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        天然氣制氫技術(shù)應(yīng)用于浮法玻璃行業(yè)初探

        2021-08-13 08:56:54張森晏濤王碩
        商品與質(zhì)量 2021年30期
        關(guān)鍵詞:一氧化碳制氫氫氣

        張森 晏濤 王碩

        河北南玻玻璃有限公司 河北廊坊 065600

        1 天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫具體方案

        1.1 天然氣壓縮方面

        在制氫裝置中,一般會(huì)采用PSA凈化流程方式,其中中壓轉(zhuǎn)化是當(dāng)前國內(nèi)外常見的一種工藝技術(shù)方案,該方案可以有效降低設(shè)備尺寸,節(jié)省裝置、設(shè)備的占地面積;有效提升在PSA中的氫氣回收率,從而大大降低氧氣裝置中氫氣壓縮機(jī)的壓縮力度;而在裝置原料消耗的逐漸提升下,裝置的外補(bǔ)燃料則會(huì)趨于下降狀態(tài),;但是尾氣熱值的提升,導(dǎo)致轉(zhuǎn)化爐火嘴設(shè)計(jì)方面越發(fā)困難。

        1.2 天然氣的精制方面

        轉(zhuǎn)化催化劑會(huì)因原料氣中的硫化物二失去活性,由此天然氣則需要脫硫,需要將原料其中所包含的硫有效控制在0.2×10-6以下。由于原料其中所包含的硫量各有不同,因此脫硫方案也存在多種。一般優(yōu)先選擇的脫硫方案為鈷鉬加氫脫硫方案,該方案需一定的壓力及溫度下,在原料氣中加入鈷鉬加氫催化劑從而將有機(jī)硫逐漸轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫;在有機(jī)硫轉(zhuǎn)化,原料還會(huì)在氧化鋅脫硫劑下,將自身的H2S脫至0.2×10-6以下,以此達(dá)到蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑對硫的目標(biāo),由此得出反應(yīng),以硫醇和噻酚為例:

        1.3 天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化

        在天然氣精制后,需要依照一定水碳比與水蒸氣混合在一起,通過轉(zhuǎn)化爐對流段進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)熱,將烴類物質(zhì)運(yùn)用鎳催化劑來將其轉(zhuǎn)化,由此職稱以氫氣為主的轉(zhuǎn)化其,得出以下反應(yīng):

        天然氣中,甲烷為主要成分的天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化過程相對簡要,主要反應(yīng)與上述一致。利用蒸汽進(jìn)行天然氣轉(zhuǎn)化,其反應(yīng)是在體積增大后所產(chǎn)生的強(qiáng)吸熱反應(yīng),同時(shí)在高溫、低壓、高水碳比的作用下更利于以上反應(yīng)的進(jìn)行。在上述反應(yīng)過程中,其需要的熱量是由轉(zhuǎn)化爐頂端的氣體燃料的燒嘴部分供給,經(jīng)過轉(zhuǎn)化爐后的高溫氣需要通過轉(zhuǎn)化蒸汽的發(fā)生器換熱,在溫度下降后才能進(jìn)入變換階段。

        1.4 變換階段

        富氫氣轉(zhuǎn)化氣來源于轉(zhuǎn)化部分,在其進(jìn)入變換反應(yīng)器后,經(jīng)過催化劑的催化而產(chǎn)生以下反應(yīng):

        使變換氣中含有的一氧化碳降低,并繼續(xù)生產(chǎn)氫氣。在熱交換回收剩余余熱之后的中變氣,還會(huì)在冷卻器中冷卻,然后進(jìn)入PSA階段。一氧化碳轉(zhuǎn)換放熱反應(yīng)之后,其低溫狀態(tài)有利于變換的平衡,由此獲取相對較高的一氧化碳轉(zhuǎn)換率,提高氫氣產(chǎn)量。為了能夠進(jìn)一步將制氫工藝流程簡單化,使其操作更為你簡便,在PSA凈化制氫過程中只運(yùn)用階段性的變換工藝,沒有對低溫變換進(jìn)行設(shè)置。假如想要獲取更高的一氧化碳變換率,進(jìn)一步節(jié)省原料,就一定要進(jìn)行低溫變換的反應(yīng)設(shè)置,使變換氣中的一氧化碳含量將至于0.3%左右。在對低溫變換的反應(yīng)設(shè)置后,變換率很快提高,由此降低原料的消耗。但是在PSA的解吸氣過程中,會(huì)增加二氧化碳的濃度,導(dǎo)致熱值下降,而外補(bǔ)燃料提升。進(jìn)而增加投資。這樣的低溫變換需要在燃料氣價(jià)格低于原料價(jià)格時(shí)才見效益。

        1.5 PSA凈化工藝

        中變氣在冷區(qū)及分水之后進(jìn)入PSA,吸附并除去氫氣之外的一些雜質(zhì),從而起到更好的凈化作用。PSA凈化工藝是一套在程序控制系統(tǒng)下自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行的工藝,通過凈化的氫氣純度在99.999%以上,方可出裝置。

        2 氫氣品質(zhì)對玻璃生產(chǎn)工藝的影響

        運(yùn)用天然氣制氫工藝的整個(gè)過程中除了會(huì)產(chǎn)生氫氣之外,還會(huì)出現(xiàn)其他組分,如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮?dú)庖约八任镔|(zhì),所以想要獲得更高純度的氫氣,需要利用吸附的方式,將產(chǎn)生的氫氣以外的雜質(zhì)控制在有效范圍內(nèi)。結(jié)合相關(guān)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的相關(guān)證明以及變壓吸附的原理,想要獲取純度為99.999%以上的氫氣很容易,但是結(jié)合產(chǎn)生的雜質(zhì)來看,增加了以往電解水產(chǎn)生的氫氣中不包含的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮?dú)獾入s質(zhì),而這些雜質(zhì)是否對玻璃的生產(chǎn)過程的影響還有待探究。首先,在浮法玻璃的錫槽中主要的保護(hù)氣體為氮?dú)?,而氮?dú)庖彩撬囊环N雜質(zhì),不會(huì)在玻璃的生產(chǎn)中產(chǎn)生不良影響;其次,一氧化碳屬于還原性氣體,也不會(huì)影響玻璃的生產(chǎn)。此外,二氧化碳、甲烷等屬于惰性氣體,基于玻璃生產(chǎn)中其包含的含量來講是存在一定益處的;錫槽中的電熱元件以碳質(zhì)元件或碳涂層材料構(gòu)成的,而對氣體中氫氣的保護(hù)對高溫暴露狀態(tài)下的電極元件可起到防火的保護(hù)性。而錫槽溫度下的碳會(huì)逐漸與水蒸氣及氫氣產(chǎn)生反應(yīng),形成甲烷,進(jìn)而成為碳?xì)浠衔铩R虼吮Wo(hù)氣體中包含二氧化碳及甲烷,能夠防止氫和碳間的反應(yīng),同時(shí)也對水蒸氣及暴露的碳元件之間的反應(yīng)起到阻止作用。氫氣能夠在浮法玻璃生產(chǎn)中起到還原氣氛的作用,所以要控制好氧化氣氛的水。吸附劑對水的吸附能力非常強(qiáng),尤其是硅膠、活性炭、一氧化鋁等吸附劑,其在吸附過程中的吸附能力很大,正常情況下,水分溫度在-70℃以下即可生成,要比電解水純化系統(tǒng)中的氫氣水分含量更低[2]。

        3 結(jié)語

        采用天然氣蒸汽重整制氫達(dá)到了無污染、零排放等環(huán)保要求,同時(shí)所成產(chǎn)出的氫氣純度很高,且成本低廉,非常適用于高檔玻璃的生產(chǎn),對玻璃生產(chǎn)企業(yè)而言具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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