冷、热氢化工艺技术、消耗对比

制氢技术综述&制氢技术路线选择一、工业制氢技术综述1.工业制氢方案工业制氢方案很多，主要有以下几类：（1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。

（2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。

（3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。

（4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电解、生物光解、热化学水解。

（5）生物质制氢。

（6）生物制氢。

2.工业制氢方案对比选择（1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。

（2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。

（3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比：（A）天然气制氢（B）甲醇制氢（C）水电解制氢3. 天然气制氢（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。

（2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。

（3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。

（4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。

否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。

（5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。

因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。

4.甲醇制氢（1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。

（2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。

冷、热氢化工艺技术、消耗对比冷、热氢化工艺技术、消耗对比2011年11月一.冷氢化及热氢化工艺技术比较1 冷氢化单元工艺流程简述（1）冷氢化工序工业级硅粉送至硅粉干燥器，干燥后排入硅粉中间仓。

硅粉在硅粉中间仓中由氢气带入氢化反应器中。

提纯后的四氯化硅经过加压、预热后送至四氯化硅汽化器，汽化后的四氯化硅气体经过加热器进一步加热至500-550℃送至氢化反应器中。

循环氢气和补充的新鲜氢气经各自的压缩机加压后混合，按与硅粉规定比例经过预热器、加热器加热至500-550℃送至氢化反应器中。

如采用氯化氢参与的冷氢化反应，则氯化氢气体也经压缩机压缩后按比例经预热器加热后送至氢化反应器中。

在氢化反应器中，硅粉与四氯化硅、氢气（氯化氢）在500-550℃左右、2.5--3.0MPa压力下进行气固流化反应，生成含一定比例三氯氢硅的氯硅烷混合气。

其主要反应方程式如下：3SiCl4（气）+ 2H2（气）+Si(固)= 4SiHCl3(气)Si（固）+2SiCl4 （气）+ H2（气）+HCl（气）＝3SiHCl3反应后的氯硅烷混合气体经过急冷除尘系统，以除去反应气体中夹带的细微硅粉颗粒，同时降低反应气体温度。

除尘后的气体经过冷凝器冷凝分离回收，冷凝液主要为氯硅烷的混合液，送入粗氯硅烷储罐，而氢气返回循环氢气压缩机循环使用。

（2）粗馏工序来自冷氢化工序的粗氯硅烷液送入1级粗馏塔进行预分离。

1级粗馏塔顶排出含少量的氯化氢和二氯二氢硅的不凝气体被送往废气及残液处理单元进行处理；塔顶馏出液为含有部分SiCl4的三氯氢硅冷凝液，送入精馏工序继续精馏提纯。

1级粗馏塔釜得到含高沸点杂质的粗四氯化硅，送入2级粗馏塔进行进一步提纯。

2级粗馏塔的作用是将粗四氯化硅和高沸点杂质进行分离，塔顶排出的不凝气体同样送往废气及残液处理单元进行处理。

2 热氢化单元工艺流程简述来自氯硅烷罐区的精制四氯化硅通过泵加压进入氢化炉汽化器，汽化器外设蒸汽夹套，内设盘管，用10bar(g)的蒸汽加热，将四氯化硅汽化送至各氢化的气体混合气柜，与高纯氢气按一定比例在气体混合气柜均匀混合，经氢化炉尾气换热器（力臂克管），由氢化炉反应尾气预热后，通过氢化炉底盘喷嘴进入炉内，在1250℃温度下，氢气与四氯化硅发生反应，生成二氯二氢硅、三氯氢硅和氯化氢。

冷氢化技术综述采用多晶硅工厂的副产物四氯化硅（STC）作原料，将其转化为三氯氢硅（TCS），然后将三氯氢硅通过歧化反应生产硅烷。

80年代初，为得到低成本、高纯度的多晶硅，又进行了一系列的研究开发。

其中高压低温氢化工艺（以下简称冷氢化）就是一项能耗最低、成本最小的四氯化硅《STC》三氯氢硅《TCS》的工艺技术。

90年代，为了提高多晶硅产品纯度，满足电子工业对多晶硅质量的要求，开发了高温低压STC氢化工艺，这两种工艺的比较如下：综上比较，二者各有优缺点，但低温高压冷氢化工艺耗电量低，在节能减排、降低成本方面具有一定的优势。

国内多晶硅新建及改、扩建单位可以根据项目的具体情况、自身的优势及喜好，择优选定。

冷氢化主要反应式如下：Si+ 2H2 + 3SiCl4< 催化剂> 4SiHCl3（主反应）SiCl4+Si+2H2 = 2SiH2Cl2（副反应）2SiHCl3 = SiCl4+SiH2Cl2（副反应）典型的冷氢化装置组成如下：一个完整的冷氢化系统大致包括以下6大部分：1、技术经济指标：包括，1）金属硅、催化剂、补充氢气、STC、电力的消耗，2）产品质量指标，3）STC转化率，4）公用工程（氮气、冷却水、冷媒、蒸汽及导热油）；2、主装置：包括，1）流化床反应器、2）急冷淋洗器，3）淋洗残液的处理系统，4)气提，5）加热及换热装置；3、原料系统：包括，1）硅粉输送，2）催化剂选用及制备，3）原料气体的加热装置；4、粗分离系统：包括，1）脱轻，2）脱重，3）TCS分离；5、热能回收系统，包括：1）流化床出口氢化气的热量回收，2）急冷塔出口淋洗气的热能回收，氯硅烷物流热量综合利用；热能回收系统，包括：1）流化床出口氢化气的热量回收，2）急冷塔出口淋洗气的热能回收；6、物料处置及回收系统：包括，1）淋洗残液中的氯硅烷回收，2）脱重塔残液中的氯硅烷回收，3）轻组分中的氯硅烷回收，4）固废处理，5）氯硅烷废液处理。

洛阳晶辉新能源科技有限公司1、低温氢化技术方案“低温氢化”反应原理为：四氯化硅（SiCl4）、硅粉（Si）和氢气（H2）在500℃温度和1.5MPa 压力条件下，通过催化反应转化为三氯氢硅（SiHCl3）。

化学反应式为：3SiCl4+Si+2H2=4SiHCl3行业“低温氢化”虽然比“热氢化”具有能耗低、设备运行可靠的优点，但是尚存一些不足：（1）实际转化率偏低——四氯化硅（SiCl4）实际转化率一般在18%左右；（2）催化剂稳定性差——导致催化剂寿命短、消耗量大、成本高；特别是催化剂载体铝离子容易造成“铝污染”；（3）设备复杂、系统能耗大——工作温度高，所以氢化炉需要内或外加热，设备复杂，系统无有效的能量回收装置，系统能耗高。

3）“催化氢化”技术方案针对上述四氯化硅（SiCl4）冷、热氢化存在的缺点和问题，洛阳晶辉新能源科技有限公司和中国工程院院士、中石化权威催化剂和化工专家合作，在传统“低温氢化”基础上进行改良，自主创新开发出了新一代“改良低温氢化”技术——“催化氢化”。

（1）“催化氢化”技术路线⌝开发高活性多元纳米催化剂——在现有单活性金属基础上，引入第二活性金属，并采用特殊负载工艺，使活性金属呈纳米状态，提高催化剂活性；开发高稳定性催化剂载体——解决现有催化剂稳定性差问题，延长催化剂使用寿命，同时解决“铝污染”；（2）“催化氢化”技术特点催化剂活性高，特别是反应⌝选择性好——四氯化硅（SiCl4）单程率达到22%，以上（最高可达25%）；⌝实现热量耦合、节约能源——需要的外加热量小，减少系统能源消耗；催化剂稳定性好——寿命长、用量小、避免了Al2O3 分解带来的“铝污染”；反应温度进一步降低，反应炉不需要内（或外）加热，并设能量综合回收装置，降低了系统能耗；⌝系统用氢细致划分，由电解氢改良为多晶硅生产过程的回收氢气，既节约了制氢站电解氢的消耗量，同时也有利于提高多晶硅生产中氢气的质量；良好的除尘技术和反应渣吹除技术，保证系统的稳定运行、安全环保，减少了环境污染。

冷氢化的工艺原理
冷氢化的工艺原理
冷氢化是一种发射质子的物理改性技术，可以提高材料的机械性能，以及耐腐蚀性和热稳定性。

它是将大气中的氢原子和离子投射到外表层，并在外表层形成一层硬质深度层。

冷氢化工艺原理包括了冷氢化处理，以及改善外表层性能的一系列步骤。

第一步是冷氢化处理本身。

冷氢化过程一般分为充放电，冷氢震荡处理和冷原子等步骤，可根据要求调节氢浓度，氢温和氢数量来调节外表层性能。

充放电是冷氢化处理的关键，充放电可以使活化后的氢原子及其离子向外表层投射，并与表面原子结合，从而形成一层硬质的深度层。

第二步是进行机械处理。

机械处理是指使用研磨等机械装置处理外表层，以改善表面性能。

根据要求可以采用研磨抛光，搓毛，热处理等多种方法。

第三步是进行物理性能处理，这一步是对氢化外表面进行表面处理以提高材料的物理性能，常用的处理方法包括溶剂处理，熔融处理，化学处理，渗碳处理等。

第四步是进行加工处理，这一步是采用机械加工处理外表层，以增强表面的机械性能，这种处理方法包括钻孔，切割，钝化，冷镦和锈蚀等。

第五步是表面涂层处理，这一步是对外表层进行表面涂层，以改善材料的耐腐蚀性和热稳定性，并阻止空气中的氧化物进入表面，常
用的表面涂料处理包括镀铬，锌，锡，铬和其他金属涂层等。

总之，冷氢化是一种重要的物理改性技术，能够提高材料的机械性能，耐腐蚀性和热稳定性，是工业制造中常用的技术。

、从外形和接管的结构形式来看，这应当是一台材质为Incoloy 800H的冷氢化流化床反应器；评论：就目前来说冷氢化流化床基本上的材质都是镍合金。

厚度各有不同差异，基本在55-65的厚壁。

2、喷嘴应当安装在分布板的反面，上面看不到，国内有些设计院喜欢采用这种结构；评论：这点各有不同。

个人认为，喷嘴在下面比较好点。

3、上部为出料管，硅粉进料装置应当在反应器的下部（反应段），照片上看不出来；评论：硅粉进料装置不一定在下部，底部为分布板，进硅粉对磨损更厉害。

这个反应器采用的是顶部进硅粉及催化剂，插入到反应段。

是一个垂直的方向。

4、从外部结构上来看，反应器内部没有旋风除尘，但是会有内部挡板；评论：旋风除尘都在外面。

不知您是否见过安装在反应器里面的旋风。

是否能做个比较，介绍一下。

内部挡板是必须的，用来破碎气泡。

5、以厂房作为背景的话，基本能够估算出反应段直径和扩大段直径。

评论：该设备是2800*1800，厚度在50以下。

厂家是国内外资厂家1、因为镍基合金Incoloy 800H的管子非常难买，所以反应器上的接管都是用棒材加工的。

看到流化床反应器上的棒料加工的厚壁管，可以断定是高压流化床反应器；2、“喷嘴在下面比较好点”，这点不敢苟同，喷嘴形式很多，各有利弊。

图中的喷嘴在运行时可能会有死角，无法吹扫堆积在分布板上的硅粉，所以个人认为并非最佳；3、硅粉进料有上、下进料方式，我认为各有利弊，要说明的是，有一种下部进料可以对多孔板不造成任何磨损，或磨损很小。

此外还有侧面进料，国内侧面进料的流化床反应器也有不少；4、内旋风除尘的反应器也很多，其优点是可以减少催化剂的耗量，黄河水电的氯氢化流化床反应器就是内旋风除尘；5、看参照物，本设备直径应当1600mm以上，扩大段应当在2600mm以上，国内做此设备也就那么几家厂，可以推断出来。

这种冷氢化的反应器已经淘汰了。

反应器的主体材质是316L/800H,设备上端是316L，下端是800H。

不同制氢路径的工艺特点及成本比较制氢是一种广泛应用的工业过程，用于生产氢气的不同路径有很多种。

这些路径包括煤炭气化、天然气重整、电解水、生物质转化等。

本文将分析这些不同制氢路径的工艺特点及成本比较。

首先，煤炭气化是一种常见的制氢方法，工艺特点如下：1.建设成本较高：煤炭气化厂的建设成本较高，主要是因为煤炭气化设备和相关气体净化设备的投资较大。

2.高效能转换：煤炭气化可以将煤炭转化为氮气和甲烷等气体，然后通过气体净化设备去除杂质，得到高纯度的氢气。

3.二氧化碳排放：煤炭气化过程会产生大量的二氧化碳排放，对环境造成一定的影响。

其次，天然气重整是另一种常见的制氢方法，其工艺特点如下：1.低成本：相比于煤炭气化，天然气重整的建设成本较低，主要是因为天然气作为原料更加便宜且易于获取。

2.产气质量高：天然气重整可以生产高纯度的氢气，并且能够调节氢气的产量和纯度。

3.二氧化碳排放：与煤炭气化相比，天然气重整的二氧化碳排放量较低。

接下来，电解水是制氢的一种绿色路径，其工艺特点如下：1.能源消耗：电解水是通过电流将水分解为氢气和氧气，相比于煤炭气化和天然气重整，电解水具有较低的能源消耗。

2.可再生能源：使用可再生能源如太阳能和风能作为电力源是电解水制氢的一种可行方法，能够实现零排放。

3.生产纯度高：电解水制氢可以生产高纯度的氢气，但是该方法的氢气产量相对较低。

最后，生物质转化是一种潜力巨大的制氢方法，其工艺特点如下：1.可持续性：生物质转化使用农作物秸秆、木材废弃物等生物质作为原料，具有良好的可持续性。

2.温室气体排放：生物质转化可以将生物质中的有机物转化为氢气，产生的副产品包括水和二氧化碳等，而二氧化碳可以用于植被生长，有利于减少温室气体排放。

3.技术成熟度低：尽管生物质转化具有潜力，但是目前该技术的成熟度较低，需要进一步的研发和测试。

综上所述，不同制氢路径的工艺特点及成本比较如下：煤炭气化成本较高，但能够高效能转换；天然气重整成本较低，产气质量高；电解水能源消耗低，但氢气产量相对较低；生物质转化可持续性好，但技术成熟度较低。

制氢技术比较及分析报告在反应器中得到有效控制，避免对设备和环境造成污染。

该工艺能耗较低，但对反应器材料要求高，装置投资较大。

对于工业制氢方案的选择，我们重点考虑成本、纯度和生产能力等因素。

其中，天然气制氢、甲醇制氢和水电解制氢是比较常用的方案。

天然气制氢虽然成本较低，但能耗高、装置投资大；甲醇制氢则需要大量的甲醇作为原料，成本较高；而水电解制氢则能够达到较高的纯度要求，但装置投资也较大。

因此，我们需要根据实际情况进行综合考虑，选择最适合自己的制氢方案。

在天然气制氢方案中，水蒸汽重整、部分氧化、自热重整、绝热转化和高温裂解等方法各有优缺点。

水蒸汽重整虽然成本较低，但能耗高、装置投资大；部分氧化能够提高生产能力，但制氧成本较高；自热重整虽然能够合理利用反应热量，但装置投资也较大；绝热转化具有流程短、操作单元简单等优点，但装置投资也较大；高温裂解能耗较低，但对反应器材料要求高，装置投资也较大。

因此，我们需要根据实际情况进行选择，综合考虑成本、生产能力和环保等因素。

总之，选择适合自己的制氢方案需要综合考虑多方面因素，包括成本、纯度、生产能力和环保等。

在具体方案选择时，需要根据实际情况进行综合分析和评估，以达到最优的制氢效果。

制氢技术有多种方法，其中包括电解水制氢、聚合电解质薄膜电解制氢、光电解制氢、生物光解制氢和热化学水解。

电解水制氢技术成熟，设备简单，运行可靠，管理方便，不产生污染，可制得氢气纯度高，杂质含量少，适用于各种应用场合。

聚合电解质薄膜电解制氢技术相对成本高，容量小，效率低，使用期短，目前尚不成熟。

光电解制氢是利用太阳能制氢，而生物光解制氢是一种生物制氢工程。

热化学水解技术目前尚不成熟，需要进一步商业化发展。

在制氢方案对比中，天然气水蒸汽重整制氢、甲醇水蒸汽重整制氢和电解水制氢是主要的三种方案。

大型制氢中，天然气水蒸汽重整制氢占主导地位，因为天然气既是原料气也是燃料气，无需运输，氢能耗低，消耗低，氢气成本最低。

制氢工艺技术比较摘要：本文简要介绍了几种主要制氢工艺技术方法及生产特点，同时从原材料、经济用氢规模等方面对几种主要制氢方法进行了比较，并给出了今后精细化工行业中与特定规模相匹配的制氢工艺技术。

关键词：制氢工艺技术方法比较市场氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。

一、主要制氢工艺技术方法1.电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。

水为原料制氢过程是氢气与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。

提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85%，其工艺过程简单，无污染，目前国内经济规模是300m3/h以下，主要是要求配电的功率太大，单套装置无法实现大型化，因此其应用受到一定的限制。

2.天然气转化制氢该法是在有催化剂存在下与水蒸气反应转化制得氢气，反应在800～820℃下进行。

用该法制得的气体组成中，氢气体积含量可达74%，大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸气转化制氢的工艺，该工艺流程复杂，投资大，能耗高，考虑到这些因素的影响，目前天然气制氢经济规模在1000～5000Nm3/h，而后我国曾开发间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必采用高温合金转化炉，装置投资成本低。

其生产成本主要取决于原料来源，我国天然气分布不均，采用该方法受到限制。

3.煤焦化或煤气化转化法制氢以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。

3.1焦化是指煤在隔绝空气条件下，在900～1000℃制取焦炭，副产品为焦炉煤气，焦炉煤气组成中含氢气55～60%（体积）、甲烷23～27%、一氧化碳6～8%等，而后将其中的萘、硫等杂质去除，通过变压吸附装置将焦炉煤气中的氢气提纯，该工艺流程复杂，投资大，规模大能耗高，同时受到焦化行业的制约。

冷热氢化工艺技术消耗对比热氢化工艺和冷氢化工艺都是常用的氢化工艺技术，它们在不同的工业领域都有广泛的应用。

热氢化工艺是指在高温条件下将物质与氢气反应生成氢化物，而冷氢化工艺则是在低温条件下进行氢化反应。

本文将对热氢化工艺和冷氢化工艺进行比较，并分析它们的优缺点。

一、热氢化工艺热氢化工艺的主要特点是反应温度较高，通常在250°C到500°C之间。

在这一温度范围内，物质和氢气能够较快地反应生成氢化物。

热氢化反应是一个放热反应，因此在反应过程中需要耗费大量的能量来维持反应温度。

此外，热氢化反应通常需要高压条件下进行，以提高反应速率。

热氢化工艺广泛应用于化学工业、石油化工、能源产业等领域。

热氢化工艺的优点：1.反应速率快：热氢化反应在高温下进行，反应速率较快，可以快速生成目标产物。

2.高转化率：热氢化反应在高压条件下进行，能够提高反应的转化率，使得重要产物的得率较高。

3.应用广泛：热氢化工艺广泛应用于化学工业、石油化工、能源产业等领域，对于制备氢化物有重要的意义。

热氢化工艺的缺点：1.能量消耗大：热氢化反应需要高温条件和高压条件下进行，耗费大量的能量。

2.反应条件苛刻：由于热氢化反应需要高温和高压条件下进行，所以对反应设备的性能要求较高，且操作条件较为复杂。

3.产物纯度有限：由于热氢化反应的副产物和杂质会随着高温条件下的反应生成，因此热氢化产物的纯度有限。

二、冷氢化工艺冷氢化工艺是指在低温条件下将物质与氢气进行氢化反应。

冷氢化反应的温度通常在-80°C到0°C之间。

这一温度范围内，由于反应速率较慢，需要较长的反应时间来生成氢化物。

冷氢化工艺主要应用于食品工业、医药工业等制造领域。

冷氢化工艺的优点：1.产物纯度高：由于冷氢化反应过程中的副产物和杂质较少，可以得到高纯度的产物。

2.反应条件温和：冷氢化反应不需要高温和高压条件，反应条件相对较为温和，对反应设备的性能要求较低。