影响天然气制氢装置氢气纯度分析

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影响天然气制氢装置氢气纯度分析
作者:曹春边立贵
来源:《中国化工贸易·下旬刊》2018年第02期
摘要:随着地球的各种不可再生的能源开发,新能源的开发显得尤为的重要。

太阳能的开发,潮汐能的开发,风能的开发,还有氢能源的开发。

而太阳、潮汐、风的能源都在大自然中,我们是可以直接去获取的,唯独有氢能源是需要我们人类自己去通过技术手段来提取的。

于是我们研发了天然气制氢装置用以生产氢气,但是尽管天然气制氢装置已经成熟,仍然还是有着各种问题,比如怎样提高氢气的浓度,操作时怎样才能确保氢气的浓度。

以下是笔者对影响天然气制氢装置氢气纯度进行分析,仅供参考。

关键词:制造氢气;纯度影响因素;纯度分析;优化调整
1 天然气制氢装置
1.1 天然气制氢装置概述
天然气制氢装置主要是以天然气,石脑油和干气为原料的轻烃水蒸气转化法为工艺路线,通过一系列的技术手段如:原料精制,预转化,转化,高温变换和变压吸附等等将原料变为氢气的一种新建装置。

这种制氢装置代表着当今世界上比较先进的制氢技术的水平。

1.2 天然气制氢装置工作原理
先将原料气体天然气进行净化,借助一定的压力、风速和温度还有催化剂、脱硫剂还有脱氯剂的作用,把天然气中的氯化物还有硫化物脱离出来,净化后的天然气中,在催化剂的作用下发生一系列的裂解反应,以及化学反应生成了氢气和甲烷,在催化剂的作用下甲烷与水蒸气反应,变成了一氧化碳还有氢气,而一氧化碳不够稳定,因为催化剂的缘故与水蒸气进行反应,最后生成氢气和二氧化碳。

最后通过PSA(变压吸附)将反应后生成的最终气体混合物进行分离提纯,利用各种气体分子的吸附顺序不一样进行氢气的提纯。

最后将氢气放进氢气专用的容器中进行储存以及利用。

1.3 天然气制氢装置的工艺过程
利用转化炉、顶烧炉、侧烧炉、梯台炉、底烧炉等锅炉得到二氧化碳和氢气的混合气体,再利用二氧化碳和氢气之间吸附顺序的不同,运用变压吸附(PSA)原理,分子筛对于二氧化碳的吸附力大于氢氣的吸附力,通过压缩机和反应器的变压吸附,使得二氧化碳和氢气进行分离,由此得到纯净的氢气。

2 氢气纯度的影响因素
2.1脱硫反应和脱氯反应未进行完全
在天然气制氢装置中第一步就是进行脱硫反应和脱氯反应,用以清除掉原料气体中硫化物以及氯化物。

而氢气的纯度也受脱硫反应和脱氯反应的影响,因为利用天然气制氢装置制造氢气的过程中,每一阶段催化反应的催化剂都起到不一样的作用,一但第一步的反应没有到位,后面就再也清除不掉天然气中的硫化物和氯化物,进而氢气的纯度就会受到大幅度的影响。

2.2 生成二氧化碳的反应未进行完全
天然气制造氢气的第一步进行完成后,要进行第二部分的反应,将混合气体中的甲烷通过催化剂的作用下和水蒸气进行反应,生成了一氧化碳,而一氧化碳并不是最终的产物,因为一氧化碳属于有毒气体而且不好分离,于是一氧化碳与水蒸气在催化剂的催化作用下,变成了二氧化碳。

就这两种气体而言,二氧化碳更加容易从氢气中分离出来,并且也能得到更多的氢气,但是如果二氧化碳并未生成完全,而由一氧化碳与氢气进行分离提纯的话无疑增加了提纯的难度也意味着氢气的纯度会受到影响。

2.3 装置的清洁
因为制氢装置的复杂以及反应特性会知道每次制氢后装置都会被污染,而这个时候我们应该通过控制好碱液的密度,或者提高装置的负荷,以及定期清洗电解槽,还有锅炉的清洗等一系列的措施来提高氢气的纯度,因为反应过后会有各种残留物留在各大反应堆,这样无疑给下一次的制氢过程制造了麻烦,而且也会因此而影响效率。

3 优化调整和操作
3.1 改变氢气的分离提纯方法
现在普遍使用的氢气提纯法是我们上文中提到的变压吸附法,这种方法具有产品的纯度高,能源消耗低,工艺流程简单等优点,但是因为生产规模的不断扩大,原本的制氢装置已经不足以满足生产的需求,需要对制氢装置进行改造升级,通过对原材料,催化剂以及设备改造的计算,将优化改造的方向更进一步的确定。

3.2 对锅炉进行改造
在上文我们讲到了制氢装置的关键核心就在于几个锅炉中进行的反应,而通过改造锅炉中的关键位置无疑能起到很好的作用,将锅炉改造后也能使锅炉的转化率得到显著地提升,从而使得氢气的转化效率也能得到提高。

3.3 寻找更加简便的工作原理
虽然这个工作原理比较简便,但是因为锅炉的存在容易发生安全事故,因为不论是氢气还是一氧化碳都是可燃性的气体,稍有不慎就会造成重大的事故,而且反应中产生的硫化物、氯化物以及一氧化碳都是有毒物质,也容易造成安全问题。

4 总结
在当前的社会越来越多的人重视绿色环保,而氢气则是少数的绿色能源之一,所以如何取用氢能源则成为了当前人们的重要问题。

所幸我们已经想到了通过天然气来制造氢气,并且这一项技术已经发展成熟了。

但是我们并不能因此就得意忘形,因为我们还需要想办法提升氢气的纯度,以及如何简化这一系列的操作过程,使其不再繁冗,并且更加的安全。

这样也能使氢气更好的被制造出来,也就意味着我们能更好的利用氢能源。

参考文献:
[1]张云洁,李金英.天然气制氢工艺现状及发展[J].广州化工,2012,40(13):41-42.
[2]叶京,张占群.国外天然气制氢技术研究[J].石化技术,2004(01):50-52+57.。