焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用

变压吸附提氢技术在制备燃料电池氢过程中的应用摘要：随着人们对环境保护的日益重视，也迫切需要一种能够替代化石能源的绿色环保，可持续发展的新型能源来满足各项各业对能源的需求。

氢能正是这样的一种二次能源，发展绿色氢能具有重要的意义。

先介绍了氢能的获取方式，再分析了变压吸附在焦炉煤气制氢的优点，然后探讨了变压吸附在焦炉煤气制氢中的实际应用工艺流程。

关键词：氢能；变压吸附；脱碳引言我国和欧美等发达国家按照各自的实际情况和需要指定了绿色氢能源发展纲要。

目前，我国已在氢能等绿色能源方面取得了诸多的进展，并在部分领域走到了世界的前列，在不久的将来有望成为将氢能大规模应用于日常生产和生活中的国家之一，也被国际社会公认为最有可能率先实现氢能燃料电池和氢能汽车产业化的国家之一。

一、发展绿色氢能的意义氢能作为最具有发展潜力的清洁能源，也是实现双碳目标的重要抓手。

氢气根据制取方式不同，有灰氢、蓝氢、绿氢等之分。

目前，全球氢气产量中，全球98%的氢气是“灰氢”，而“绿氢”和“蓝氢”的占比各为1%。

氢能正是这样的一种二次能源，它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不是像煤、石油、天然气可以直接开采[1]。

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，对构建清洁低碳、安全高效的能源体系，实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。

二、氢能的获取方式灰氢是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤）燃烧制取的氢气，碳排放量最高；蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕捉、碳封存技术，实现低碳制氢；绿氢是通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢，制氢过程中基本不会产生温室气体，因此被称为“零碳氢气”。

长期来看，绿氢是方向，而蓝氢主要体现资源的综合利用。

氢能的制备主要有以下途径：1、电解水制氢最清洁、最可持续的制氢方式，并将成为燃料电池发展中最具潜力的制氢方法之一。

但是目前电解水制氢受制于较高的成本而难以大规模运用，短时间内暂时无法通过电解水获得大量高纯度氢气的工业化装置。

焦炉煤气制取氢气技术在工业中的应用摘要：在煤炭炼焦工业生产过程中，会产生大量的焦炉煤气。

往日工业技术不发达的时候，产生的焦炉煤气一般都是直接排放，这不仅是资源浪费现象，还造成了严重的生态环境污染。

在对焦炉煤气的开发利用过程中，因其含有大量的氢气，而氢气作为清洁的能源以及在钢铁行业的广泛应用，所以对焦炉煤气制氢工艺的研究一直是焦炉煤气深度利用的重要技术之一。

本文就焦炉煤气制氢工艺进行了简要介绍，并对其在工业中的应用进行了说明关键词：焦炉煤气；氢气；工业应用首先来说，氢气作为一种清洁能源，在日益注重环保的今天，其重要地位不得而知；其次，氢气作为还原气体，在钢铁行业中也有广泛的引用；另外，在双氧水项目中，氢气也是其主要的原料之一；最后，在焦化装置与焦油加氢工艺联产，能充分利用焦化装置的优势，通过一系列工艺程序制取氢气，为后续焦油加氢提供必备的原料。

以上这些原因使得人们对氢气制取工艺的研究逐渐重视起来。

对焦炉煤气的成分检测发现，焦炉煤气中含有大量的氢气，这就催生了一系列焦炉煤气制氢工艺的发展。

常见的焦炉煤气制氢工艺主要有变压吸附法（PSA）、变温吸附法（TSA）、深度冷冻法、膜分离法等一焦炉煤气制氢工艺简介在实验室研究过程中，以甲烷为原料采用蒸汽转换法或者以液氨为原料采用氨裂解法等也能产生氢气，但这些方法的成本都太高，不值得推广应用。

而焦炉煤气中的氢气含量丰富，焦化厂可以充分利用其工艺优势，将焦炉煤气净化、转化后提取氢气1.焦炉煤气制氢原理变压吸附（PSA）分离技术是一种非低温的分离技术，利用不同气体在吸附剂上吸附性能的差异，以及同种气体在吸附剂上的吸附性能随压力变化而变化的特性来实现混合气体中各种气体的分离。

2.工艺流程图图1 焦炉煤气制氢工艺流程图由图1可知，本制氢装置共分为6个主要工艺过程：预净化工序、精脱萘工序、PSA一1（PSA—c0：/R）工序、PSA一2（PSA—CH。

）工序、净化压缩工序和转化变换工序以及PSA一3（PSA-H，）工序二、焦炉煤气制氢技术应用1.变压吸附法及其应用目前工业上广泛使用变压吸附法（PsA）提取氢气，流程如图1所示。

浅谈焦炉煤气制氢工艺焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭在高温、缓慢干馏过程中产生的一种可燃性气体。

我国是焦炭产量最大的国家，2023年我国焦炭产量43142.6万t，依此计算，我国焦炉煤气产量是非常高的。

全国焦炭产能约有1/3在钢铁联合企业，2/3在独立焦化企业。

独立焦化企业富余的焦炉气曾因无法直接用于生产而被大量放散，放散量最高峰时曾达30km³/a。

焦炉煤气自2023年1月1日起实施的《焦化行业准入条件》修订版规定，焦化生产企业生产的焦炉煤气应全部回收利用，不得放散。

这给焦炉煤气的综合利用提供了有利的政策支持，也进一步推动了焦炉煤气制氢、甲醇等工业技术的发展。

炼焦过程中释放的焦炉煤气中富含氢气(55%左右)，焦炉煤气制氢是目前可实现的大规模低成本高效率获得工业氢气的重要途径。

而我国晋、冀、豫几省是资源大省和焦化大省，氢源非常丰富，如何高效、合理地利用是关系环保、资源综合利用和节能减排的重大课题。

1、焦炉煤气制氢原理焦炉煤气制氢工序主要有：脱硫脱萘、压缩预处理、变压吸附制氢、脱氧干燥等。

其中焦炉煤气预处理系统为变温吸附（TSA），制氢系统为变压吸附（PSA），而氢气精制系统也为变温吸附（TSA），可用焦炉煤气制取99.999%的氢气。

吸附剂在常温高压下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降解杂质的分压使各种杂质得以解吸。

在实际应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择组合工艺。

变温吸附的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的净化；变压吸附的循环周期短，吸附剂利用率高，用量相对较少，不需要外加换热设备，广泛用于大气量、多组分气体的分离和提纯。

由于焦炉煤气提纯氢气的特点是：原料压力低，原料组分复杂并含有焦油、萘、硫、重烃等难以解吸的重组分，产品纯度要求高。

因而装置需采用“加压+TSA预处理+PSA氢提纯+脱氧+TSA干燥”流程。

2、主要生产过程焦炉煤气是炼焦的副产品，产率和组成因炼焦煤质量和焦化过程不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉煤气300~350m³（标准状态）。

焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢工艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气，从杂质极多、难提纯的气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢，不仅解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、废气、废渣的排污问题；是一个综合利用、变废为宝的环保型项目；同时也是一个低投入、高产出、多方受益的科技创新项目。

该装置首次采用先进可靠的新工艺，其经济效益、社会效益可观，对推进国内PSA技术进步也有重大意义。

1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、20世纪60年代初，美国联合碳化物(Union Carbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化，进入20世纪70年代后，变压吸附技术获得了迅速的发展。

装置数量剧增，装置规模不断扩大，使用范围越来越广，主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。

本套大规模、低成木提纯氢气装罝，是用难以净化的焦炉煤气为原料，国内还没有同类型的装置，并且走在了世界同行业的前列。

1、焦炉煤气PSA制氢新工艺。

传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是：焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理，脱除大部分烃类物质；经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附(TSA)系统，最后利用PSA制氢工艺提纯氢气，整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大，因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制，所以没有被大规模的应用到工业生产当中。

本装置釆用的生产工艺是目前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中较先进的生产工艺，它生产成本低、效率高，能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题，从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。

该工艺的特点是：焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。

1.1工艺流程。

PSA制氢新工艺如图1所示。

该裝罝工艺流程分为5个工序：A、原料气压缩工序(简称100#工序)，B、冷冻净化分离(简称200#工序），C、PSA-C/R工序及精脱硫工序（简称300#工序），D、半成品气压缩（简称400#工序）E、PSA-H2工序及脱氧工序(简称500#工序）。

平顶山市三源制氢有限公司由中国神马集团、平顶山煤业集团有限责任公司合作建设，该公司年产万纯氢，采用地焦炉煤气变压吸附()制氢项目是一个综合利用、变废为宝地环保型工程.它直接把两大公司地主生产系统联在一起，充分利用了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余放散地焦炉煤气，从杂质极多、难提纯地气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢，以较低地生产成本解决了河南神马尼龙化工公司因扩产万尼龙盐而急需解决地原料问题.项目地建成投产，不仅解决了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余煤气放散燃烧对大气地污染问题；而且还减少了河南神马尼龙化工公司因扩产需增加地高额投资和大量耗用焦炭能源及废水、废气、废渣地排污问题；同时也是一个低投入、高产出、多方受益地科技创新项目.该装置规模为目前国内最大，首次采用先进可靠地新工艺，其经济效益、社会效益可观，对推进国内技术进步也有重大意义.年德国发表了第一篇无热吸附净化空气地文献，世纪年代初，美国联合碳化物()公司首次实现了变压吸附四床工艺技术地工业化，进入世纪年代后，变压吸附技术获得了迅速地发展.装置数量剧增，装置规模不断扩大，使用范围越来越广，主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域.平顶山三源制氢公司这套大规模低成本提纯氢气装置，是以一种难以净化地焦炉煤气为原料，在国内还没有同类型地装置，特别是其产品——高纯氢用于技术水平居世界前列地尼龙盐公司，更是国内首创，走在了世界同行业地前列.资料个人收集整理，勿做商业用途焦炉煤气制氢新工艺传统地焦炉煤气制氢工艺按照正常地净化分离步骤是：焦炉煤气首先经过焦化系统地预处理，脱除大部分烃类物质；经初步净化后地原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附()系统，最后利用制氢工艺提纯氢气，整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大，因此用焦炉煤气制氢在某种程度上受到一定地限制，所以没有被大规模地应用到工业生产当中.资料个人收集整理，勿做商业用途平顶山市三源制氢有限公司所采用地生产工艺是对四川同盛科技有限责任公司提供地工艺方案进行优化后地再组合，是目前国内焦炉煤气制氢工艺中最先进地生产工艺，它生产成本低、效率高，能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离地问题，从而推动了焦炉煤气制氢地发展.该工艺地特点是：焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术.资料个人收集整理，勿做商业用途工艺流程制氢新工艺如图(略)所示.该装置工艺流程分为个工序：①原料气压缩工序(简称工序)，②冷冻净化分离(简称工序)，③工序及精脱硫工序(简称工序)，④半成品气压缩(简称工序)，⑤工序及脱氧工序(简称工序).资料个人收集整理，勿做商业用途装置所用地原料气来自平顶山煤业集团天宏焦化公司地焦炉煤气，该公司地焦炉煤气主要用于锅炉、化工产品原料气及城市煤气；因净化难度高，故气体质量较差，分离等级较低，因此杂质地净化分离均以该公司使用地这套工艺装置来实现.表为原料煤气组成.资料个人收集整理，勿做商业用途表原料煤气组成组成体积分数续表组成萘总焦油苯()××质量浓度·工序中，首先把焦炉煤气通过螺杆压缩机对煤气进行加压，将煤气压力从加压至，并经冷却器冷却至℃后输出.经压缩冷却后地煤气含有机械水、焦油、萘、苯等组分，易对后工序吸附剂造成中毒或吸附剂性能下降，该装置设计冰机冷冻分离工序(冷却器为一开一备)对上述杂质进行脱除，此时，重组分物质被析出停留在分离器内，当冷却器前后压差高于设定值或运行一段时间后，自动切换至另一个系统，对停止运行地系统进入加热吹扫，利用低压蒸汽对冷却器和分离器内附着地重组分进行吹除，完成后处于待用状态，经分离后，仍有微量重组分杂质蒸汽带入煤气中，随着装置运行时间地增长，会逐步造成后续工段吸附剂中毒，所以，在冷冻分离后增加了除油器，主要是精脱重组分及水蒸气.煤气进入工序，该工序地主要目地是脱除煤气中强吸附组分、、、、、、有机硫以及大部分、、等；经过工序后地半成品气已得到净化，对压缩机工作条件要求较低，采用一级活塞式压缩工艺，将半成品气从压缩至，再进入工序(在和提氢工序之间设有脱氧工序，是因为经脱氧反应后会生成水分，传统工艺需要等压干燥脱水系统，该系统选用地二段法新工艺不仅节约了投资，而且降低了操作运行费用).工序在传统地制氢工艺中是整套装置地核心部分，而在本装置工艺中只是作为对氢气地提纯，即从上道工序中经脱碳后得到氢体积分数为地原料气，再提纯到后作为商品氢出售.资料个人收集整理，勿做商业用途工艺方案地选择焦炉煤气压缩采用螺杆式压缩机焦炉煤气地压缩国内传统工艺流程中几乎均采用活塞式压缩机.而该公司根据对制氢工艺新技术地掌握，针对原料气地特点，在焦炉煤气压缩地问题上，经多方论证后，确定采用分步压缩方案，即低压段采用螺杆压缩机，脱除杂质组分后，再用活塞式压缩机升压，这种低压段大气量将焦炉煤气压缩到地螺杆压缩机在国内尚属首次使用.资料个人收集整理，勿做商业用途采用螺杆压缩机压缩焦炉煤气最大地优点是：螺杆机结构简单、运行时间长，可以保证装置长周期安全稳定运行，对原料气烃类杂质含量要求不高，无需备用压缩机.与活塞式压缩机相比，无需维修频繁堵塞地气阀(原料气中焦油及萘含量较高，故需经常停车更换气阀内件)，维修工作量几乎为零.而传统地往复式压缩机辅助设备多、检修频率高，若用于焦炉煤气压缩，气阀更易堵塞，维修工作量大，还需要备用压缩机.资料个人收集整理，勿做商业用途该工艺地另一主要优势是采用了柴油喷淋冷却工艺，出口温度控制在℃左右，在该温度下，焦炉煤气中地轻质焦油、萘等大分子烃类大部分溶解在柴油中(回收地焦油、萘等烃类物质进行集中处理)，但经过冷却器降温至℃时，焦炉煤气中地萘要结晶析出，为此笔者又完善了使用柴油喷淋循环冷却地工艺，这样既能保证管道畅通、又能保证冷却效果，这也是该工艺地独到之处.资料个人收集整理，勿做商业用途从投资地角度而言，原料气螺杆压缩机和半成品活塞式压缩机总购置费用不超过万元，比目前国内同类装置采用台活塞式压缩机(其中台备用)节省投资约万元.资料个人收集整理，勿做商业用途原料气预处理系统采用净化分离工艺焦炉煤气制氢国内同类装置原料气均采用活塞式压缩机，原料气在进入活塞式压缩机之前必须将萘、苯、焦油等重组分杂质脱除，以保证活塞式压缩机地正常工作，整个工艺气地处理需经过脱硫、脱萘、脱苯、除氨等预处理工艺及电捕焦油器、风机等附属设备，而该装置在螺杆压缩机后首次采用了冰机冷冻分离工艺，可以将原料气中大部分高碳烃类、苯、萘等重组分杂质在低温下脱除，从而大大降低了原料气预处理系统地投资和运行成本.资料个人收集整理，勿做商业用途如果从原料气预处理系统地投资和运行成本分析，冷冻净化工艺则比传统工艺投资方面减少约万元，运行成本节约万元.资料个人收集整理，勿做商业用途原料气脱硫采用技术原料气经该装置冷冻净化工艺后，还含有质量浓度地硫无法在此工段中脱除(硫含量取决于所选焦煤地煤质)，因此，原料气脱硫问题则是该装置地关键流程.资料个人收集整理，勿做商业用途传统地脱硫方法有：()干法脱硫.采用氧化铁干法脱硫，其优点是一次性投资较小，但缺点是运行成本非常高，易造成长期地二次污染.资料个人收集整理，勿做商业用途()湿法脱硫.如等传统脱硫方法.湿法脱硫具有安全可靠，运行稳定、运行费用低于干法脱硫等优点.但是，湿法脱硫地缺点也很明显，那就是装置投资高、设备腐蚀严重、环境污染大，对有机硫几乎没有脱除效果，而对于变压吸附工艺地吸附剂，危害最大地就是有机硫，它会造成吸附剂寿命减少或失活，影响吸附效果，从而影响了产品氢气质量.另外，经脱硫后产生地硫渣及含硫废水易造成二次污染.资料个人收集整理，勿做商业用途该装置采用目前最先进地，并且是非常成熟地两段法吸附技术，即把脱碳和制氢种工艺合二为一，取长补短.结合焦化公司对解析气中硫含量要求不高地实际情况(因焦炉煤气中硫含量地波动较大，从本装置分离出地解吸气占平顶山煤业集团煤气总量地比例较小，且解吸气热值高出焦炉煤气，并经过多级净化，用途广泛)，从根本上解决了有机硫处理地难题.该装置第一段采用脱碳技术，可以大幅度脱除原料气中有机硫、无机硫、、等杂质组分，使氢气体积分数达到以上，同时将原料气中地总硫质量浓度从脱除到以下，然后进入下段制氢工序，由于专用耐硫吸附剂对硫地解吸性能非常好，可以循环使用(与地吸附解吸性能接近)，同时也保证了脱碳吸附剂使用寿命可以达到年以上，第二段制氢吸附剂使用寿命更长，可以达到年以上.资料个人收集整理，勿做商业用途两段法提高氢气回收率传统制氢工艺中氢气回收率只有，而该装置选用地工艺技术可将氢气回收率提高到以上，从这套装置来讲，解吸气全部返回到煤气管网，因此，从表面上讲，氢气回收率似乎并不重要，但氢气回收率低，则会增加原料气量，不仅仅会增加压缩功耗，同时也增大了装置对杂质组分地处理量，导致装置运行费用增大，氢气成本增高.因此，努力提高氢气回收率是降低氢气成本，提高经济效益地有效手段.资料个人收集整理，勿做商业用途该装置推荐采用目前最先进地两段法吸附技术是提高氢气回收率地最佳方案.将二段制氢地逆放废气回收作为本装置地升压气；将二段制氢地解吸气用于一段脱碳地冲洗气；将一段脱碳地逆放气和抽空解吸气作为除油器和系统地冷吹气和再生气使用，最后全部返回解吸气管网.资料个人收集整理，勿做商业用途从投资角度讲，该装置由于采用了两段法吸附技术，使主装置总投资由万元降低到万元.脱氧系统无需干燥设备在国内已经运行地制氢装置中，凡是对产品氢中含量有要求者，几乎无一例外，均设计了一套钯催化剂等压干燥系统，其原因是和地分离系数较小，仅仅通过很难达到产品氢气对微量杂质含量地严格要求(一般均要求体积分数小于×).资料个人收集整理，勿做商业用途在预留地脱氧系统中，取消了干燥系统.主要是因为如果产品气中要求体积分数≤×，则脱氧系统放在二段后面，不需要干燥系统；如果产品气中要求体积分数≤×，则脱氧系统放在和二段之间，同样不需要干燥系统.资料个人收集整理，勿做商业用途不足之处及整改措施()在对冷凝系统及除油器进行蒸汽再生时，其再生蒸汽导淋插入高低位水池(系统伴热导淋和脱氧器导淋也排入池内)，系统再生废热直接进入水池，致使池内废油液位被不断加热至局部沸腾.池内含大量地苯，苯被挥发出去(苯、萘沸点约为℃)而导致周围环境受到污染.资料个人收集整理，勿做商业用途()制冷机组冰机制冷量不够.从目前冬季运行情况来看，环境温度较低，而且生产处于半负荷状态，暂时可以满足生产，夏季高负荷生产时可能达不到预期地制冷效果.资料个人收集整理，勿做商业用途()水质问题，该公司使用地水是焦化公司提供地二次水，某些指标达不到工业用水地要求，而且循环水冷却塔所处位置距煤加工场太近，易带人大量粉尘，会造成水质严重污染.资料个人收集整理，勿做商业用途该公司准备增加一套苯、萘回收装置，以解决环境污染问题；增加一台制冷量较大地冰机和强制性风冷塔.装置运行情况该装置自年月日运行至今，在试生产过程中，工艺、设备、仪表、电气等方面虽然也出现了不少问题，但整个运行情况是稳定地，没有出现大地缺陷.装置投产以来大大缓解了河南神马尼龙化工公司对氢气地需求，同时也充分利用了天宏焦化公司地焦炉煤气资源，是一个多方收益地工程.资料个人收集整理，勿做商业用途。

技术与检测Һ㊀变压吸附技术用于制氢孟校科摘㊀要:在我国制氢工业的生产过程中ꎬ变压吸附技术在制氢的生产过程占有非常重要的地位ꎬ在我国的石化㊁国防㊁冶金㊁医疗和环境保护等领域具有重要作用ꎮ变压吸附制氢工艺的制氢能力和氢气纯度将对实际生产过程产生很大的影响ꎬ并且在启动过程中也会存在很多问题ꎮ如何有效地提高氢气产品的回收率和提高吸附剂的吸附能力以及产能和工艺效率的优化已成为制氢企业面临的主要问题ꎮ关键词:变压吸附技术ꎻ制氢ꎻ应用㊀㊀在过去ꎬ吸附分离一直是一个化学单元ꎬ在工业应用中它只是一个辅助过程ꎬ其应用范围仅限于工业气体的干式脱水和痕量ＣＯ２的去除ꎮ随着过去４０年来变压吸附技术的发展ꎬ吸附分离已成为一种简单有效的气体分离方法ꎬ已广泛应用于化工㊁电子㊁医药㊁食品等行业ꎬ并已逐步发展起来ꎬ属于一种新兴的气体分离技术ꎮ一㊁变压吸附制氢工艺概述及发展现状(一)变压吸附制氢工艺流程概述变压吸附主要用于气体的吸附和分离工作ꎬ在我国已广泛用于工业生产和化工生产过程中ꎮ变压吸附制氢工艺采用变压吸附技术和气体分离技术制氢ꎬ是一种可以多种方式应用的制氢技术ꎮ变压吸附制氢工艺技术本质上是一种物理分离技术ꎬ利用不同气态组分之间的吸附容量差异来分离它们ꎮ实际上ꎬ由于不同气体组分的吸附能力不同ꎬ在生产过程中ꎬ生产过程设备可以根据气体吸附操作的特点进行有针对性的分析ꎮ变压吸附制氢工艺是利用压差的变化来吸收和再生氢产物ꎬ在应用和生产过程中具有分离率高ꎬ能耗低的特点ꎬ整体操作简单有效ꎮ目前ꎬ它是我国制氢行业中使用最广泛的制氢工艺之一ꎮ(二)变压吸附制氢生产工艺发展现状变压吸附制氢工艺在我国制氢的生产和应用中发展良好ꎬ但随着我国循环经济发展理念的发展和绿色生产标准的逐步提高ꎬ变压吸附制氢工艺正在逐步发展ꎮ在特定过程中ꎬ从技术上讲ꎬ逐渐显示出变形不足的缺陷ꎬ并且在气体处理㊁原料气体温度和工作压力方面出现了许多问题ꎮ二㊁气体吸附分离的基本原理吸附是指用多孔固体吸附剂处理流体混合物ꎬ使其中包含的一种或几种组分吸附到固体表面以实现分离的操作ꎮ具有较高密度的多孔固体被称为吸附剂ꎬ具有相对较低密度的气体或液体被称为吸附质ꎮ根据性质不同ꎬ吸附可分为两类:化学吸附和物理吸附ꎮ变压吸附主要是物理吸附ꎮ物理吸附是指取决于吸附剂和吸附质分子之间的分子力的吸附ꎮ在吸附过程中ꎬ没有化学反应ꎬ过程进行得非常快ꎬ其特征在于各种物质之间的动态平衡ꎬ参与吸附的相物质立即发生ꎮ由于该物理吸附中吸附剂的两种性质ꎬ实现了变压吸附制氢工艺ꎮ首先ꎬ不同组分的吸附能力不同ꎮ其次ꎬ吸附剂对吸附质的吸附容量取决于吸附的分压ꎬ随着分压的升高而不断上升ꎬ随着吸附温度增加而降低ꎮ吸附剂的第一特性可用于实现优先吸附含氢源中的杂质成分ꎬ并且可以纯化氢ꎮ吸附剂的第二性质可用于在低温高压下实现吸附ꎬ但在高温下可实现低压解吸再生ꎬ形成吸附剂的吸附再生循环ꎬ从而达到连续分离纯化氢的目的ꎮ三㊁变压吸附技术在制氢工艺上的应用在变压吸附系统中ꎬ焦炉煤气中每种成分的含量ꎬ吸附工艺步骤的安排ꎬ各种工艺所需的时间和压力分布以及其他参数对氢气纯度和计算都有重要影响ꎮ变压吸附气制氢工艺分为五个阶段:原料压缩过程㊁冷冻净化分离过程㊁变压吸附脱碳过程㊁脱硫压缩过程㊁变压吸附制氢脱氧过程ꎮ首先ꎬ原料压缩过程ꎮ在此过程中使用的原料气体是经过粗精炼后从炼焦厂得到的炼焦炉气体ꎮ在此过程中ꎬ安装了两个过滤器系统ꎮ焦炉原料气经压缩机加压ꎬ气压由０.０２ＭＰａ升至０.５５ＭＰａꎬ由冷却器冷却至约４０ħꎬ然后进入冷冻室ꎬ进行纯化分离过程ꎮ其次ꎬ冷冻纯化分离过程ꎮ压缩气体进入此过程ꎬ并用冷盐水冷却ꎬ温度降至３ħ至５ħꎮ此时ꎬ气体中所含的游离水㊁焦油等成分沉淀出来ꎮ该过程配有两套冷冻分离系统ꎬ可以实现在线切换操作ꎮ在分离器中分离出的精制气体与原料气体进行热交换ꎬ从而达到２０ħ至２５ħ的温度ꎬ并被送至下一工序ꎮ第三ꎬ变压吸附脱碳工艺ꎮ此过程的主要目的是从气体中去除强吸附组分ＨＣＮ㊁ＣＯ２㊁Ｈ２Ｓ㊁ＮＨ３㊁ＮＯ等ꎮ该过程由８种吸附剂组成ꎬ净化后气体从下到上通过吸附层ꎬ其中强吸附组分Ｈ２Ｓ㊁ＣＯ２和大多数弱吸附组分Ｏ２ꎬＮ２ꎬＣＨ４等停留在床中ꎬＨ２及少部分其他弱吸附组分Ｎ２㊁ＣＨ４㊁ＣＯ等ꎬ从吸附床的顶部流出ꎬ称为半成品气体ꎮ反向排放和解吸后的解吸气体的主要成分为Ｃ２㊁ＨＳ㊁有机硫㊁Ｎ２等ꎬ一些贫氢气体返回到燃气管网并继续使用ꎮ第四ꎬ脱硫压缩过程ꎮ冷却后ꎬ半成品气体进入脱硫塔ꎬ除去半成品气体中的硫含量以满足产品要求ꎬ然后将半成品气体从Ｑ４５ＭＰａ压缩至１.３ＭＰａꎬ然后进入压力摆动吸附制氢工艺ꎮ最后ꎬ变压吸附制氢和脱氧过程由六个吸附器组成ꎮ该工艺的主要目的是去除大多数杂质ꎬ例如Ｏ２ꎬＣＯꎬＨ２Ｏ并达到产品质量要求ꎮ当产品符合质量要求时ꎬ打开脱氧系统ꎬ变压吸附后ꎬＨ２还包含少量Ｏ２ꎬ可利用钯催化剂通过催化反应除去ꎮ反应后产生的水通过温度变化吸附和干燥除去ꎮ通过上述变压吸附制氢装置ꎬ去除了ＣＯꎬＣＯ２等杂质ꎬ氢气纯度可达到９９.９９９％ꎮ四㊁结语变压吸附技术和多组分气体混合物的分离要求选择单一或复杂的吸附剂ꎬ这些吸附剂在高压下吸附ꎬ在低压下解吸ꎬ可以一次去除所需产物的多种杂质成分ꎮ因此ꎬ工艺简单ꎬ自动化程度高㊁能耗低㊁产品成本低ꎬ是适合我国国情的分离装置之一ꎮ采用变压吸附技术ꎬ通过分别回收各种含氢源或工业废氢ꎬ可以得到９８.５％~９９.９％浓度范围内的产品氢ꎮ参考文献:[１]许楠ꎬ肖风良.制氢装置变压吸附现状分析及改造措施[Ｊ].石油炼制与化工ꎬ２０１８ꎬ４９(１０):２０－２４. [２]黄国栋ꎬ张华阳ꎬ孙博ꎬ等.变压吸附装置提高氢气收率的优化措施[Ｊ].炼油技术与工程ꎬ２００９(１０):１２－１８.作者简介:孟校科ꎬ盛虹炼化(连云港)有限公司ꎮ５６１。

一、焦炉煤气利用情况分析随着我国天然气工业的崛起，西气东输工程的建成，用天然气代替焦炉煤气成为我国天然气工业的主要燃料。

要保持独立焦化企业的生存和发展，各大城市都必须寻找新的利用途径，解决焦炉大量过剩的问题。

当前，一些高炉煤气和煤气生产企业直接排放烟气，造成严重的环境污染。

对焦化企业来说，调整煤气结构，充分利用高炉煤气或高焦混合煤气作为加热燃料，净化处理含55%~58%氢气的有效成分，是焦化企业合理利用煤气的一项重要措施，既可发挥煤层气的潜力，又可为化工企业提供重要的原煤资源。

现在的炼焦工业只生产焦炭，浪费严重。

我国炼焦工业与日本、德国等发达国家相比，在国际市场上主要以煤的深加工和分选为主。

因为日本炼焦工业的副产品，焦炭中含有超过200种化学物质，而中国最好的只有20种。

由于中国出口的非再生资源比黄金珠宝更便宜，因此我们必须以更高的价格购买。

与此同时，还要为资源的二次浪费和环境污染付出沉重代价。

二、浅谈焦炉煤气的利用炼焦气的利用途径有燃料气、化学气和发电。

像炼铁一样，在工业生产中，这些气体可以进入城市燃气管道供居民使用；近一百多年来，焦炉气体一直被用作各种加热设备的燃料。

由于其具有使用方便、管道输送、传热效率高等优点，深受工业和民用用户的青睐。

因为焦炉煤气中含有H2S，HCN，NH3等有害物质，在民用燃料的生产过程中会产生大量的污染物。

所以随着天然气的发展与上升，焦炉气将被天然气取代。

炼焦煤气生产纯H2，甲醇，化肥等；焦炉气生产纯H2，利用焦炉气生产纯H2(PSA工艺)在我国有着悠久的历史。

与水解法相比，水解法生产工艺成熟，经济合理，效益更显著。

水解制氢电耗为6.5kwh/m3，而用焦炉煤气制氢电耗为0.5kwh/m3。

按能力计算，1000Nm3/h可节省电力约500-800万元，远高于HPSA制氢设备。

采用焦炉气生产甲醇，可以节约一段气的生产工序，直接用于二段炉，大大降低了建设投资。

CH4只要转化为CO，H2，即可满足生产甲醇合成气的要求。

变压吸附技术在焦炉煤气制氢中运用分析摘要：焦炉煤气制氢作业主要为了实现高效制取大规模工业氢气的目标，而变压吸附技术的应用，刚好可以提高制氢效率与预处理质量。

本文立足变压吸附(PSA)技术原理，简要分析影响制氢效果的具体因素，并通过明晰装填标准、合理选用吸附剂、完善PSA装置结构、优化PSA装置参数等优化方法，促使焦炉煤气制氢在变压吸附技术助力下达到预期制氢效果，满足工业领域氢气使用需求。

关键词：变压吸附技术；焦炉煤气制氢；吸附剂前言：据了解：2022年我国焦炭产量高达4.7344亿t，同比增长1.3%，且⅓焦炭产能企业为钢铁联营，其余为独立焦化企业，其放散量每年30km³。

为促使多余焦炉煤气得到有效利用，理应积极采用变压吸附技术改善工业制氢现状，进而获取99.999%纯度左右的氢气，由此充分推行PSA制氢系统，可达到工业领域每小时3000m³供氢标准（每套PSA系统产氢1000 m³/h），从而在技术手段下促进工业领域的良性运作。

一、变压吸附技术原理焦炉煤气变压吸附制氢系统中多涵盖预处理、变压吸附以及脱氧干燥等模块，为充分获得高纯度氢气产品，理应密切关注变压吸附技术应用效果。

此技术实则是借助吸附剂去除原料杂质，而后在特定参数条件下，依托吸附作用，促使焦炉煤气中除氢气以外成分均实现有效吸附，进而在吸附分解后获得所需工业氢气。

此技术具体包含吸附、均压、顺放、逆放、冲洗和升压等应用环节，即先吸附，后解吸，而后方能在重复吸附作用下逐渐制取丰富的氢气产品。

因此，需围绕变压吸附技术原理确认技术应用方向。

二、变压吸附技术在焦炉煤气制氢中运用效果影响因素焦炉煤气制氢中关于PSA运用效果的分析，能够发现多与以下两项因素有关：（1）PSA装置构造特征，PSA装置作为承载吸附剂的重要设备，若本身依据各工序建立的装置构造不符合工序要求，或者变压吸附部分存在运行异常情况，将直接削弱变压吸附效能，甚至容易造成焦炉煤气原料得不到充分吸附处理，最终因杂质较多影响技术应用成果[1]。

变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用发布时间：10-05-28 00:00:00 阅读：1100摘要：变压吸附制氢气体分离技术在工业上得到了广泛应用，已逐步成为一种主要的气体分离技术。

它具有能耗低、投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高及环境效益好等特点。

本文重点介绍变压吸附技术在焦炉煤气提氢技术的发展水平，并对变压吸附技术在焦炉煤气实际应用作详细说明。

关键词：变压吸附(PSA法) 分离解吸脱附解吸气自动控制程控阀门一、前言随着炼焦行业、钢铁工业和化学工业的飞速发展，焦化工业在我国出现超常规的发展态势，目前我国已是世界上最大的焦炭生产、消费和出口国，2004年焦炭总产量为2.24亿吨，占全球产量的56%，同时伴生700多亿立方米焦炉煤气，可回收利用的焦炉煤气约300亿立方米。

如此高速发展，致使我国炼焦工业凸现三大难题：1、炼焦煤资源问题；2、环境污染问题；3、焦炉煤气的利用问题；本文就焦炉煤气的利用问题作重点论述。

二、焦炉煤气的利用背景由于我国天然气工业的崛起，西气东输工程已经贯通，天然气已代替焦炉煤气管道气成为民用的主要燃料。

为此，各大中城市的独立焦化厂，为维持其生存与发展，必需寻找新的利用途径，以解决大量富余的焦炉煤气问题。

目前钢铁企业中大量的高炉煤气、焦炉煤气的富余，甚至直接放散、排放、污染环境，已成为企业的突出的问题。

因此，调整企业的燃气结构，充分利用高炉煤气或高、焦混合煤气作为所有设备的加热燃料、提纯其中有效组份(如H含2量为55%~58%)等，将是各焦化企业合理利用燃气的重要措施，不仅可以充分发挥煤资源的潜能，又为化学工业提供重要的原、燃料资源。

焦炉煤气是炼焦行业最主要的副产品之一，每炼一吨焦炭，可产生430m3左右的煤气，其中一半回炉助燃，另外约的200m3焦炉煤气必须使用专门的装臵进行回收，目前我国只有不到10%的焦炉煤气被回收，主要用于城市煤气供应、发电、化工生产等，绝大多数排入大气点了“天灯”，在污染环境的同时，造成稀缺资源的极大浪费。

焦炉煤气变压吸附制氢工艺探讨煤焦油加氢技术中，提氢工艺是一种相当成熟的一种工艺，可以提取99.99%纯度的氢气。

焦炉煤气PSA制取16000Nm³/h氢气是由四川省化工设计院设计建设。

本装置以焦炉煤气为原料，通过粗脱、压缩、预处理以及两段变压吸附的工艺来进行产品氢气的提纯，该装置与焦油加氢装置配套，达到节能降耗、提高综合经济效益的目的。

本装置界区内按照功能可以分为三区，一是煤气净化区，二是压缩机厂房区，三是PSA设备区。

压缩机厂房有螺杆压缩机两台，煤气净化区有脱焦油，脱硫工序、粗脱工序、预处理工序组成，PSA设备区分别独立。

在PSA设备区，两排吸附塔及解吸气缓冲罐、顺放气罐、氢气缓冲罐等基本沿“一”字形排列在界区。

本装置的整个生产过程（吸附与再生）工艺切换过程均通过程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。

（一）、粗脱工序，粗脱工序主要由3台粗脱塔组成，2台运行，1台备用，其主要作用是将原料煤气中的萘含量从380mg/Nm³降至10mg/Nm³，必要时可采用3台同时运行的程序。

粗脱塔内装填有高效吸附剂。

粗脱的步序为：吸附过程、加热再生过程、吹冷过程。

两台粗脱塔交替进行吸附和再生，达到连续工作的目的。

（二）、预处理工序，预处理工序主要由2台除油塔、3台预处理塔和1台再生气加热器组成。

除油塔的作用是除去压缩机带出的油，避免油进入预处理塔，污染吸附剂，2台除油塔，1用1备。

预处理塔的主要作用是利用吸附剂的选择性，脱除煤气中的苯、萘、焦油、NH3、H2S等杂质。

预处理塔采用2台吸附、1台再生的步骤进行操作。

具体步骤为：吸附过程、降压过程、加热过程、冷却过程、升压过程。

（三）、PSA工序，变压吸附工序第一段PSA-I采用8-2-3分组抽真空流程，即装置的8个吸附塔中有2个吸附塔始终处于进料吸附的状态。

其吸附和再生工艺过程由吸附、连续3次均压降压、顺放、逆放、抽真空、预升压、连续3次均压升压和产品最终升压等步骤组成。

变压吸附制氢技术在化工生产中的应用摘要：随着社会环保意识的增强，国家越发重视能源安全问题，清洁能源的开发与利用成为现阶段的一项重要工作。

变压吸附制氢技术能够通过对吸附材料的有效利用实现对氢分子的选择性吸附，从而制备出具有高纯度特征的氢气，可替代传统能源应用于化学工业生产那种。

本文简要介绍变压吸附制氢技术以及其在化工生产中的应用。

关键词：变压吸附制氢技术；化工生产；化学品合成；氢气生产引言：变压吸附制氢技术能够实现对高纯度氢气的制作。

氢气制作是一项相对复杂且困难的工艺，传统的氢气制作方式，如水电解、煤气化等，虽然能够制备氢气，但是在实际应用过程中，存在纯度低、成本高等劣势，且以传统工业方法制备的氢气难以替代传统能源应用于化工生产中，氢气中所蕴含的杂质会在一定程度上影响化工生产的质量。

而应用变压吸附制氢技术，则能够有效解决上述问题。

1变压吸附制氢技术概述1.1原理变压吸附制氢技术原理在于利用多孔性固体材料，对含有氢气的混合气体进行吸附，从而实现对氢气与其他杂质的提纯与分离。

通过应用此技术，能够制备出具有高纯度特点的氢气。

生产时所使用的多孔性固体材料，主要指吸附剂，技术人员可根据不同混合气体的成分选择适宜的吸附剂，可通过提高压力的形式，提高吸附剂的吸附性能。

1.2特点变压吸附制氢技术在实际应用中，具有如下应用特点：（1）自动化。

可通过利用计算机辅助生产的方式，提高自动化水平，同时，实现对工艺生产流程的简化，提高生产效率，保证所生产出的氢气纯度。

（2）灵活调节产品纯度。

实际生产中，可通过调整关键参数以及生产时的压力，实现对氢气产品纯度的灵活调节，从而充分满足化工生产中的不同应用需求。

（3）预处理难度低。

应用此技术制备氢气，无须设置复杂的预处理装置，相较传统技术而言，技术工艺操作更为简单且生产成本更低。

（4）易于扩建。

该技术在实际应用中，有着易于扩建以及布局灵活的优势，变压吸附制氢装置的扩建难度较低，通常只需要更加控制阀与吸附塔便可实现氢气产量的增加。

焦炉煤气变压吸附制氢工艺优化应用实践摘要：随着炼焦、钢铁和化学工业的迅速发展，我国炼焦业发展成为世界上最大的炼焦生产国、消费国和出口国，2020年共生产4.71亿吨焦炭，占世界产量的70 %，焦炭总量超过700亿立方米其中只有34 %得到回收。

焦炭窑气体含有丰富的氢，约占目前主要用作工业和民用燃料的焦炭窑气体的55%(按体积计算)，宝贵的氢资源被作为燃料燃烧。

另一方面，轧钢和化工合成工业需要高纯度氢来保护冷轧钢板的空气和化工合成工业的原材料。

传统的氢提取方法是水电解或氨裂解，由于成本高和投资大，这种方法很难推广。

关键词：焦炉煤气；变压吸附制氢工艺；应用实践引言压力吸附技术主要利用吸附剂的两个主要特性来净化和提取氢。

首先，吸附剂对不同化学性质物质的吸附能力差别很大，从而产生分离效应。

其次，吸附剂报告的吸附能力因压力和温度而异。

因此，应重点研究吸附剂，以确保整个吸附过程。

1PSA制氢的原理及研究现状PSA是根据吸附能力或扩散率将气体分离到同一吸附剂中的一种方法。

随着人工合成沸石，PSA迅速发展，从空气分离到氢净化，实现了氢的工业应用。

随着PSA理论的不断改进，吸附剂的不断发展，特别是人工合成碳分子筛，扩大了PSA的范围。

随着新型吸附剂的不断发展和吸附理论的不断完善，现代PSA获得的氢纯度超过了99.999%(φ)。

吸附平衡理论对于研究吸附和分离过程至关重要，特别是反映吸附压力和数量平衡关系的吸附等温线，合理的等温线模型可以直观地预测吸附效果，PSA制氢遵循物理吸附理论伴随着计算机的不断发展，基于动力学、热力学、Polanyi位置和统计等四种吸附理论，迅速开发了各种PSA氢反应模拟软件，如Aspen吸附、流动、gproms等。

研究人员利用相关仿真软件，继续改进各种吸附等温的相关参数，构建PSA相关数学模型，研究吸附剂的相关性能。

作者建立了一个PSA制氢模型，该模型不是一个温度相等的多路径单元。

利用碳分子筛分离空气和富集N2，将H2/CH4/CO2作为吸附剂从活性炭中分离出来，并与Doong模型进行了孔隙/表面散射和平衡，从而填补了固体冻结概念、等温假设等方面的空白。