何雄輝

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

關(guān)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(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)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(zhuǎn)化及氧化制氫的技術(shù)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(zhuǎn)化制氫技術(shù)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(shù)中占據(jù)主要地位，本文就烴類水蒸氣制氫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、制氫工藝的原理及制氫技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了簡要概述。

1.國內(nèi)烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫工藝發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)資料研究統(tǒng)計，近年來，我國的烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)取得了極速的發(fā)展和進(jìn)步。綜合分析和總結(jié)國內(nèi)水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫技術(shù)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(chǎn)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)模化發(fā)展逐漸向大規(guī)模化方向發(fā)展，近年來，隨著制氫技術(shù)的發(fā)展，由我國自主設(shè)計及建設(shè)的制氫裝置的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到80000Nm3/h，已經(jīng)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(zhuǎn)化工藝進(jìn)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(chǎn)氫。

（3）轉(zhuǎn)化爐性能優(yōu)化

國內(nèi)制氫轉(zhuǎn)化爐的性能較之前有了明顯提高，考慮到投入和產(chǎn)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(zhuǎn)化爐的碳空速一般為9000h-1，國內(nèi)轉(zhuǎn)化爐普遍采用頂燒爐。

目前，各企業(yè)所采用的轉(zhuǎn)化爐普遍為微合金型材料制成的先進(jìn)轉(zhuǎn)化爐管出口管，可以保證制氫過程中的轉(zhuǎn)換率基本達(dá)到95%，此種轉(zhuǎn)化爐在保證轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化劑性能大大提高

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

2.制氫技術(shù)的原理

制氫的工藝流程主要由原料氣的處理、蒸氣的轉(zhuǎn)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(chǎn)物的純度，用于烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫的原料需要經(jīng)過一定的前處理，主要目的是為了對原料進(jìn)行脫硫和脫氯處理，減少制氫過程的雜質(zhì)氣體[2]。

加氫發(fā)應(yīng)：加氫反應(yīng)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(yīng)過程中對中間產(chǎn)物的吸收，此過程是原材料處理的起始環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的處理結(jié)果將直接影響著下一步脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。

2.2蒸氣轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)

轉(zhuǎn)化爐是蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的核心，目前各企業(yè)對轉(zhuǎn)化爐的爐型、結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化單元過程中，各企業(yè)都使用高溫轉(zhuǎn)化的方式進(jìn)行，在對轉(zhuǎn)化爐的參數(shù)設(shè)置過程中，各企業(yè)都以提高烴類轉(zhuǎn)化率為目的，使用的相對比較低的水碳比的參數(shù)設(shè)置，也在一定程度上為企業(yè)節(jié)約了原料消耗。

在蒸汽轉(zhuǎn)化單元，由于反應(yīng)過程中原料成分的復(fù)雜性，在反應(yīng)過程中會伴隨有一系列的副反應(yīng)，包括裂解、脫氫、加氫、氧化等反應(yīng)，其影響因素主要有反應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)，進(jìn)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(xué)凈化和烴類轉(zhuǎn)化蒸氣轉(zhuǎn)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(shù)和膜分離耦合技術(shù)，其中以變壓吸附凈化技術(shù)應(yīng)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(shù)的發(fā)展方向

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

3.1預(yù)轉(zhuǎn)化工藝的進(jìn)一步提升

預(yù)轉(zhuǎn)化工藝是指預(yù)處理的原料和水蒸氣在進(jìn)入反應(yīng)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(zhuǎn)化成富氫的小分子，此過程能延長轉(zhuǎn)化過程中催化劑的使用壽命。預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)由來已久，最早出現(xiàn)在上世紀(jì)七十年代，在當(dāng)時的預(yù)轉(zhuǎn)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(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)的復(fù)雜性，當(dāng)時這種技術(shù)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(jìn)一步嚴(yán)苛，預(yù)轉(zhuǎn)化工藝又被大家重新應(yīng)用起來。該制氫方法可以縮小轉(zhuǎn)化爐的體積，降低轉(zhuǎn)化爐的資金投入；降低燃料的消耗量；減少反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)化制氫的技術(shù)途徑之一，也是目前工業(yè)上制氫的主要方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該制氫方法不論在工藝技術(shù)方面、催化劑使用方面以及裝置的可靠性方面均已經(jīng)達(dá)到較高水平。

3.4制氫轉(zhuǎn)化爐的不斷改進(jìn)

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(zhuǎn)化爐主要有頂燒爐和側(cè)燒爐。頂燒爐由于其結(jié)構(gòu)緊湊、火嘴少，從經(jīng)濟(jì)性考慮，更加適合大型轉(zhuǎn)化爐使用。側(cè)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(xiàn)：

[1]田曉玲.蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)的發(fā)展趨勢.中國石化制氫技術(shù)聯(lián)絡(luò)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(xué)會雜志，1972，15（1）：21-25.