制氢工艺简介课件

第二章 水电解制氢装置
• 电解液循环的目的在于向电极区域补充电解消耗的纯水，带走电解过 程中产生的氢气、氧气和热量，增加电极区域电解液的搅拌，减少浓 差极化电压，降低碱液中的含气度，降低小室电压，减少能耗等，以 使电解槽在稳定条件下工作。碱液循环的大小影响槽内小室电压和气 体纯度。对手一个特定的电解槽，应有一个合适的循环量。一般槽内 电解液更换次数为每小时2--4次。在常压电解系统中，通常用自然循 环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小，管道细，气液流通阻 力大，加上电流密度较大，要求电解液更换的次数比较多，采用自然 循环难于达到，因而采用碱液循环泵来强制循环。
第一章 氢气的性质和用途
• 氢气在多晶硅生产中的应用
• H2 ＋ Cl2 ＝2HCl ＋ Q（燃烧） • Si＋3HCl＝ H2 ＋ SiHCl3 ＋ Q (280-330℃) • SiHCl3＋2H2＝Si＋3HCl↑ (1050-1100℃) • SiCl4＋2H2＝SiHCl3 ＋ 3HCl↑（1200 ℃ ）
第二章 水电解制氢装置
第二章 水电解制氢装置
气液处理器（包括氢氧分离器、气体洗涤器、
工控机是控制碱部分液的核心及。 气体冷却器、碱液过滤器、屏蔽泵等）
第三章 氢气纯化装置
于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。
其中的杂质主要是O2 和H2O ，还有微量的N2、CH4等。
66V，所以，在水溶液中同时存在H+和K+时，H+将在阴极上首先得到电子而变成氢气，而K+则仍将留在溶液中。
第二章 水电解制氢装置
• 电解过程中，装置内的原料水一直不停地在消耗，因此， 为保证水电解的连续进行，需要定期向装置内补充原料 水。水箱中的水通过加水泵分别打入氢氧洗涤器，然后 通过溢流管注入分离器下部的液相部分和循环碱液一并 进入电解小室进行连续电解，同时使电解液中碱的浓度 保持在最佳使用范围。补水过程中，只开启单个补水回 路，即只开氢侧或氧侧补水回路。

四、中温变换
原料经转化生成的产品气中含有11-12% 的CO，为了尽可能多的产氢气以节约原料消 耗和减少PSA系统进料的杂质，这就要使转 化气中的CO继续于与汽反应生成H2与CO2 。这就是变换反应，反应机理为：
CO+H2O→CO2+H2
五、变压吸附（PSA）
从中变气第四分液罐出来的气大部分为氢气约74%， 另外还含有近5%的甲烷，3%的一氧化碳和18%的二氧化 碳，其中甲烷和一氧化碳都含有很高的热值，而且一氧化 碳和二氧化碳是加氢装置的毒物，PSA单元的任务就是把 这些毒物除去，得到99.9%以上的高纯氢，而杂质气体甲烷 、一氧化碳和二氧化碳则作为PSA尾气为送至转化炉全部 做燃料。
预硫化是指在一定氢浓度下，利用硫化剂与氢 气反应生成的H2S，在一定温度下与催化剂中氧化 态的活性组分反应，生成具有高活性的金属硫化物 的过程。通常使用的硫化物为DMDS或CS2。
脱硫脱氯剂
本装置脱氯剂是以Al2O3或活性碳为载体，Na 、Ca、Zn、Cu等金属氧化物为活性组分，其脱氯 机理与脱硫机理相同，都是化学吸收型吸附剂。脱 氯剂、脱硫剂中的活性组分随化学吸附反应的进行 ，其有效活性组分会降低，最终达到在工业条件下 的饱和而使催化剂失去活性。因此催化剂需要及时 的更换，以免催化剂达到饱和硫容而失去吸附作用 后引起第二床层的硫穿透。
第五节 制氢催化剂及吸附剂
制氢装置催化剂种类繁多，分别有加氢精制催 化剂、脱硫脱氯催化剂、转化催化剂、中变催化剂 ，另外PSA区有5种吸附剂。
加氢催化剂主要活性组分为CoO及MoO3，双 功能加氢催化剂还含有NiO，而氧化态的Co、Mo、 NiO加氢活性非常低，为了达到要正常生产的目的 ，延长催化剂使用寿命及初活性的发挥，需对新鲜 催化剂进行预备硫化，使之变成具有较高活性的硫 化态的金属硫化物。

氢气的化学性质
氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反 应形成化合物时其价键具有特征。氢原子失去 其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核 或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多 倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是 同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。 如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反 应。如甲烷化反应：
甲烷化催化剂
催化剂的主要化学组分为Ni0、Al203，使用时还原为金 属镍。主要毒物为硫、砷、钒、碳酸钾和羰基镍等。对 于甲烷化催化剂，硫是永久性毒物，这是因为操作温度 较低，活性镍一旦与硫化氢生成Ni2S3后，即使除去H2S， 也无法被氢气再还原为活性状态。研究表明，甲烷化催 化剂中吸硫达到0.15％～0.2％时活性丧失50％，若达到 0.5％则活性全部丧失。希望进甲烷化催化剂的原料气中 硫含量越低越好，一般要小于0.1ppm。甲烷化工序设在 脱碳之后，各种脱碳液带入均会造成不同的毒害。砷是 永久性毒物，催化剂中砷含量达到0.1％时便严重失活。 甲烷化催化剂在150℃以下操作时，活性镍与一氧化碳 会反应生成羰基镍Ni(CO)4，这是对人剧毒的挥发物， 还造成催化剂中镍的流失，严重降低活性。因此，在床 层降温至150℃以下时不能再通工艺气，应改用氮、氢 气氛
催化剂
反应
毒物
加氢，脱氢
Ni，Pt，
Pd，Cu
氧化
Co Ag V2O5,V2O3
Fe
SiO2-Al2O3
加氢裂解 氧化 氧化 合成氨 加氢 氧化
费-托合成 裂化
S,Se,Te,P,As,Sb,Bi,Zn,卤化物， Hg,Pb,NH3,吡啶，O2,CO（<180℃）
铁的氧化物，银化合物，砷化物，乙炔， H2S,pH3

的热。
造
•
CH4+202→C02+2H20 + 1802kJ
方
•
法
2021/3/10
4
一、氢气的制造方法
• 在高温及水蒸汽存在下，C02及水蒸汽可与未燃 烧C02的不C多H4 ，反反应应，为得强到吸主热要反产应物。CO 及 H2 燃 烧 所 得
•
CH4+C02→2C0+2H2 —206kJ
•
CH4+H2O→CO+3H2 —247kj
2021/3/10
8
(3)轻烃水蒸汽转化法
• 合适的反应条件为：温度800～900℃，反应压力
1.5----3.0MPa，水蒸汽与原料气摩尔比2.5----
6。所得转化反应气体的组成为：甲烷3—8％(V)，
一氧化碳7％-8％，二氧化碳10％-15％，氢气70
％左右，采用催化剂(一般为镍催化剂)，该催化
•
CnHm+nC02→2nC02+1／2mH2
(2)
• CnHm+nH20→nCO+(1／2m+n) H2
(3)
• 反应(1)为强放热反应，反应(2)、 (3)为强吸热 反应。反应主要产物为CO及H2，
• 反应温度为1200—1370℃，压力为3.2----8.3MPa， 不用催化剂。1t原料加入水蒸汽量约400-----500kg。
、 氢
气 等过程。不同来源的炼厂气其组成各不相同，
的 其中氢含量也不相同。如催化重整气体中含
氢量很高，是炼油厂氢气的重要来源。
• 催化重整反应一般是以石脑油馏分为原料生 产高辛烷值汽油或生产芳烃。其化学反应中
制 造