炼厂制氢工艺原理.ppt

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1、炼厂制氢工艺原理杨明一、氢气的制造方法1、方法介绍氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造及氢气提纯。根据所需氢气的用途不同，采用不同的制造工艺，得到不同纯度的氢气。制造含氢气体的原料，目前主要是碳氢化合物，包括固体(煤)、液体(石油)及气体(天然气)。水是制造氢气的另一重要原料，可以采用单独从水中制取氢气如电解水，也可以与碳氢化合物相结合制得氢气。2、以碳氢化合物制造氢气的方法。煤、石油和天然气，它们是制取氢气的基础原料。这些原料中碳氢比有很大的差别。例如天然气中碳和氢的比为1：4，石脑油为1：2.

2、2，重油为1：1.4，煤为1：1.3。一、氢气的制造方法(1)煤的高温干馏(亦称焦化)。煤在隔绝空气的条件下在焦炉中加热到900—1100℃，在得到主要产物焦炭的同时，还副产许多炼焦化学产品，如煤焦油、粗苯、氨及焦炉气等。焦炉气中含有大量氢气，“原料煤可得焦炉气(STP)为300-350m3。焦炉气组成为氢55％-66％(体积)，甲烷23％—27％，一氧化碳5％—8％，C2以上不饱和烃2％—4％，二氧化碳1．5％—3％，氮3％-7％，氧0．3％-0．8％。焦炉气在20世纪50年代以前是获取氢气的主

3、要来源之一。从焦炉出来的焦炉气温度在750—850℃，经冷却并脱除其中所含的煤焦油、粗苯及氨等组分。处理后焦炉气含氢约50％—60％，若需进一步提纯则可采用深冷分离法、变压吸附法等进行处理。3一、氢气的制造方法(2)部分氧化法。是以烃类为原料制取含氢气体的方法之一。烃类与水蒸汽反应可制得氢气。该反应为一强吸热反应，反应所需热量采用由燃烧部分原料供给，故称之为部分氧化法。烃类原料选择范围十分广泛，从天然气(CH4)到石油炼制过程中所得重质渣油均适用。当以天然气为原料时，加入不足量的氧气，使部分甲烷燃

4、烧为C02和H2O并放出大量的热。CH4+202→C02+2H20+1802kJ4一、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的CH4反应，得到主要产物CO及H2燃烧所得C02不多，反应为强吸热反应。CH4+C02→2C0+2H2—206kJCH4+H2O→CO+3H2—247kj综合：CH4+0.5O2→C0+2H2为了防止反应过程中碳析出，需补加人一定量的水蒸汽。天然气部分氧化法可在有催化剂存在下进行，也可不用催化剂。一、氢气的制造方法当以重油为原料时，部分氧化反应可用下述

5、反应展示：CnHm+(n+1／4m)02→nC02+1／2mH20(1)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。水蒸汽同时也可以缓冲炉温及抑制炭的生成。工业上采用此法最终制得氢气，带经过几个过程，如空气分离设备提供部分氧化法所需

6、氧气、部分氧化法粗产物的净化(如脱炭黑、脱酸性气体)、一氧化碳的转化及脱除等。。6(3)轻烃水蒸汽转化法。反应是在有催化剂存在下进行，烃类与水蒸汽反应生成CO和H2。所用原料主要是天然气，亦可用丙烷、丁烷、液化石油气及石脑油。原料轻烃的转化反应是较强的吸热反应，故提高温度可使平衡常数增大，反应趋于完全，压力升高会降低平衡转化率，但由于原料是在压力下，且反应产物的后加工也需在加压下进行，在转化前将原料气加压比转化后再加压在经济上更为有利，因此采用加压操作。增加水蒸汽的配比可以提高转化率，同时还可以防

7、止或减少催化剂上积碳。7(3)轻烃水蒸汽转化法反应是在有催化剂存在下进行，烃类与水蒸汽反应生成CO和H2。所用原料主要是天然气，亦可用丙烷、丁烷、液化石油气及石脑油。原料轻烃的转化反应是较强的吸热反应，故提高温度可使平衡常数增大，反应趋于完全，压力升高会降低平衡转化率，但由于原料是在压力下，且反应产物的后加工也需在加压下进行，在转化前将原料气加压比转化后再加压在经济上更为有利，因此采用加压操作。增加水蒸汽的配比可以提高转化率，同时还可以防止或减少催化剂上积碳。(3)轻烃水蒸汽转化法合适的反应条件为

8、：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)，该催化剂一般含15％—25％的NiO，以硅酸铝为载体。在反应前将NiO还原为金属镍。对原料中砷含量有严格的限制，以免使催化剂中毒失活。当原料较重时，如重于石脑油，则往往采用非镍催化剂，如锶、铝及钙的氧化物，有助于改善结构及抗硅性能。一、氢气的制造方法(