l6562赵岩
【摘 要】炼油厂常规的3种制氢工艺为烃类蒸汽转化法(SMR)、原料部分氧化法(POX)和变压吸附法.介绍了煤制氢气技术的工艺方法、“三废”处理、及应用实例,并将煤制氢与天然气制氢的技术、经济指标进行了全面对比,结果表明,对于150 kt/a的煤气化制氢装置,煤的用量为1.3 Mt/a;若用天然气代替煤来生产氢气,则达到同样规模需要天然气510 kt/a.煤和天然气的价格分别以1 270和6 500 RMBY/t计算,则从原料成本看,煤制氢比天然气制氢低16.6×108 RMB￥/a.据Shell Global Solution的研究结果,国际油价在377.39 US $/m3以下时,天然气制氢更具有优势；国际油价在377.39～ 503.19 US$/m3时,煤制氢和天然气制氢的成本基本相当;当国际油价高于503.19US $/m3时,煤制氢的成本优势会随着原油价格上升表现得更为明显.惠州炼油分公司天然气制氢装置天然气原料平均价格为4.2 RMB￥/m3,所生产的氢气成本为1.86×104 RMB￥/t;煤炭价格以到厂价950 RMB￥/t计算,煤制氢的产氢价格应为1.4×104RMBY/t.可见,煤制氢成本远远低于天然气制氢.指出选择煤制氢技术生产氢气具有较强的抗风险能力和核心竞争力,是国内全加氢型炼油厂的发展方向.%3 common hydrogen generation processes i. e. steam methane reforming (SMR.) process, POX process and pressure swing absorption (PSA) process are introduced. The coal to hydrogen process, wastes treatment and applications are described in detail. The comparison of technology and economic index of coal to hydrogen process and natural gas ( NG) to hydrogen process shows that the coal requirement is 1. 3 MM TPY for a 150,000 TPY coal to hydrogen unit, If NG is used to replace coal to produce hydrogen for the same capacity, the required NG feed is 510,000 TPY. At a price of 1 270 Yuan RMB per ton of coal and 6 500 Yuan RMB per ton of NG, the cost of production of hydrogen from coal is 16. 6 × 108 Yuan RMB/yr lower than that from NG. Based upon the study of Shell Global solution, production of hydrogen from NG is more advantageous when international crude oil price is lower than 377. 39 US $/m3. When world crude oil price is at 377. 39-503. 19 US $ /m , the cost of production of hydrogen from coal is similar to that of from NG. When the world crude oil price is higher than 503. 19 US $/m , the coal to hydrogen becomes increasingly advantageous with the rising crude oil price. The average price of feed NG of NG hydrogen generation unit in Huizhou Refinery Company is 4. 2 Yuan RMB/m3. The cost of hydrogen production is 18
600 Yuan RMB/t. When the in-plant coal price is 950 Yuan RMB/t, the cost of hydrogen production from coal is 14 000 Yuan RMB/t, which is greatly lower that that of hydrogen generation from NG. Therefore, the selection of coal to hydrogen process for hydrogen production, which offers a greater risk resistance and a higher competivity, is the right selection for the development of hydroprocessing refineries in China.
【期刊名称】《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2012(042)004
【总页数】4页(P11-14)
【关键词】制氢;煤制氢;天然气制氢;加氢;技术经济;发展方向
【作 者】赵岩
【作者单位】中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司,广东省惠州市516086
【正文语种】中 文
随着成品油质量升级步伐加快，国内各大炼油厂都在进行产品质量升级改造，各种加氢工艺应用越来越广，新建炼油厂大多选择了全加氢工艺路线，以满足轻质油收率、产品质量、综合商品率等关键技术经济指标要求。氢气已成为各炼油厂不可缺少的重要资源，在生产运行中占有举足轻重的地位，增加氢气产量和降低氢气成本已经成为共同追求的目标。
惠州炼油分公司二期项目就是在已经建成投产的12 Mt/a炼油装置基础上，新增10 Mt/a炼油和1 Mt/a乙烯项目。炼油部分选择了常减压蒸馏-渣油加氢-催化裂化-产品精制的工艺路线，该项目氢气缺口总量达到150 kt/a。因此，正确选择制氢工艺是提高炼油厂核心竞争力的关键所在。
1 几种常见的制氢工艺
国内外当前氢气制备工艺主要有3种方法，即烃类蒸汽转化法(SMR)、原料部分氧化法(POX)和变压吸附法。
1.1 烃类蒸汽转化制氢
蒸汽转化法主要采用轻质原料，如石油天然气、炼油厂干气、液化石油气和石脑油。因石脑油价格昂贵，已经逐渐退出了蒸汽转化制氢原料范围，国内现有蒸汽转化制氢大多以气体为原料。此方法采用SMR(甲烷蒸汽重整)技术，将精制后的烃类气体与水蒸气按一定比例混合，进入装有催化剂的多根转化炉列管内发生转化和变换反应，生成富含氢气和一氧化碳的转化气，再经过变换反应得到氢气，变换气经过提纯工序获得高纯度的氢气。该工艺的优点是技术成熟，原料清洁环保，设备可靠，投资不高，装置可实现长周期运行;缺点是炼油厂烃类气体量受限制(特别是干气)，天然气价格昂贵，氢气成本高。
1.2 原料部分氧化制氢
部分氧化法主要采用重质原料，如石油炼制过程中的重质渣油、石油焦以及煤炭等。用煤制取氢气，其核心技术为先经过不同的气化技术将固态煤转变为气态产物，再经过低温甲醇洗等分离过程，进一步转换成高纯度的氢气。该工艺的优点是技术日臻成熟，原料成本低，装置规模大;缺点是设备结构复杂、运转周期短、投资高、配套装置多。
1.3 变压吸附制氢
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变压吸附法制氢是以炼油厂干气、尾气、合成气为原料，将其中的氢气分离出来，适用于氢气消耗量很小的炼油厂。其特点是工艺、设备简单，投资小，制氢成本低，但产氢量少。
2 煤制氢气技术
2.1 工艺方法
煤气化是煤或煤焦与气化剂(空气或氧气)在高温下进行部分氧化反应(POX)，将煤或煤焦中的有机物转化为煤气的过程。由原料制备系统制备的煤浆或煤粉在气化剂、蒸汽中均匀混合并被雾化，在高温气化炉中生成以CO+H2为主的合成气，再经过变换、酸性气体脱除(低温甲醇洗工艺)、氢气提纯等工序，得到高纯度的产品氢气。其典型流程示意见图1。
从煤气化技术的发展看，气流床气化代表着煤气化的潮流，适合比较大规模的装置，但其对煤炭性质有一定要求，煤炭中的水含量和挥发分要相对较低;灰熔点不能太高;热值不能太低。
图1 煤制氢工艺流程示意Fig.1 Flow diagram of hydrogen from coal gasification
2.2 “三废”处理
煤制氢工艺过程产生的“三废”均得到了合理处置［1］。气化过程产生的灰渣可填埋处理;灰水经过本装置预处理后，达到送污水处理场指标，继续处理后达标排放或回用标准;酸性气脱除过程产生的硫化氢送往硫黄回收装置制硫黄;变换气经过二氧化碳脱除塔产生较高纯度(达到97%)的二氧化碳气体，采用冷却吸附工艺，继续提纯可生产市场需求的工业级和食品级二氧化碳，或进一步处理减少往大气的排放。
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数字投影仪2.3 应用实例
手机盒>隧道式搪瓷烧结炉煤气化技术在欧美地区已经得到广泛的推广应用，在我国近几年发展很快。例如，金陵石化化肥厂、南化集团、南京惠生;中石化下属的齐鲁石化、茂名石化、九江石化;大连大化等公司先后从GE公司获得了水煤浆气化专利的使用授权，部分装置已经投产运行，部分装置正在建设中。该气化技术在设计和工程建设上已经比较成熟，基本上解决了气化技术影响工业化和稳定生产的核心问题。
3 煤制氢与天然气制氢的经济技术指标对比
