煤气化制氢装置设计与优化

制氢装置能耗分析及节能措施的探讨摘要：本文分析了中国石化海南炼化有限公司制氢装置的能耗构成及影响能耗的主要因素，从装置的技术特点出发，对制氢装置的节能减排进行探讨，明确了提高装置利用率、降低燃料气、电的消耗是降低能耗的主攻方向。

通过采用一系列的节能措施，如给鼓引风机增设变频器并投用功率较小的压缩机代替原来功率较大的压缩机，大大降低了电的消耗；对转化炉的内壁进行喷涂红外反辐射涂料，余热回收系统更换热管，提高了装置的利用率，降低了燃料气的消耗。

工业运行结果表明：改进后的方案能保证系统安全平稳运行，经济效益显著。

关键词：制氢装置转化炉余热回收系统能耗节能一、前言中国石化海南炼化分公司制氢装置于2006年建成投产，本装置以燃料气和PSA尾气为原料，设计能力为6×104Nm3/h工业氢，装置的产品氢气纯度为99.99%，年开工时数为8400小时，相当于年产纯氢4.59万吨。

但在生产中为适应下游加氢装置处理量的要求，其实际处理量仅为设计负荷的30%～40%，造成了大马拉小车的现象。

这不仅使装置的生产力没有得到充分利用，并且增加了装置的损耗率，对运行和投资来说都是一种浪费[1-2]。

为了改变装置高能耗低效益的不利局面，尽可能低的降低能耗及生产成本，在2009年至2011年陆续对部分制氢装置进行了技术改造，取得了一定效果。

二、制氢装置技术特点装置采用烃类水蒸气转化法造气和变压吸附法提纯氢气的工艺，以天然气和RDS装置提供的PSA尾气为原料，当PSA尾气及天然气供给量不足时可以以罐区提供的液态烃及石脑油为补充原料，产品氢气纯度可达99.99%，副产品为变压吸附尾气，全部用作转化炉燃料。

装置不设原料预热炉，原料用过热蒸汽预热，并采用三合一产汽流程（即烟道气、转化气、中变气的产气系统共用一台汽水分离器）以及转化炉烟气多段换热系统等诸多措施尽可能回收转化炉的余热，提高了转化炉的利用率。

三、原料能耗分析由表1为2008年2、4、6月该装置的加工能耗统计，由表1可知制氢装置能耗主要由燃料气、蒸汽、水和电等构成，其中燃料（燃料气与脱附气之和）能耗最大，其次是电。

煤气化制氢技术发展面临问题与对策建议煤气化制氢技术是一种将煤炭等碳质资源转化为氢气的高效能途径，对于实现清洁能源转型和减少温室气体排放具有重要意义。

然而，该技术在发展过程中面临着一些问题。

本文将重点探讨这些问题，并提出相关对策建议。

问题一：碳排放由于煤气化过程中碳的氧化生成了二氧化碳，该技术存在一定的碳排放问题。

如何有效减少碳排放，降低对环境的不良影响是当前亟待解决的问题。

对策建议一：碳捕获与储存技术引入碳捕获与储存技术可以有效地降低煤气化制氢过程中的碳排放量。

通过捕获二氧化碳并将其安全储存或利用，可以实现碳的闭环循环利用，减少对大气的排放。

对策建议二：开发新型煤气化反应剂研发新型煤气化反应剂，选择具有高效反应速率和选择性的催化剂，可以在一定程度上提高产氢效率并减少副产物的生成，从而减少碳排放。

问题二：能源消耗煤气化制氢过程需要大量的热能供应，这增加了能源的消耗，对可持续发展带来了一定的挑战。

如何降低能源消耗，提高制氢过程的能源利用效率是当前亟待解决的问题。

对策建议一：能源配置优化通过对能源配置的优化，合理选择能源供应方式和热能利用技术，可以降低能源消耗并提高能源利用效率。

例如，利用余热发电、充分利用内燃机烟气中的热量等方式，实现能源的高效利用。

对策建议二：技术改进与创新开展煤气化制氢技术的改进与创新，设计节能的反应器结构、优化工艺流程，并结合先进的控制技术，实现对制氢过程的精细调控，降低能源消耗。

问题三：产物处理煤气化制氢过程中产生的副产物，如一氧化碳、硫化物等会对环境和设备造成一定程度的污染和腐蚀，给后续的产物处理带来了一定的困难。

如何处理和利用这些副产物是当前亟待解决的问题。

对策建议一：副产物资源化利用优化煤气化制氢过程中的工艺参数以及产品分离纯化技术，实现对副产物的高效分离和回收利用。

例如，利用一氧化碳进行合成气的催化转化，将硫化物转化为有用的化学品等。

对策建议二：改善产物处理技术开发和改进高效、环保的产物处理技术，如将含硫废气进行脱硫处理，减少对设备的腐蚀和对环境的污染。

煤气化制氢工艺配置与设备选型分析煤气化制氢是一种通过煤炭等碳质原料进行气化，生成合成气后，再进行净化纯化，最终得到高纯度氢气的工艺。

煤气化制氢工艺的配置与设备选型是该工艺实施过程中的关键环节，将直接影响到工艺效率和经济效益。

本文将对煤气化制氢工艺配置与设备选型进行详细分析。

一、煤气化制氢工艺配置分析1. 煤气化工艺种类煤气化制氢工艺主要有固定床煤气化、流化床煤气化和喷射床煤气化等不同类型。

固定床煤气化工艺利用高温下煤与氧气的反应生成合成气，具有工艺成熟、设备简单等特点。

而流化床煤气化则采用颗粒状催化剂使煤气化反应发生在流态的床层中，具有反应速度快、产气量大等优势。

喷射床煤气化工艺则是将煤粉与氧气直接混合并喷入可燃烧的床层中，具有投资少、操作简便等特点。

2. 煤气净化工艺煤气化产生的合成气中含有大量的杂质，如硫化氢、氨、苯等。

为了得到高纯度的氢气，需要进行净化处理。

常见的煤气净化工艺包括低温净化、吸附净化和催化净化等不同类型。

低温净化通过调整温度降低硫化氢、氨等杂质的溶解度，从而实现净化目的。

吸附净化则采用吸附剂吸附杂质气体，如活性炭吸附硫化氢。

催化净化是通过催化剂使有害物质在催化剂表面发生反应转化为无害物质。

3. 氢气纯化工艺经过煤气净化后得到的合成气含有一定的氢气，但其中仍然存在氮气、一氧化碳等非氢成分。

为了进一步提高氢气的纯度，需要进行纯化处理。

常见的氢气纯化工艺包括压力摩擦吸附（PSA）和膜分离等。

压力摩擦吸附是通过吸附剂在不同压力下对气体分子的选择性吸附使其分离。

膜分离则是利用不同气体在膜上的渗透速率不同来实现分离纯化。

二、煤气化制氢设备选型分析1. 煤气化设备煤气化设备主要包括煤气化炉、煤粉输送系统和废气净化系统等。

煤气化炉是进行煤气化反应的核心设备，其选型应考虑设备稳定性、煤气化效率等因素。

煤粉输送系统用于将煤粉送入煤气化炉，需要考虑输送速度、输送距离等因素。

废气净化系统用于处理煤气化过程中生成的废气，选型时需要考虑净化效率、能耗等因素。

142前言本文以某石化公司的某个制氢装置为例，前提是该公司的制氢装置已经建成并成功投入使用。

首先，假设该公司制氢装置的理论设计制氢能力为5×104m3/h，但到目前为止，该制氢装置由于受到公司氢气装置起伏的影响，制氢装置制氢过程是在长期低负荷状态下进行的 （实际运行负荷为理论设计制氢能力的30 %，整体低于制氢装置理论设计的操作下限，50%），这就导致，当制氢装置在低负荷下生产时，制氢装置的实际生产参数的结果与理论设计结果之间不能吻合。

要制定出制氢装置在长期低负荷运行状态下的最佳操作要点与最优运行生产的方案，可将制氢装置的满负荷运行操作与长期低负荷运行操作进行比较，并通过制氢装置的实际操作运行状态来实现。

一、制氢的工艺流程介绍该制氢装置的原料为天然气，首先，天然气在反应前要经过预热，分液等步骤，再通过天然气压缩机才能将其导入加氢反应器与脱硫反应器中 (脱硫反应器的主要作用为脱除天然气中不必要的有机硫与无机硫)。

之后，天然气经过原料的蒸汽转化、中间产物的中温转换、混合气体产物分离三个步骤来制备纯净的氢气，具体来说，天然气先进入含有相应反应型催化剂的蒸汽转化炉中，生成可回收的合成气体，合成气体在中温变换装置中反应生成氢气，最后浑浊的氢气经过PSA过程的变压吸附提纯后转变为纯净的氢气，以待后续使用。

二、制氢装置在低负荷中的操作要点与运行优化1.改变水和碳的反应比例。

水碳的比例作为制氢装置转化反应炉内的重要工艺参数，将对炉内的催化剂的产生影响。

从当前的研究来看，不考虑长期过低的生产负荷情况下，制氢装置的节约能量、降低消耗与水碳比例成反比，水碳比例越低，越有利于节能和降耗。

当涉及低负荷生产运行时，转化炉内原料气体的含量过低，在管内的分配不平均，最终引起原料气体的偏流，此外，原料气还具备小的空速，低的流速，导致反应的热量停留在单根转化炉内，还可能使催化剂结块，影响催化剂的比表面积，最终导致催化剂发生失活，当热量停留在制氢装置转化炉内，由于热量分布不均匀将引起外壁局部反应温度过高，导致转化炉发生损坏。

GE水煤浆气化装置优化改造及总结GE（美国通用电气公司）水煤浆气化装置优化改造及总结一、引言水煤浆气化是一种新型能源技术，能够在保障能源供应的同时减少环境污染。

作为世界上最早开展水煤浆气化技术研究的公司之一，GE在水煤浆气化装置方面有着丰富的经验。

本文将介绍GE在水煤浆气化装置的优化改造，并对其进行总结。

二、水煤浆气化装置的优化改造1. 提高水煤比GE通过增大水煤比，即在气化过程中加入更多的水，可以提高气化效率和气化温度。

这样可以增加气体生产率，同时减轻气化炉的磨损，延长装置寿命。

2. 优化水煤浆粉碎对水煤浆进行粉碎是水煤浆气化装置的关键步骤。

GE通过改进粉碎设备和工艺参数，提高水煤浆的粉碎效率，降低粉碎能耗，减少设备维护成本。

3. 加强配气系统GE对水煤浆气化装置的配气系统进行了优化改造，以实现更高的配气效率和更低的能耗。

通过改进配气管道设计和调整配气参数，可以更好地控制气体的分布和流向，以提高气化效率。

4. 优化煤质和煤质混合作为水煤浆气化的原料，煤质的选择和混合对气化装置的运行至关重要。

GE通过优化煤炭供应链和改良煤炭处理工艺，提高了煤质的稳定性和均质性，从而优化了气化过程，提高了产气效率。

三、优化改造的效果及总结通过以上的优化改造，GE成功地提高了水煤浆气化装置的运行效率和产气能力。

首先，水煤比的提高使得气化过程中水蒸气的利用率更高，提高了气化效率。

同时，增加的水量降低了气化炉的燃烧温度，有利于延长设备的使用寿命。

其次，改进的粉碎工艺和设备降低了能耗，并提高了粉煤的燃烧效率。

这有助于减少二氧化碳的排放量和固体废弃物的产生。

再次，优化后的配气系统提高了气体的分布和流向控制能力，进一步提高了气化效率。

这对于保持气化过程的稳定运行至关重要。

最后，优化的煤质和煤质混合使得气化装置的产气质量更加稳定，提高了生产效率。

总结起来，GE通过水煤浆气化装置的优化改造，提高了气化装置的效率和产气能力，同时减少了对环境的污染。

炼厂氢资源高效管理与优化利用方法张胜中摘要：随着炼厂规模不断扩大，原油劣质化与产品质量要求的不断提高，导致炼厂对氢资源的需求量不断增加。

氢气对炼厂操作成本与经济效益的影响越来越显著，合理的氢气资源制备方法、管理、利用以及回收方法选择，对炼化企业的可持续发展至关重要。

本文综述了国际国内主要炼油企业的氢资源管理、设计、优化改造方法，同时讨论其典型案例。

为炼化企业氢资源高效管理与优化利用提供的多种可参考的技术方案。

关键词：氢资源高效管理优化利用Keywords：Hydrogen source Efficient management Optimal utilizationRefinery Hydrogen Efficient Management and OptimalUtilization MethodologyAbstractThe refinery scale continuously extend, crude oil becoming heavier and poorer, but its products quality is required to improve continuously to compliance with the stricter environmental regulations. Improve the products quality needs more and more hydrogen, so hydrogen efficient management and optimal utilization methodology is becoming very important for refinery sustainable development. This paper reviews international refinerys’ hydrogen product, utilize and recovery technologies. From this paper refinery can find suitable option for its hydrogen management and optimal utilization.Keywords：Hydrogen source Efficient management Optimal utilization张胜中，中石化大连院，zhangshengzhong.fshy@2012年，在美国与加拿大供氢由重整氢、炼厂自产氢与第三方供氢提供（~各占三分之一）。

煤气化制氢过程中的碳排放减少策略与技术煤气化制氢是一种重要的工业过程，可以通过将固体煤转化为气体燃料，进而提取出高纯度的氢气。

然而，这一过程常常会伴随大量的碳排放，对环境造成不可忽视的负面影响。

为了减少碳排放并实现可持续发展，人们需积极探索相关策略与技术。

1. 利用煤气化废气中的CO2煤气化过程中，废气中常含有大量的二氧化碳（CO2）。

针对这一问题，我们可以采用碳捕集技术，将CO2从废气中捕集出来，并进行储存或利用。

常见的CO2捕集技术包括吸收剂法、膜分离法和吸附法等，这些方法在工业界已有广泛应用。

2. 优化煤气化过程通过对煤气化反应的优化，可以减少过程中的碳排放。

例如，增加煤气化反应温度和压力，可提高煤的转化率，减少炭热解过程中产生的固体碳。

此外，选择合适的催化剂也可提高煤气化反应的效率，从而减少碳排放。

3. 氢气与二氧化碳的分离煤气化制氢过程中，氢气与二氧化碳常常以混合物的形式存在。

为了减少碳排放，我们需将二氧化碳与氢气进行分离。

传统的分离方法包括吸收剂法、膜分离法和渗透分离法等。

此外，利用新兴的分离技术，如金属有机骨架材料（MOFs）和氢化物等，也可实现高效分离。

4. 氢能源的利用推动碳排放减少煤气化制氢是为了提取氢气，而氢气本身是一种清洁能源，可以替代传统的化石燃料。

通过推动氢能源的利用，我们可以实现碳排放的进一步减少。

例如，将制得的高纯度氢气用作燃料电池的燃料，可以实现高效的能量转化，并减少碳排放。

5. 促进煤气化装置的能量效率通过提高煤气化装置的能量效率，可以减少碳排放。

这可以通过优化装置设计、改进操作参数和采用先进的能量回收系统等方式实现。

此外，对煤气化制氢过程中产生的废热进行合理利用，如余热回收和余热发电，也有助于降低碳排放。

6. 多元化氢气的产出除了煤气化过程，其他方式制氢也是减少碳排放的重要途径。

充分利用可再生能源如风能、太阳能等进行水电解制氢，可以实现碳零排放。

此外，利用生物质和生物废弃物等资源进行生物气化或生物发酵制氢，也是可持续发展的重要方向。

5000Nm3/h煤制氢技术方案技术方案目录1.xxxx公司简介2.氢气生产方法选择3.装置概况4.工艺装置5.主要定型设备6.消耗指标7.投资估算8.氢气成本目前公司的主要技术有：1)天然气、焦炉气或煤蒸汽转化制取甲醇；2)天然气、焦炉气、炼厂气或煤转化制氢气；3)膜分离法回收氢气、提纯一氧化碳、回收有机蒸汽、气体干燥等；4)变压吸附法提纯氢气、脱除二氧化碳、提纯一氧化碳、空气分离制取氧气和氮气；5)变压吸附法回收有机蒸汽；6)分子筛干燥脱水；7)胺法脱除二氧化碳、胺法脱硫等；8)低温甲醇洗、常温甲醇洗脱硫脱碳；9)天然气加工与处理（脱硫、脱碳、脱水和烃露点控制）1.氢气生产方法的选择1.1.氢气生产方法的选择随着石油炼制工业以及三大合成材料为中心的石油化学工业飞速发展，氢气消耗量也在迅速增加，在石油、化工、精细化工、医药中间体等行业中氢气是重要的合成原料气，在冶金、电子、玻璃、机械制造中氢气是不可缺少的保护气，同时也用作航空航天燃料，在国外，氢气还被越来越广泛的作为清洁能源使用。

因此扩大氢生产资源、开发新的制氢工艺以及改进现有制氢工艺，受到人们的普遍关注。

国内为制取氢气（不包括工业废气中回收氢气）的主要方法有以下四种：1）天然气（含石脑油、重油、炼厂气和焦炉气等）蒸汽转化制氢；2）煤（含焦炭和石油焦等）转化制氢；3）甲醇或氨裂解制氢；4）水电解制氢；水电解制取氢气的方法，是最传统的氢气生产方式，由于能耗很高，现在工业上除原有装置外，已少有再建新装置。

甲醇或氨裂解制氢是前几年比较流行的氢气生产方式，流程比较简单，操作简便，易于控制，在甲醇供应充足的地区，而且氢气需求规模比较小的情况下，比如200Nm3/h 以下的氢气供应量，具有较强的竞争力。

天然气蒸汽转化制氢也是一个比较传统的技术，以前常用于大规模的氢气供应场合，例如5000Nm3/h以上的氢气供应量。

本公司根据中国氢气用户分散而且规模较小的特点，开发了低投资和低消耗的天然气蒸汽转化制氢技术，非常适合中小规模的氢气需求场合。