制氢工艺原则流程图(2)

制氢工艺流程制氢是一种重要的化工工艺，通过这种工艺可以从天然气、煤炭等原料中生产出氢气，氢气是一种清洁能源，被广泛应用于化工、石油加工、电力等领域。

下面将介绍制氢的工艺流程。

1. 原料准备制氢的原料可以是天然气、煤炭、石油等。

在工业生产中，天然气是最常用的原料，因为天然气中含有丰富的甲烷，是制氢的理想原料。

在原料准备阶段，需要对原料进行净化处理，去除其中的杂质和硫化物，以保证制氢过程的顺利进行。

2. 蒸汽重整蒸汽重整是制氢的关键步骤之一，也是最常用的制氢工艺。

在蒸汽重整反应器中，甲烷与水蒸气在催化剂的作用下发生催化重整反应，生成一氧化碳和氢气。

这个反应是一个放热反应，需要控制反应温度，以确保反应的高效进行。

3. 精馏分离在蒸汽重整反应后，产生的气体混合物需要进行精馏分离，以得到高纯度的氢气。

通常采用低温精馏的方法，将气体混合物在低温下进行分馏，分离出高纯度的氢气和一氧化碳。

4. 气体净化得到的高纯度氢气需要进行进一步的净化处理，去除其中的一氧化碳、二氧化碳、甲烷等杂质。

通常采用吸附剂或膜分离的方法进行气体净化，以确保最终得到的氢气符合工业使用的要求。

5. 储存和输送经过净化处理后的氢气需要进行储存和输送。

通常采用压缩氢气或液化氢气的方式进行储存，以便于输送和使用。

对于大型工业生产，通常会建设氢气储罐和输氢管道，将氢气输送到需要的地方。

以上就是制氢的工艺流程，通过这个工艺流程可以高效地从天然气等原料中生产出高纯度的氢气，为化工、石油加工、电力等领域提供清洁能源。

制氢工艺的不断改进和创新将有助于推动清洁能源的发展，减少对传统能源的依赖，为环境保护和可持续发展作出贡献。

电解水制氢工艺描述电解水生产氢气氧气是一个比较成熟的工艺。

其主要组成部分有：电解槽、气水分离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等，电气、仪表及配套的设备元器件主要有：直流电解电源（简称电解电源）、电源冷却循环泵（简称电源冷却泵或电源泵）、电解液循环泵（简称循环泵）、电解系统冷却循环泵（简称电解冷却泵或冷却泵）、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯净水生产装置等。

电解水制氢工艺流程示意图见图1。

图1 电解水制氢工艺流程示意图压力的单位为Mpa，小数点后面保留3位。

差压的单位为kPa，小数点后面保留2位,流量单位为m3/h，小数点后面保留2位。

温度的单位为°C，小数点后面保留1位,累计流量的单位为m3，小数点后面保留1位，累计工作时间的单位为h，小数点后面保留1位。

所有的电磁阀均为电开阀，通电开启，断电关闭。

一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵XHB及冷却泵LQB控制表1 电解系统与冷却系统对应输入输出关系表1、氢气压力PH 由压力变送器PT101变送为4~20mA直流信号，根据氢气压力PH控制电解电源DDY（电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停止）、电源冷却泵DLB和循环泵XHB（电源冷却泵DLB和循环泵XHB与电解电源DDY同步受氢气压力PH控制）的通断，氢气压力可以在触摸屏上设置：○1氢气压力上限设定值（简称压力设定上限）PHH的设置范围0~3.00Mpa（参考值0.40Mpa）；○2氢气压力下限设定值（简称压力设定下限）PHL的设置范围0~3.00MPa（参考值0.35Mpa）。

参考值就是第一次开机设置时（或者长时间断电数据丢失时）推荐使用的数值。

○3当氢气压力PH 高于压力设定上限PHH，PH＞PHH，DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行；○4氢气压力PH 低于压力设定下限PHL，PH＜PHL， DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB通电运行。

制氣糸统工作虑理及圭设备电鮮槽的结构和检修工序工艺—*、氢宅基农知识1. 氢》%的性质和用途：気是宇宙中分布最广的一种元素，它A地球上主要以化合状态存＞4于化合场中，在大毛屢中的含量很低，仅有Ippm （体积比丿。

毛体中，範毛最轻，粘度最小，导热糸数最爲，化学活性、湊透和犷散性强（护散糸数为0.63cm2/s,约为甲烷的三信丿。

它是一种强的还原剂，可同许多杨质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的簸化杨。

気宅的着火、燃烧、爆炸性能是它的主耍特性。

飢毛令量国在4-75% （空宅环境人4.65-93.9% （氧毛环境丿肘形成可爆燃毛体，遏到朗火戎温度淮.585V 以上肘可引起燃爆。

庄力水电解制出的竄毛具有压力為C1.6丸3.2MP" 便于输送，纯度需（99.8%以上丿可直接用于一般场合，还可以通过后续純化（飢毛纯度提壽列99.995以上丿和干燥（空点提壽列-40〜-85°C丿，可作为燃料、栽毛、还原或保护宅.冷却介质，广臣用于国氏经济的各行各业。

2. 水电解制氢.、纯J化脱氧、干燥療理2.1水电解制氮原理利用电能使芷电解质溶液分解为其它杨质的单元装置称为电解也。

任何场质在电解过程中，从数量上的炙化服从法竝笫主律。

法拉第定律指出：电鮮肘，淮.电极上析出场质的救量，与通过诲液的电流强度和通施肘间成正比；用和同的电量通过不同的电解质溶液肘，各种溶液柱两圾上析岀杨质量匀它的电化当量成正比，而析出1克生量的任何炀质都需要1出拉■第单伐.96500库公（26.8Ah丿的电量。

水电解制気符合法竝笫电解龙律，即亦标;隹状恚下，阴极析岀1克分孑的気鮎所需电量为53.6Aho生尹1Nm3気毛（1.073m3,（氧％为気宅尹量的50%J,所需电量2390Ah,療抖水谄耗0.805kg。

将水电解为気宅和氧％的过程，其电圾反应为：阴圾：2HO + 2e — H t + 2OH阳奴：2OH + 2e f HO + 1/20 t总反应：2HO -> 2H t + O t从反应无得岀：1）水电解对尹生两个ft和一个氧。

第一章工艺概述从20世纪90年代起，用水为原料生产氢气在制氢工艺中占据越来越重的地位。

而水制氢参夹着大量的杂质，从而使制氢后就存在一个纯化工艺。

三塔流程作为纯化再生过程的—种，已逐步代替两塔流程而占据主导地位。

了纯化再生罐的结构、工作原理，并根据纯化再生的工艺分析其控制要求，为纯化再生温度控制系统设计做准备。

1.1 制氢工艺原理流程水电解制氢系统的工作原理是由浸没在电解液中的一对电极中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池，当通以一定的直流电时，水就发生分解，再阴极析出氢气，阳极析出氧气[1]。

本系统主要由电解槽、气液处理器、加水泵、水碱箱、制氢控制柜、整流柜、整流变压器等组成。

如图1.1所示图1.1制氢工艺流程由于本次设计的课题为纯化再生温度控制系统设计，故主要研究的对象为纯化器，由制氢工艺流程分析可得到含有的主要杂质有氧气、水蒸气、氮气、粉尘、碳。

而本次设计主要考虑的对象为氧气与水分。

1.2工艺要求目前的市场主流要求氢气浓度≥99.999% ，其中氮气（N）＜4ppmV、总碳含2）＜ 1ppmV、氢气干燥后要求加丝网目≦1μ的过滤器[2]。

量＜1ppmV、氧气（O21.3纯化再生工艺纯化再生主要包括的工艺过程为：脱氧、除水以及催化剂的再生。

（1）脱氧工艺本装置采用催化脱氧的原理，脱氧罐内装有催化剂，在催化剂的催化下氢气与氧气反应生成水，已达到出去氢气中杂质氧气的目的，满足对氢气含氧量有一定要求的用户[3]。

脱氧器主要包括：铂电阻、电缆、金属外壳内置催化剂的，其结构图1.2所示图1.2脱氧罐示意图当投入工作时含杂质较高的氢气从左上方a口进入，经电加热元件加热后进入催化剂床层，氢气和氧气在催化剂的作用下发生化合反应生成水，水以气态的形式随氢气从a口下面的b口流出脱氧器。

在催化剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。

分别用来检测催化剂床层上部和下部的温度。

下部铂电阻检测温度达到设定温度时，会暂停电加热元件，待温度低于设定温度后，会再次启动电加热元件。

天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程1.1工艺原理1.天然气脱硫本装置采用干法脱硫来处理该原料气中的硫份。

为了脱除有机硫，采用铁锰系转化吸收型脱硫催化剂，并在原料气中加入约1-5%的氢，在约400℃高温下发生下述反应：RSH+H2=H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2O经铁锰系脱硫剂初步转化吸收后，剩余的硫化氢，再在采用的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收：H2S+ZnO=ZnO+H2OC2H5SH+ZnS+C2H5+H2O氧化锌吸硫速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.1ppm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求。

2.蒸汽转化和变换原理原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃—蒸汽转化反应，主要反应如下：CH4+H2O= CO+3H2-Q (1)一氧化碳产氢CO+H2O=CO2+H2+Q (2)前一反应需大量吸热，高温有利于反应进行；后一反应是微放热反应，高温不利于反应进行。

因此在转化炉中反应是不完全的。

在发生上述反应的同时还伴有一系列复杂的付反应。

包括烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢，积碳，氧化等。

在转化反应中，要使转换率高，残余甲烷少，氢纯度高，反应温度要高，但要考虑设备承受能力和能耗，所以炉温不宜太高。

为缓和积碳，增加收率，要控制较大的水碳比。

3.变化反应的反应方程式如下：CO+H2O=CO2+H2+Q这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸气，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反应速度。

使最终CO浓度降到低的程度，且为生产过程中的废热利用创造了良好的条件4.变压吸附原理变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程。

该工艺是以多孔性固体物质（吸附剂）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态直接工作的可逆的物理吸附过程。

它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力，在低压下又有较小的吸附能力，而理想组分H2无论在高压下还是在低压下都具有较小的吸附能力的原理。

水电解制氢装置工作原理结构及工艺流程1．水电解制氢装置工作原理水电解制氢的原理是由浸没在电解液中的一对电极中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池,当通以一定的直流电时,水就发生分解,在阴极析出氢气,阳极析出氧气。

其反应式如下:阴极：2H2O＋2e→H2↑＋2OH-阳极: 2OH-－2e→H2O＋1/2O2↑直流额定电压（V） 28 56总反应: 2H2O→2H2↑＋O2↑产生的氢气进入干燥部分，由干燥剂吸附氢气携带的水分，达到用户对氢气湿度的要求。

本装置干燥部分采用原料氢气再生，在一干燥塔再生的同时，另一干燥塔继续进行工作。

2．水电解制氢装置的用途与技术参数纯水耗量（kg/h） 5 10 主电源动力电源容量（KVA）40 75原料水水质要求电导率≤5μs/cm氯离子含量<2mg/l悬浮物<1mg/l冷却水用量（m3/h） 3整流柜冷却水出口背压<0.1Mpa电解槽直流电耗≤4.8KWh/m3H2碱液浓度26～30%KOH自控气源压力0.5～0.7Mpa气源耗量 3.5m3/h 主电源动力电电压N380V50Hz C相～220V 50Hz 整流柜电源0.5KV 380三相四线50Hz 控制柜电源AC220V 50Hz冷却水温度≤32℃冷却水压力0.4～0.6MPa冷却水水质≤6德国度氢气出口温度≤40℃干燥温控温度250℃～350℃干燥加热终止温度180℃干燥器再生周期24h环境温度0～45℃表1 制氢装置主要技术参数表2.1 设备的用途CNDQ系列水电解制氢干燥装置是中国船舶重工集团公司第七一八研究所新研制成功并独家生产的全自动操作的制氢干燥设备,其主要技术指标达到或超过九十年代末世界先进水平,适用于化工、冶金、电子、航天等对氢气质量要求高的部门,是目前国内最先进的并可替代进口的制氢设备。

2.2 主要技术参数CNDQ5～10/3.2型水电解制氢干燥装置的主要技术参数如表1本装置采用微机控制，对本装置的主要的主要参数：压力、温度、氢氧液位差可进行自动调节;对干燥器的再生时间及再生温度进行自动控制。

电解水制氢工艺描述电解水生产氢气氧气是一个比较成熟的工艺。

其主要组成部分有：电解槽、气水分离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等，电气、仪表及配套的设备元器件主要有：直流电解电源（简称电解电源）、电源冷却循环泵（简称电源冷却泵或电源泵）、电解液循环泵（简称循环泵）、电解系统冷却循环泵（简称电解冷却泵或冷却泵）、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯净水生产装置等。

电解水制氢工艺流程示意图见图1。

图1 电解水制氢工艺流程示意图压力的单位为Mpa，小数点后面保留3位。

差压的单位为kPa，小数点后面保留2位,流量单位为m3/h，小数点后面保留2位。

温度的单位为°C，小数点后面保留1位,累计流量的单位为m3，小数点后面保留1位，累计工作时间的单位为h，小数点后面保留1位。

所有的电磁阀均为电开阀，通电开启，断电关闭。

一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵XHB及冷却泵LQB控制表1 电解系统与冷却系统对应输入输出关系表1、氢气压力PH 由压力变送器PT101变送为4~20mA直流信号，根据氢气压力PH控制电解电源DDY（电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停止）、电源冷却泵DLB和循环泵XHB（电源冷却泵DLB和循环泵XHB与电解电源DDY同步受氢气压力PH控制）的通断，氢气压力可以在触摸屏上设置：○1氢气压力上限设定值（简称压力设定上限）PHH的设置范围0~3.00Mpa（参考值0.40Mpa）；○2氢气压力下限设定值（简称压力设定下限）PHL的设置范围0~3.00MPa（参考值0.35Mpa）。

参考值就是第一次开机设置时（或者长时间断电数据丢失时）推荐使用的数值。

○3当氢气压力PH 高于压力设定上限PHH，PH＞PHH，DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行；○4氢气压力PH 低于压力设定下限PHL，PH＜PHL， DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB通电运行。

制氢运行规程1 总则1.1 设备概况ZHDQ—32/5—W3型中压水电解制氢设备是用于氢冷发电机的制氢设备，由河北电力设备厂生产的。

由主体电解槽和框架部分、整流柜、控制盘及自控仪表、补水泵、贮氢罐、水箱、碱箱组成。

各自动调节、报警等仪表为气动式，设置了一台压缩空气贮罐。

电解槽的电源采用可控硅整流，将交流电(380V)变为直流电供给，采用氢氧化钠 (钾)为电解质，以五氧化二矾为添加剂，电解除盐水来获得高纯度的氢气。

1.2 工作原理当直流电通过氢氧化钠 (钾)水溶液时，在阴极和阳极分别发生下列反应：阴极反应:2H＋+2e=H2↑阳极反应:40H－-4e=2H2O+O2↑总反应为:2H2O=2H2↑十O2↑1.3 制氢工艺流程ZHDQ—32/5—W3型中压水电解制氢设备以双极压滤式电解槽为主体，以气液处理器为主要附属设备，详见工艺流程图。

制氢工艺流程图水碱液补水箱补水泵气水混合氢分离洗涤器碱液电解槽碱液循环泵氧分离器气动薄膜调节阀→排入大气氧气2 主要技术性能和设备规范2.1 技术性能氢气产量 5 Nm3/h（20℃，1atm）氧气产量 2.5 Nm3/h氢气纯度≥99.8％氧气纯度≥99.2％氢气含湿量≤4g/N m3（经框架一后）系统工作压力 3.14Mpa氢氧分离器液位差±20mm电解槽小室总数34个小室电流370A电解槽额定电压30～42V电解槽总电流740A电解槽工作温度≤90℃电解槽直流电耗 5.0KWh/ Nm3H2电解液26％NaOH氢气干燥量10 Nm3/h干燥后氢气露点≤－40℃干燥后氢气绝对湿度≤0.0949g/ m3干燥器工作温度 1.干燥：室温 2.再生：160～230℃干燥器工作周期24小时干燥器额定功率 2.2KW2.2 设备规范2.3 气体质量控制标准备注：氢冷机组的开、停机置换，值长应在8小时前通知化学运行人员，以便化学监督人员早做准备。

2.4 电解液和水质的质量标准2.4.1 电解液浓度26％NaOH添加剂2‰V2O5硫酸盐含量＜100mg/L含铁量＜3mg/L氯离子＜800mg/L2.4.2 除盐水外状澄清透明电阻率＞105Ω·cm氯离子＜6mg/L悬浮物＜5 mg/L耗量5Kg/h2.4.3 冷却水冷却水出口温度≤30℃压力0.3MPa电阻率＞2500Ω·cmPH值6~93 定期工作3.1 发电机氢气纯度、湿度，每天早班分析一次，并汇报值长。

制氢工艺技术路线前言：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——甲烷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。

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氢工艺及反应机理。

一、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烃类(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-烃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)技术逐渐得到成熟和完善，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。