烴類水蒸氣制氫技術概述

何雄輝

摘要：氫氣在工業(yè)生產過程中被廣泛使用，為了滿足生產需求，烴類水蒸氣制氫受到行業(yè)相關人員的親睞，本文就國內烴類水蒸氣制氫技術的發(fā)展現(xiàn)狀、制氫技術的原理及制氫技術的發(fā)展方向進行了簡要概述，以期為行業(yè)研究提供一定的參考。

關鍵詞：烴類；制氫工藝：發(fā)展

引言

氫氣由于其特殊的理化性質，在工業(yè)生產過程中被廣泛利用，隨著氫氣的廣泛利用，氫氣的制造工藝也在不斷的發(fā)展。到現(xiàn)階段，利用石油、煤和天然氣為原料制氫成為工業(yè)上的主要方法，由于工業(yè)過程中氫的需求量很大，因此，大規(guī)模制氫方法在工業(yè)上被廣泛使用，烴類與水蒸氣轉化及氧化制氫的技術在工業(yè)制氫過程中備受親睞，以上兩種工業(yè)制氫的方法相比較，部分氧化法由于其工藝的特殊性，造成該方法在制氫過程中投資量大，而烴類與水蒸氣轉化制氫技術工藝成熟可靠，操作靈活方便，制造氫氣的成本低，在現(xiàn)代工業(yè)制氫技術中占據主要地位，本文就烴類水蒸氣制氫技術的發(fā)展現(xiàn)狀、制氫工藝的原理及制氫技術的發(fā)展方向進行了簡要概述。

1.國內烴類水蒸氣轉化法制氫技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1烴類水蒸氣轉化法制氫工藝發(fā)展現(xiàn)狀

據相關資料研究統(tǒng)計，近年來，我國的烴類水蒸氣轉化制氫技術取得了極速的發(fā)展和進步。綜合分析和總結國內水蒸氣轉化法制氫技術的主要特點，主要有以下幾方面的的特點和優(yōu)勢：

（1）制氫裝置大規(guī)?；?/p>

由于工業(yè)生產過程中對氫的需求量很大，因此對制氫裝置的要求也不斷提升，由最初的小型規(guī)?；l(fā)展逐漸向大規(guī)?；较虬l(fā)展，近年來，隨著制氫技術的發(fā)展，由我國自主設計及建設的制氫裝置的生產規(guī)模已經達到80000Nm3/h，已經能夠滿足制氫過程中對裝置的需求。

（2）制氫原料的多樣化

能通過烴類蒸氣轉化工藝進行制氫的烴類原料有各種煉廠氣、天然氣、輕油、油田伴生氣等，其中輕油是指煉廠的一次加工油，重整抽余油、高壓加氫輕石腦油等也可以作為輕油原料產氫。

（3）轉化爐性能優(yōu)化

國內制氫轉化爐的性能較之前有了明顯提高，考慮到投入和產出的比例，在制氫過程中，企業(yè)普遍采用頂燒爐，頂燒爐入口溫度普遍為五百多度，出口溫度普遍接近九百度；轉化爐的碳空速一般為9000h-1，國內轉化爐普遍采用頂燒爐。

目前，各企業(yè)所采用的轉化爐普遍為微合金型材料制成的先進轉化爐管出口管，可以保證制氫過程中的轉換率基本達到95%，此種轉化爐在保證轉化率的過程中還能夠起到良好的節(jié)能減排效果。

（4）烴類轉化劑性能大大提高

目前，用于烴類蒸氣轉化制氫的加氫催化劑、吸附劑等，其催化水平均已經達到世界先進水平，對其催化性能的研究和開發(fā)也已經達到了國際水準。

2.制氫技術的原理

制氫的工藝流程主要由原料氣的處理、蒸氣的轉化處理、一氧化碳變換和氫氣提純四大部分組成[1]。

2.1制氫原料的前處理

目前，工業(yè)制氫過程中，可以用來制氫的原料有很多，其中液體原料包括各種蒸餾品，主要為通式為CnH2n+2的化合物，為了提高制氫過程中所得產物的純度，用于烴類水蒸氣轉化制氫的原料需要經過一定的前處理，主要目的是為了對原料進行脫硫和脫氯處理，減少制氫過程的雜質氣體[2]。

加氫發(fā)應：加氫反應主要是利用氫的還原性，將原料中的有機硫、有機氯化物及有機氮化物還原成氯化氫、氨和飽和烴類，便于后續(xù)反應過程中對中間產物的吸收，此過程是原材料處理的起始環(huán)節(jié)，也是關鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的處理結果將直接影響著下一步脫硫反應的進行。

2.2蒸氣轉化環(huán)節(jié)

轉化爐是蒸汽轉化反應的核心，目前各企業(yè)對轉化爐的爐型、結構等都各有千秋，但相同點主要體現(xiàn)在煙道氣的熱回收率基本相同。

在蒸汽轉化單元過程中，各企業(yè)都使用高溫轉化的方式進行，在對轉化爐的參數(shù)設置過程中，各企業(yè)都以提高烴類轉化率為目的，使用的相對比較低的水碳比的參數(shù)設置，也在一定程度上為企業(yè)節(jié)約了原料消耗。

在蒸汽轉化單元，由于反應過程中原料成分的復雜性，在反應過程中會伴隨有一系列的副反應，包括裂解、脫氫、加氫、氧化等反應，其影響因素主要有反應過程中的壓力、溫度、空速和水碳比。

2.3一氧化碳變換單元

一氧化碳變化的原理是將原料氣體轉換過程中存在的大量一氧化碳在變化催化劑的催化作用下與水蒸氣發(fā)生反應，進一步生成氫氣和二氧化碳的過程。

2.4氫氣提純單元

氫氣目前的凈化分為化學凈化和烴類轉化蒸氣轉化，現(xiàn)各企業(yè)在制氫工藝中都比較喜歡能耗較低的變壓吸附凈化分離技術和膜分離耦合技術，其中以變壓吸附凈化技術應用最為廣泛，這種氫氣提純單元具有流程簡單、耗能小、氫氣提純度高的特點，在實際中被廣泛采用。

3.制氫技術的發(fā)展方向

隨著人們環(huán)境保護意識的不斷提高，以及對汽油和柴油產品數(shù)量、質量要求的提高，工業(yè)過程中制氫技術就需要對原料進行更深層次的加工，同時也需要與深層次加工相適應的加氫裝置，這也成了未來制氫技術的發(fā)展方向。

3.1預轉化工藝的進一步提升

預轉化工藝是指預處理的原料和水蒸氣在進入反應之前，其中長鏈烴可以在較低的溫度、水碳比和高空速條件下轉化成富氫的小分子，此過程能延長轉化過程中催化劑的使用壽命。預轉化技術由來已久，最早出現(xiàn)在上世紀七十年代，在當時的預轉化過程中，催化劑的價格特別的昂貴，同時催化劑的加入會增加整個預轉化技術的復雜性，當時這種技術只用在以液態(tài)烴為原料的制氫裝置。

近年來，隨著制氫的原料品種趨于多樣，對制氫能耗的要求也更進一步嚴苛，預轉化工藝又被大家重新應用起來。該制氫方法可以縮小轉化爐的體積，降低轉化爐的資金投入；降低燃料的消耗量；減少反應過程中的外輸蒸氣量；可以保證裝置的長周期使用。該制氫轉化方式被大量使用在多種制氫原料中。

3.2制氫原料的多樣性

現(xiàn)有的制氫原料主要有：固體原料、烴類原料、重質烴類原料、醇類和氨。目前工業(yè)上用于制烴的主要原料是天然氣、液化氣、石腦油等烴類原料。

3.3制氫催化劑的發(fā)展

在工業(yè)制氫過程中，烴類的蒸汽轉化制氫的技術途徑之一，也是目前工業(yè)上制氫的主要方法，隨著科學技術的發(fā)展，該制氫方法不論在工藝技術方面、催化劑使用方面以及裝置的可靠性方面均已經達到較高水平。

3.4制氫轉化爐的不斷改進

現(xiàn)有的制氫工藝過程中，由于制氫量大，制氫裝置也要不斷滿足制氫量的需求，現(xiàn)有轉化爐主要有頂燒爐和側燒爐。頂燒爐由于其結構緊湊、火嘴少，從經濟性考慮，更加適合大型轉化爐使用。側燒爐由于火嘴較多，且爐膛分布較多，因此投資比較大，在使用過程中受到一定的限制。目前，在工業(yè)上比較受大家親睞的多為頂燒爐。

參考文獻：

[1]田曉玲.蒸汽轉化制氫技術的發(fā)展趨勢.中國石化制氫技術聯(lián)絡站，2003，第二十五期：1-5.

[2]托普索公司.氫氣制造發(fā)-丹麥托普索法[J].石油學會雜志，1972，15（1）：21-25.