能源环保与安全
天然气制氢技术简介及应用中的关键问题
聂铭辰 中海沥青股份有限公司
【摘 要】在大型化工企业中，天然气制氢过程主要是天然气的蒸汽转化过程，包括原料气预处理、一氧化碳转化和氢气净化四个单元。转炉是蒸汽转化的核心技术和关键设备。本文详细介绍了上述四种机组的工作原理、工艺流程及关键操作参数。根据作者的工作经验，提出了天然气蒸汽的概念。工程技术改造和调试过程中应注意的关键问题。【关键词】天然气制氢技术；简介；应用
氢气作为十分重要的工业原料和还原剂，在工业生产中有着十分重要的作用，不仅如此，氢气还广泛应用于石油及化工等领域中。目前，国内外制氢方法有很多种，主要有：天然气制氢法、碳氢制氢法、煤制氢法、电解制氢及生物质制氢的方法等。其中，大规模化工生产常用的方法有天然气蒸汽转化制氢和煤气化制氢。一、国内外天然气蒸汽转化制氢技术
国内外以天然气为原料的制氢工艺主要有蒸汽重整法、部分氧化法、催化裂化法、甲烷自热催化重整法等。蒸汽重整技术在制氢工业中具有很大的优势，本文主要介绍了该技术。
二、国外天然气蒸汽转化制氢技术
１． 国内天然气蒸汽转化制氢技术经过多年对国外技术的消化吸收，以及自主设计和改进，我国已成功地设计和建造了一些大型蒸汽转化炉，并自主研发出整套生产设备，从而完全可以实现氢气国产化。国内产品的先进技术可以满足脱硫、ＣＯ转化和氢气净化的需要。然而，我国现在的超大型设备的蒸汽重整装置应有一些不足，需要国外先进的技术来加以改正。
２．天然气蒸汽转化制氢工艺流程（１）燃料天然气脱硫
在一定的温度和压力条件下， 原料天然气通过氧化锰（ＭｎＯ）和氧化锌（ＺｎＯ）脱硫剂脱硫，将原料天然气中的有机硫和 Ｈ２Ｓ 脱硫至 ０．２μＬ／Ｌ 以下， 用以满足蒸汽转化脱硫剂对硫的条件，主要反映反应原理如下：
ＣＯＳ ＋ ＭｎＯ ＝ ＭｎＳ ＋ ＣＯ２Ｈ２Ｓ ＋ ＺｎＯ ＝ ＺｎＳ ＋ Ｈ２ＯＨ２Ｓ ＋ ＺｎＯ ＝ ＺｎＳ ＋ Ｈ２Ｏ（２）天然气和蒸汽变换
天然气和水蒸气在脱硫后需要在高压下进行压缩，并按一定的水碳比进行混合加热。在７５０￣８５０℃镍催化剂的作用下，甲烷气体和水蒸气在转化管中得到充分的反射，转化为含Ｈ２、ＣＯ２的混合气体。在气体混合的过程中，混合气体会
发生十分剧烈的高温反应，ＣＯ和水蒸气会参与反应，产生ＣＯ２和Ｈ２气体。反应过程需要大量的热量，这就需要外部加热。在转换过程中所需的热量由转换器的辐射部分提供。ＣＯ在中等温度下的转化有利于平衡反应，提高ＣＯ的转化率，从而大大改变了反应速度和深度，有效地提高了单位氢气的产率（Ｈ２）。原材料。为了简化生产过程，减少投资，天然气制氢技术只能在一段时间内得到改进。
（３）变压吸附装置（ＰＳＡ）
变压吸附剂（ＰＳＡ）用于吸附和纯化氢气。该装置采用物理吸附，无化学反应。吸附速度快。该工艺为可逆过程，可建立有效的再生循环吸附系统，有效地分离氢气，净化氢气，节约成本。
三、天然气蒸汽转化制氢工程化的关键问题
１．必须有可靠稳定的天然气资源。首先，由于国家的天然气利用趋于民用化，因此有必要确保天然气消费在处于高峰期时可以有充足的天然气进行供应，避免减少负荷。其次，预处理装置尺寸的设计依据是天然气中烯烃、硫、氯等杂质的含量，因此天然气成分的变化会影响预处理装置催化剂的使用寿命。最后，如果外部天然气压力不稳定或无法达到设计压力，则应在天然气进入边界区域前对压力进行稳定或加压。
２．重整装置、重整催化剂、氢气净化等蒸汽重整关键技术在我国比较成熟，取得了较好的效果。因此，如果设备规模不是特别大，应尽量使用国产技术、设备和催化剂，以降低投资成本。
３．要将所有的变压吸附尾气直接用于转炉燃烧方案：主要是由于变压吸附尾气热值低且较不稳定，如果直接用于转炉的温度控制，将会对转炉的温度控制影响很大。转换器燃烧。建议将变压吸附式尾气压缩机并入全厂燃气管网。
４．设备布置应考虑维修空间，特别是换热器泵送和主泵提升空间。
５．工程设计取决于实用性和可操作性，特别是在第一次启动过程中使用的气密性、辅助设施的更换和安装。
６．对流段余热回收设计：我们可以对流段设计天然气预热器来完成对烟气余热的回收。但一旦泄漏现象的发生，极有可能会引起二次燃烧或爆炸。因此，我们必须在对流段设计相应的检测报警设施。
７．转换管及上下集水管的应力计算应准确。
８．在公共设施补贴的设计中，应充分考虑非正常情况下的最大消费。９． 所有框架均应连接走廊，以便在发生事故时进行检查和逃生。
１０．正常情况下，设备的工作弹性为４０％ ￣ １１０％。因此，在关键控制点设置不同精度的双流量计，以保证在不同负荷下的精度。
四、结论
氢气作为工业生产的原料，必须要保证足够充足的供应量，而天然气制氢技术的成熟及广泛应用，以自身有利因素生产氢气，不仅解决了很多行业的能源供需问题，还能有效避免市场空间有限对企业生产的制约，对提高企业的经济效益起着十分积极的作用，从而有助于实现企业的可持续发展。
参考文献：
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