8月16日

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2012年7月

Gasifying coke to produce hydrogen ?in refineries

焦炭气化生产氢气用于加氢处理比蒸汽甲烷重整需要更多的资本,但不易受天然气价格波动的影响

Tek Sutikno和Kevin Turini
福陆企业

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文章摘要

石油精炼厂可以满足加氢处理的氢气需求的一种方法是将石油焦气化。这对于包括炼焦设施的炼油厂特别有吸引力,该炼焦设施例如是生产石油焦的延迟或流体焦化装置。炼油厂在过去的两到三十年中需要更多的氢气,这是因为需要更广泛的加氢处理(加氢处理和加氢裂化)来处理或提炼重质原油,并去除硫和氮以满足更严格的运输燃料规格。

为了能够处理较重的原油,以最大限度地提高有价值的馏出物或轻质烃的产量,一些炼油厂通过增加升级装置(例如加氢裂化器,加氢处理装置或热裂化装置(如延迟焦化器),以及流化床催化器)来扩展其复杂性。裂化(FCC)单元。所有这些单元使炼油厂能够加工较重或较酸的原油(与较轻质的原油相比通常具有较低的成本优势),并使重质原油馏分最大程度地转化为更有价值的较轻质馏分产品。加氢处理或加氢裂化装置的增加增加了精炼厂的氢气需求,热裂解装置产生焦炭和其他有价值的馏出物或轻质烃。为了满足对氢气不断增长的需求,炼厂管理者通常需要从许多可用的替代方案中选择一种方案来产生或供应更多的氢气。这些可能因一家精炼厂而异,但通常包括以下内容:
&公牛;从炼厂燃料气中回收氢气
&公牛;扩大现有的催化重整器的生产能力,以增加氢气的产生(如果可用和可行的话),以满足汽油的最大苯限量
&公牛;扩大蒸汽重整单元(或制氢单元)(如果有)
&公牛;安装新的蒸汽重整装置,该装置通常使用燃气或石脑油
&公牛;越界(OTF)氢气进口
&公牛;将现有或新的焦化装置中的焦炭气化以产生氢气。

在这些替代方案中,将延迟焦化器或热裂化装置中的焦炭气化可能是迄今为止为扩大制氢能力而实施的最不常见的方案。但是,鉴于有利的市场条件,对于某些精炼厂而言,将焦炭气化为氢气可能是一种经济上有吸引力的选择。在最终为炼油厂选择新的制氢方案之前,应考虑和评估焦炭的可用性以及替代原材料的价格波动。本文概述了炼油厂中用于产生氢气的焦化气化技术,并讨论了在炼油厂中优化整合焦化制氢装置的设计方案’的操作。

焦炭制氢
焦炭或煤的气化通常涉及具有不同的补充反应物进料方案和变化的气化反应条件的许可过程。例如,空气直接送入鼓风气化炉,而其他气化炉则从空气分离装置中送入高纯度(约99.5%)的氧气。蒸汽也直接供入一些干式进料气化炉,而另一些则供入煤或焦炭和水的浆液中。反应条件的压力通常在430 psig至约1200 psig(30-80 bar)之间变化,反应出口温度最高可达到约2700°((1480°C)。产品组成根据所选的气化技术和石油焦的特性而变化。为了气化石油焦炭,气化器通常产生典型的H 2 -CO摩尔比小于1的合成气。相对于H2或CO而言,CO2,H2O和CH4是较低浓度的副产物成分。此外,合成气还被H2S,CO2,COS和其他硫化合物污染。来自气化炉的粗合成气可以通过蒸汽发生系统或骤冷和洗涤段进行冷却,在粗蒸汽中,粗合成气在目标温度下被水饱和,该温度足以在下游变换反应单元中将CO和H2O转化为H2和CO2。

对于概念评估阶段的粗略估算,每磅焦炭可产生约27 scf的氢气。虽然典型的炼油厂可能产生的焦炭量取决于许多因素,例如原油特性,精炼方案等,但每1000桶原油中,炼油厂平均可产生12.5吨焦炭。焦炭收率会有所变化,具体取决于原油特性(例如Conradson碳含量),并且通常会随着原油原料的加重而增加。

例如,一个20万桶/天的炼油厂产生约2500吨/天的可气化石油焦,产生约135 MMscfd的氢气。如果使用液化石油气从常规蒸汽重整过程中产生氢气,则将需要约8000 b / d(不包括燃料需求)的液化石油气作为原料,而蒸汽重整除原料外还需要大量燃料材料。

将焦炭气化为氢气
显然,在考虑气化方案时,需要评估成本竞争力,技术成熟度和操作可靠性。评估的另一个重要方面是,新焦炭气化设施中的工艺单元与现有或计划中的炼油厂运营的最佳设计集成。最佳整合将使气化焦炭用于制氢的经济利益最大化,并增强整个炼油厂运营的竞争力。接下来讨论集成问题的示例。

图1显示了将焦炭气化以生产氢气的典型流程图。通常需要氧气吹气气化炉才能从焦炭中产生氢气。然而,用于从环境空气中分离氧气的空气分离单元构成总投资成本的重要部分。直接利用空气中的氧气的鼓风气化炉产生的合成气具有高浓度的氮,并且所产生的合成气更适合于使用燃气轮机发电而不是产生氢气。

对于将焦炭作为可泵送的浆液供入的气化炉,将水而不是蒸汽供入气化炉。水或蒸汽用作生成氢气和气化炉淬火介质的反应物。来自气化炉的合成气在进入转换单元之前需要进行冷却和洗涤,以除去颗粒物,在该单元中,CO与H2O反应生成H2和CO2。


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