天然氣制氫的基本原理及工業(yè)技術(shù)進展

自然氣制氫的根本原理及工業(yè)技術(shù)進展一、自然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的根本原理蒸汽轉(zhuǎn)化反響的根本原理90%以上，爭論自然氣蒸汽轉(zhuǎn)化原理可以甲烷為例來進展。甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響為一簡潔的反響體系，但主要是蒸汽轉(zhuǎn)化反響和一氧化碳的變換反響。主反響：CH+HO===CO+3H4 2 2CH+2HO===CO+4H4 2 2 2CH+CO===2CO+2H4 2 2CH+2CO===3CO+H+HO4 2 2 2CH+3CO===4CO+2HO4 2 2CO+HO===CO+H2 2 2副反響：CH===C+2H4 22CO===C+CO2CO+H===C+HO2 2副反響既消耗了原料，并且析出的炭黑沉積在催化劑外表將使催化劑失活，因此必需抑制副反響的發(fā)生。轉(zhuǎn)化反響的特點如下：可逆反響 在確定的條件下，反響可以向右進展生成CO和H2左進展，生成甲烷和水蒸氣，稱為逆反響。因此生產(chǎn)中必需COH2H

，因此當(dāng)其他條件確定時，降低2壓力有利于正反響的進展，從而降低轉(zhuǎn)化氣中甲烷的含量。吸熱反響 甲烷的蒸汽轉(zhuǎn)化反響是強吸熱反響，為了使正反響進展的更快更徹底就必需由外界供給大量的熱量，以保持較高的反響溫度。氣-固相催化反響甲烷的蒸汽轉(zhuǎn)化反響，在無催化劑的屬于氣-固相催化反響?；瘜W(xué)平衡及影響因素反響速率及影響速率在沒有催化劑的狀況時，即使在相當(dāng)高的溫度下，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響的速率也是很慢的。當(dāng)有催化劑存在時，則能大大加快反響速率；甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響速率對反響溫度上升而加快，集中作用對反響速率影響明顯，承受粒度較小的催化劑，削減內(nèi)集中的影響，也能加快反響速率。影響析炭反響的因素降低催化劑的活性，增加床層阻力，影響生產(chǎn)力。在甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響中影響析炭的主要因素如下：轉(zhuǎn)化反響溫度越高，烴類裂解析炭的可能性越大。碳比降低則簡潔發(fā)生析炭現(xiàn)象。烴類碳原子數(shù)越多，裂解析炭反響越簡潔發(fā)生。炭的可能性。炭黑生成的抑制及除炭方法抑制炭黑生成的方法保證明際水碳比大于理論最小水碳比選用活性好，熱穩(wěn)定行好的催化劑防止原料氣及蒸汽帶入有害物質(zhì)，保證催化劑的良好活性除炭方法當(dāng)析炭較輕時，承受降壓、削減原料烴流量、提高水碳比等方法可除炭當(dāng)析炭較嚴(yán)峻時，承受水蒸氣除炭，反響是如下：C+HO===CO+H2 2在水蒸氣除炭過程中首先停頓送入原料烴，連續(xù)通入水蒸氣，溫度把握在750~800℃，經(jīng)過12～24h黑除去。承受空氣與水蒸氣的混合物燒炭。首先停頓送入原料烴，在蒸汽中參與少量的空氣，送入催化劑床層進展7008h即可將炭黑除去。二、工藝條件的選擇壓力由于轉(zhuǎn)化反響的化學(xué)平衡可知，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響宜在較低壓力下進展。但目前行業(yè)上均承受加壓蒸汽轉(zhuǎn)化，一般壓力把握3.5~4.0MPa5.0MPa。溫度一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度是打算轉(zhuǎn)化氣從出口組成的主要因素，可通過降低一段轉(zhuǎn)化爐的水碳比但要保持剩余甲烷含量不變，則必需提高溫度。而溫度對轉(zhuǎn)化爐的爐管使用壽命影響很大，溫度過高，爐管使用壽命縮短。因此在可能的條件下，轉(zhuǎn)化爐的出口溫度不宜太高，如大型氨廠壓力為3.2MPa時，出口溫度把握在800℃。二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度在二段壓力、水碳比和出口剩余甲烷含量確定后，即可確定下來。水炭比水碳比是轉(zhuǎn)化爐進口氣體中，水蒸氣與含烴原料中碳物質(zhì)量之比，它是原料氣的組成因素，在操作變量中最簡潔轉(zhuǎn)變。提高進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的水碳比，不僅有利于降低甲烷的平衡含量，也有一段轉(zhuǎn)化爐蒸汽用量將會增加，系統(tǒng)阻力也將增大，導(dǎo)致能耗增加。因此水碳比確實定應(yīng)當(dāng)綜合考慮。目前節(jié)能性的合成氨流程2.5~2.75。.空間速率空間速率表示每平方米催化劑每小時處理的氣量，簡稱“空所承受的空速并不一樣。當(dāng)空速提高時，生產(chǎn)強度加大，同時有利于傳熱，降低轉(zhuǎn)化管外壁溫度，延長轉(zhuǎn)化管壽命。但過高的空速會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化管內(nèi)阻力增加，而對裝置來說適宜的阻力降是確定空速最重要的因素。另外空速過高，氣體與催化劑接觸時間段，轉(zhuǎn)化反響不完全，轉(zhuǎn)化氣中甲烷含量將上升。三、國外自然氣制氫的工業(yè)技術(shù)進展目前，擁有自然氣制氫技術(shù)的國外公司主要合法國的德希尼布(Technip)，(Lurgi)、林德(Linde)和伍德(Uhde)，英國的福斯特惠勒(FosterWheeler)及丹麥的托普索(Topsoe)等，綜合能耗基本在11.30-12.56GJ/1000m3H。自然氣制氫主要承受白熱轉(zhuǎn)化法和蒸汽轉(zhuǎn)化法兩種工2TechnipUhdeLindeTechnip23.6×104m3/h。自然氣制氫的工藝流程由原料氣處理、蒸汽轉(zhuǎn)化、CO變換和氫氣提純四大單元組成：①料氣處理單元Co-MoZnO燃?xì)怛?qū)動。②蒸汽轉(zhuǎn)化單元核心是轉(zhuǎn)化爐，擁有自然氣制氫技術(shù)的各大公司轉(zhuǎn)有利于轉(zhuǎn)化深度的提高，從而節(jié)約原料消耗。CO變換單元(350～400℃)和中溫變換(低于300～350℃)。近年來，由于留意對資源的節(jié)約，在變CO藝設(shè)置，以近一步降低原料的消耗。④氫氣提純單元 各制氫公司在工藝中已承受能耗較低的變壓吸附(PSA)凈化分別系統(tǒng)代替了能耗高的脫碳凈化系統(tǒng)和甲烷化工序，實現(xiàn)節(jié)能和簡化流程的目標(biāo)，在裝置出口處可獲得純度高達99.9％的氫氣。各制氫公司承受購置相關(guān)的設(shè)計和設(shè)備國外主要PSA技術(shù)供給商有UOP、Linde、AirLiquide和AirProducts公司。轉(zhuǎn)化催化劑、轉(zhuǎn)化催化劑、變換催化劑和PSA吸附劑等多種催化劑。加氫催化劑Co-MoNi-Mo5ZnO，一般半14—5上，變換催化劑的壽命為5年以上。國外催化劑供給商主要有Synetix、Sud-Chemie及丹麥的TopsoeTopsoe公司擁有除PSA吸附劑之外的自然氣制氫的各種性化劑，其他公司則需要和制氫催化劑的生產(chǎn)商進展合作。四、國內(nèi)自然氣制氫的工業(yè)技術(shù)進展PSA器設(shè)計的限制，目前國內(nèi)僅在中、小型裝置中使用。五、自然氣制氫最研發(fā)動態(tài)CO2

CO2