托普索製氫工藝技術經濟評價

烴類轉化製氫工藝主要包括原料淨化
、烴轉化
、CO變換及產物氣提純等過程。傳統烴類轉化製氫主要采用輻射式轉化爐(SMR)工藝。該工藝技術成熟，但能耗高、外輸蒸汽量大
，導致氫氣產量降低。針對這一問題，托普索公司推出對流式轉化爐工藝(HTCR)、換熱式轉化爐工藝(HTER)
，可以實現原料能量全部轉化到產品氫氣中，而不向外輸出蒸汽，提高了能量利用效率及氫氣產量。

　　1 對流式轉化爐工藝

　　對於規模5000-30000m3/h的製氫裝置
，托普索公司推薦使用對流式轉化爐工藝(HTCR)。該工藝不僅高效
，而且布局緊湊
，操作方便。

　　1.1工藝流程

　　HTCR工藝流程見圖1。

　　原料經過預熱
、脫硫後與蒸汽混合進入預轉化爐
，部分原料轉化成一氧化碳和氫氣。預轉化爐出口物流進入HTCR轉化爐．在HTCR轉化爐內繼續反應。HTCR轉化爐出口氣體經過熱回收後
，進入變換反應器進行變換反應，變換氣經PSA提純後得到合格氫氣產品。

　　1.2HTCR轉化爐結構

　　HTCR轉化爐結構及工作原理見圖2。

HTCR轉zhuan化hua爐lu由you橫heng向xiang燃ran燒shao室shi和he縱zong向xiang反fan應ying管guan束shu組zu成cheng
，每mei根gen反fan應ying管guan外wai裝zhuang配pei一yi根gen環huan行xing煙yan氣qi導dao管guan。燃ran燒shao室shi中zhong燃ran料liao氣qi和he空kong氣qi發fa坐zuo燃ran燒shao反fan應ying產chan生sheng高gao溫wen煙yan氣qi，煙yan氣qi從cong管guan束shu底di部bu向xiang上shang經jing過guo煙yan氣qi分fen布bu孔kong進jin入ru到dao管guan束shu外wai壁bi間jian隙xi。管guan束shu外wai壁bi間jian隙xi上shang有you許xu多duo氣qi體ti分fen布bu孔kong和he折zhe流liu擋dang板ban．以yi保bao證zheng煙yan氣qi高gao效xiao傳chuan熱re。通tong過guo環huan管guan的de熱re通tong量liang由you一yi個ge專zhuan利li控kong製zhi設she備bei調tiao節jie。工gong藝yi氣qi由you催cui化hua劑ji床chuang層ceng上shang部bu進jin入ru到dao對dui流liu式shi轉zhuan化hua管guan催cui化hua劑ji床chuang層ceng中zhong

，自zi上shang而er下xia流liu動dong
，隨sui著zhe溫wen度du升sheng高gao轉zhuan化hua深shen度du不bu斷duan提ti高gao
，在zai轉zhuan化hua管guan底di端duan達da到dao最zui大da，然ran後hou進jin入ru轉zhuan化hua管guan中zhong心xin的de上shang集ji氣qi管guan．從頂部出反應管。轉化過程需要的熱量由轉化管外環行通道中對流的高溫煙氣提供。

　　1.3HTCR爐工藝特點及經濟指標

　　HTCR爐的突出特點是燃燒室以變壓吸附過程尾氣為原料，燃燒釋放出熱量的80%得到利用．過程不輸出蒸汽，而傳統轉化過程的輻射式轉化爐熱利用效率僅為50%
，要外輸一定量蒸汽。

　　HTCR裝zhuang置zhi投tou資zi低di，原yuan料liao單dan耗hao低di，產chan氫qing率lv高gao，因yin而er操cao作zuo成cheng本ben也ye低di。裝zhuang置zhi布bu局ju緊jin湊cou，可ke設she計ji成cheng固gu定ding滑hua履lv式shi裝zhuang置zhi，實shi現xian預yu先xian組zu裝zhuang，進jin而er可ke縮suo短duan裝zhuang置zhi建jian設she周zhou期qi
，降jiang低di建jian設she成cheng本ben。HTCR裝置可在30%-100%負載下實現自動操作，具有快速的載荷響應。

　　對於一個15000m3/h製氫裝置采用HTCR轉化爐和輻射式轉化爐(SMR)的主要消耗對比見表1。

從表1可以看出，生產相同量的氫氣，HTCR工藝的原料加燃料的消耗較SMR工藝降低10%。

　　2換熱式轉化爐工藝

　　托普索公司開發的換熱式轉化工藝（HTER）是在輻射式轉化爐(SMR)之後增加一台換熱式轉化爐
，利用SMR爐出口的高溫工藝氣作為HTER爐上部工藝氣的熱源。

　　2.1HTER工藝流程

　　HTER工藝流程見圖3。

部分原料烴經過預熱、脫硫後，與蒸汽混合進入到預轉化爐
，在預轉化爐內將烴類中C2以yi上shang烴ting轉zhuan化hua為wei甲jia烷wan，出chu口kou氣qi再zai次ci預yu熱re後hou進jin人ren到dao管guan式shi轉zhuan化hua爐lu內nei
，在zai管guan式shi轉zhuan化hua爐lu內nei甲jia烷wan和he水shui蒸zheng氣qi發fa生sheng轉zhuan化hua反fan應ying。另ling一yi部bu分fen烴ting類lei經jing過guo脫tuo硫liu後hou，與yu蒸zheng汽qi混hun合he，直zhi接jie進jin入ru到daoHTER反應爐內管層發生蒸汽轉化反應．反應所需熱量來自管式轉化爐出口氣。兩股氣體混合出HTER轉化爐。

　　2.2換熱式轉化爐

　　托普索公司開發的換熱式轉化爐主要有兩種類型，一種是CATIT型轉化爐
，另一種是刺刀式(TBR)轉化爐。

　　2.2.1CATIT型轉化爐

　　CATIT型轉化爐示於圖4。轉化爐內部有列管．guanneitianzhuangcuihuaji。xiabushiqitihunhequ。dingbugongyiqiyoushangbujinrudaocuihuajichuangceng，guanshizhuanhualudegaowengongyiqicongdibujinru，hedingbudegongyiqihunhehouzuoweireyuangeidingbuxiangxialiudongdegongyiqitigongfanyingre。

2.2.2TBR轉化爐

　　TBR轉化爐示於圖5。它與CATIT型轉化爐的區別在於：CATIT型轉化爐頂端工藝氣在轉化爐內與一段轉化出口氣先混合，然後再作為熱源給頂部工藝氣預熱：而TBR式轉化爐兩股工藝氣在轉化爐底部不混合．底部工藝氣單獨作為熱源給頂部工藝氣預熱
，頂部入口的工藝氣是從反應管內部集氣管由下到上給催化劑床層內氣體預熱。相比較而言．TBR式轉化爐底部有更高的轉化溫度。

2.3HTER工藝特點及經濟指標

　　HTER既適用於大產能的新建廠，也適用於傳統SMR工藝擴能改造
，改造後的工藝少/沒有蒸汽輸出。其特點是投資低，占地少，改造時間短，可提高產能30%。

　　表2為60000m3/h製氫裝置擴能改造前後裝置主要經濟指標，改造費用為新裝置的60%。從表2可以看出，在提高產能25%的情況下
，原料消耗下降10%。 3新式轉化爐與傳統輻射式轉化爐工藝對比

　　新工藝核心是采用了對流式、換熱式轉化爐替代傳統的輻射式轉化爐(SMR)
，其優點是高效、布局緊湊
、操作方便。

　　輻射式轉化爐將全部輸入能量的30%轉化為蒸汽輸出，將50%能量轉化為氫氣輸出，而新式轉化爐可以將全部輸入能量的80%轉化為氫氣輸出
，而整個裝量無蒸汽輸出
，極大地提高了裝置製氫產量。見圖6。3000m3/h製氫裝置采用新工藝與傳統工藝的工況比較見表3。 從表3可以看出，HTCR工藝及TBR工藝新建裝置的固定資產投資較SMR工藝降低10%。

　　4結束語

　　托普索公司在製氫領域具有10多年的工業經驗已經設計過250套以上的製氫裝置
，最大規模達200000m3/h。托普索公司推出的對流式、換熱式轉化製氫新工藝具有投資少、能耗低、最大程度生產氫氣的特點
，是新建裝置及老裝置改造的可靠選擇。