馬天笑 王鐵成

中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司 廣東揭陽 5 2 2 0 0 0

隨著世界煤和石油儲(chǔ)量的減少和需求的增加，工業(yè)發(fā)展的需求是利用先進(jìn)技術(shù)開采各種新能源。氫作為主要的能源載體，是所有氣體中最有效的綠色能源之一。氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。煤炭作為制氫的主要原料，在提高其在制氫中的應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)，還可以減少燃燒不足對(duì)環(huán)境造成的污染。煤制氫工藝技術(shù)的不斷發(fā)展也在不斷的發(fā)展和更新。要實(shí)現(xiàn)煤化工的持續(xù)發(fā)展，必須不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

1 煤制氫工藝的應(yīng)用

1.1 煤制氫技術(shù)的制氫方法

煤氣化過程是煤制氫生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。煤氣化的過程是利用高溫氧化煤、煤焦和氣化器，由空氣或氧氣形成，然后將煤或煤焦轉(zhuǎn)化為氣體。該方法的主要作用是將原料制備系統(tǒng)制備的煤粉在氣化劑的作用下進(jìn)行混合，然后通過霧化使高溫氣化爐產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。用低溫甲醇對(duì)所產(chǎn)生物料中的酸性氣體進(jìn)行凈化、脫除，最后進(jìn)行氫氣凈化處理。通過連續(xù)處理和加工，可以成功地從煤氣化中提取高純度氫氣。但在煤制氫過程中，必須加強(qiáng)對(duì)煤氣化技術(shù)的管理。由于大型設(shè)備的需要，氣流床氣化在所有生產(chǎn)過程中逐漸形成。但是，引氣流量對(duì)煤的綜合質(zhì)量要求較高，煤的含水量和蒸發(fā)量較低，應(yīng)將煤的灰熔點(diǎn)和熱點(diǎn)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以促進(jìn)煤制氫技術(shù)的發(fā)展[1]。

1.2 煤制氫工藝過程的“三廢”處理

煤制氫技術(shù)是以煤氣化的形式通過煤氣化為制氫技術(shù)提供原料的技術(shù)。在煤氣化和提氫過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的廢氣、廢水和廢渣。如果不及時(shí)處理，還會(huì)帶來嚴(yán)重的空氣、水等環(huán)境污染。因此，在煤制氫技術(shù)的發(fā)展中，必須用科學(xué)合理的手段解決“三廢”問題。首先，氣化過程中產(chǎn)生的灰燼可以就近掩埋?；以械母鞣N有毒成分已被汽化，殘余灰分中的各種物質(zhì)的成分在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)被控制。其次，灰水由污水處理廠嚴(yán)格處理，達(dá)到相關(guān)污水處理標(biāo)準(zhǔn)后排放或回用。第三，氣化過程中會(huì)產(chǎn)生一些廢氣。由于煤中硫含量高，產(chǎn)生的廢氣大部分是酸性氣體。對(duì)于酸性氣體的處理，生產(chǎn)中產(chǎn)生的硫化氫應(yīng)送回硫磺回收裝置，使之成為硫磺生產(chǎn)的主要原料。此外，廢氣中也含有一定量的二氧化碳。對(duì)于二氧化碳，應(yīng)采用冷卻吸附法。二氧化碳的進(jìn)一步凈化可以滿足市場所要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如工業(yè)生產(chǎn)水平或食品加工水平[2]。

2 煤制氫工藝中存在的問題及改進(jìn)措施

2.1 煤制氫工藝中存在的問題

（1）煤制氫技術(shù)雖在生產(chǎn)過程中取得了一定的成績，但由于技術(shù)等的缺陷，煤制氫工藝發(fā)展過程中還存在較大的不足，一定程度上制約著工藝的發(fā)展。如表1所示，煤的簡單處理所產(chǎn)生的氣體質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到提取高純度氫氣所要求的清潔度。表1一般處理后煤氣化的組成。

煤制氫系統(tǒng)存在的問題。① 在煤制氫工藝的預(yù)處理設(shè)計(jì)中，由于壓力的影響，萘和焦油在壓縮機(jī)組入口不能達(dá)到最佳的去除效果，導(dǎo)致煤氣化過程中存在大量的萘和焦油雜質(zhì)，大大降低了煤氣化的純度。② 壓縮機(jī)組冷卻器結(jié)構(gòu)不合理，使高溫處理過程中殼程水和管程氣容易堵塞。③ 氫氣的純度相對(duì)較低。從中可以看出，由于技術(shù)和設(shè)備的不完善，萘、焦油等物質(zhì)大量存在，甚至超過了標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)制氫過程中的凈化有很大影響。但是，進(jìn)一步的雜質(zhì)處理需要更高的技術(shù)，所以在正常情況下，再對(duì)氣化煤中的雜質(zhì)進(jìn)行凈化是不夠的。氫氣直接從煤氣化組分中提取，大大降低了氫氣的純度[3]。

表1 一般粗處理后的煤氣化組成

2.2 改進(jìn)措施

（1）本文對(duì)煤氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將原煤氣壓縮機(jī)的連續(xù)壓縮改為初始脫硫脫萘，然后進(jìn)行壓縮處理，再進(jìn)行預(yù)處理系統(tǒng)處理煤氣中的各種物質(zhì)，從而大大降低萘和煤焦油的含量。

（2）對(duì)前處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行了改造。為了加強(qiáng)煤氣化預(yù)處理的效果，必須加強(qiáng)設(shè)備的布置，如增設(shè)程控閥等。程控閥的增加應(yīng)根據(jù)煤處理設(shè)備的具體數(shù)量而定。在預(yù)處理過程中，適當(dāng)提高操作壓力，可以通過加強(qiáng)設(shè)備的壓縮性能來提高預(yù)處理效果[4]。

（3）加強(qiáng)高效凈化器的安裝。為保證制氫質(zhì)量，應(yīng)在生產(chǎn)設(shè)備的適當(dāng)位置安裝凈化裝置，進(jìn)一步除去氫氣中的粉塵、焦油等雜質(zhì)煤制氫工藝是制氫的主要途徑。這種方法所支持的氫氣可以用于煉油等石化企業(yè)的發(fā)展，對(duì)化工企業(yè)的發(fā)展起著巨大的作用[5-6]。

3 結(jié)語

煤制氫工藝是制氫的主要途徑。這種方法所支持的氫氣可以用于煉油等石化企業(yè)的發(fā)展，對(duì)化工企業(yè)的發(fā)展起著巨大的作用。本文總結(jié)了煤制氫技術(shù)及其存在的不足，并提出了改進(jìn)措施，希望對(duì)改進(jìn)措施中有用的部分能為該技術(shù)的改進(jìn)提供指導(dǎo)。