制氢工艺简介
工艺控制
闫吴东（中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司，河北任丘062552）
李建伟
张爱民
摘要：本文主要介绍了各种制氢工艺路线，详细介绍了应用较广的烃类蒸汽转化制氨工艺及反应机理。
关键词：制氢；工艺；类转化
在制氢工艺路线选择上，采用不同原料和工艺有多种选择，但长时间以来以天然气为原料制氢的工艺路线一直占有重要的地位，尽管能源危机以来，天然气一直在涨价，煤炭制氢工艺路线受到了较大的重视。国外在进行了利用太阳能水能、风能及海洋能等制氢实验性研究后，预测电解水用于制氢的前景不可估量，但规模化生产还需要一定时间。天然气制氢由于其工艺流程较短，建设投资少，天然气的主要成分一一甲烧转化为氢气的效率极高，具有生产率高，总能耗低等优点，它在目
前和今后一段时间内仍有很大的竞争力。 1制氢工艺简况
国外制氢的主要工艺方法有以烃类(天然气等)为原料的自热转化法、蒸汽转化法和以石油、重油为原料的部分氧化法等制氢工艺，还有利用氨厂弛放气、甲烷化尾气、甲醇尾气、催化重整尾气等富氢气体用变压吸附、低温法或薄膜渗透等方法精制得到一定纯度的氢气。在众多的制氢工艺路线中以经类(天然气)为原料的蒸汽转化等工艺在制氢工业上占有较大的优势。蒸气-经类转化制氢法这种工艺技术起源较早，最初是在 1913～1927年研究发展起来的，当时，最初包括的主要工艺有 Foster, Topsoe, Technip(KT1), Uhde, Linde 等等。
近二十年来，随着科学技术的发展，变压吸附(PSA)技术逐新得到成熟和完善，在制氢工艺中用能耗较低的PSA净化分离系统。该系统在简化流程和操作，实现节能等方面效果明显。近年来，由于炼油行业需要更多的氢气用于加氢处理原油，氢气用量快速增长，制氢装置的规模越来越大。据统计，采用 Technip(KT1),Uhde,Linde三家工艺技术建设的大型制氢装置业绩最多。目前，在加拿大建设的最大的单系列甲烷蒸汽转化法制氢装置中便采用了Technip(KT1)工艺，能力达23.6万标准立方米小时。甲烷蒸汽转化法制氢工艺的技术核心是蒸汽转化部分，蒸汽转化工序关键设备是转化炉，它包括辐射段和对流段，多年来改进的重点是辐射段转化系统的设计和优化对流段热回收工艺，不断改进和优化节能设计使整个转化炉的总热效率可提高到91一93%。C0变换技术包括高温变换、高温变换串低温变换或中温变换工艺。采用高申低变换工艺可提高CO变换率，从而节省原料天然气的消耗。但PSA尾气的热值降低，燃烧气用量增加，整个热效率提高不多，同时低变催
化剂价格高、增加低变设备，开车还需要催化剂升温还原设备使工艺流程变得复杂，装置的投资也增加。因此只有当燃烧气的价格比原料天然气的价格低得多时，选择高串低变换工艺才有意义，一般情况下制氢装置的变换系统都不设低变。氢气分离系统采用PSA工艺技术，可满足高纯度的氢气产品，同时工艺操作简单，自动化程度高，操作弹性大，成本低，是天然气转
化制氢工艺中的最佳搭配选择。 2制氢化学反应机理
蒸气-烃类转化制氢装置由多部分组成，广泛包含脱硫与净化、水蒸气转化、变换、PSA净化、余热回收等等。各环节均需经过复杂的化学反应过程。同时，装置各组成部分的催化剂又有所不同，为了保证正常生产，有必要了解下每个过程的生产原理及催化剂性能。其中，制氢工艺的核心一蒸汽转化部分的反应机理如下：
烃类的蒸汽转化是以烃类为原料，在催化剂作用下使组成为CnHm的烃类和水蒸汽反应，转化为气体H:和CO，同时伴生 CO,和少量残余的CH，其中H是本装置的目的产物。转化炉出口的转化气中甲烷含量>5.0%(干基)。
1轻经裂解蒸汽转化反应
C,H, + 2H;O → CH + CO: +3H:
C,H, + H,O → CH, + CH, + CO+H 2甲烷-蒸汽转化反应
CH, + H;O → CO + 3H CH, + 2H,O→ CO: + 4H;
3结语
根据对制氢工艺流程的了解，可以看出，适用于各类规模的工业化装置运行，蒸汽转化制氢工艺优势显著。无论是设
计、设备制造、操作、管理等方面都有丰富的经验。参考文献：
[1]李琼久主编《合成氨工艺与碳一化学
——氟肥生产工艺
的创新》，四川科技技术出版社，2000年
[2]化肥设计)2002年第40卷朱平等"甲烷蒸汽转化法制氢工艺评述”
作者简介：
李建伟(1981.3一）.男，籍贯：河北吕黎，就职于中国石油华北石化公司，本科，工程师，研究方向：化学工程与工艺。
张爱民，中国石油华北石化公司，河北乐亭人；闫吴东，中国石油华北石化公司，河北保定人。
2016年1月
化置#|199