整器制氫設備將加速運行以滿足該氫需求，這將消除對備用(spare)氣化單元機組的需求。氣化單元允許了可能的將來CO₂回收和隔離。

操作甚至在深度降負荷運轉(deep?turndown)情況下的催化蒸汽重整器都存在的問題在于其將持續(xù)昂貴地消耗進料如天然氣。

減少催化蒸汽重整器進料和/或在催化蒸汽重整器降負荷運轉(turndown)和/或深度降負荷運轉期間用作燃料的進料的消費量將是可取的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種整合了催化蒸汽重整器和氣化器的制氫方法。