譚俊

四川虹加氣體有限公司 四川成都 610100

相較于其他資源而言，天然氣本身便是一種清潔能源，它對環(huán)境造成的污染較小，且來源較為廣泛，所以天然氣的采集和制造成本也相對較低，作為化工的原材料來說能夠具有很高的經(jīng)濟效益。

1 天然氣蒸汽制氫工藝概述

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝所采用的主要技術(shù)為烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)技術(shù)，它利用PSA提純技術(shù)來實現(xiàn)大規(guī)模的氫氣生產(chǎn)，在整體轉(zhuǎn)化的過程中，將天然氣中的烴類與水蒸氣進行反應，從而制造出含有氫氣，二氧化碳和一氧化碳的混合氣體，再通過提純技術(shù)來使其中的氫氣純度進行不斷提升，最終得到高純度的氫氣。實際數(shù)據(jù)顯示通過該項工藝所生產(chǎn)的工業(yè)氫，其程度可以高達99.9%[1]。

在天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝及其裝置的設(shè)計過程中，要遵循以下幾個重要原則，一是要保證技術(shù)的先進性和工藝的穩(wěn)定性在整個氫氣的生產(chǎn)過程中，一方面要考慮到能耗和污染等對工藝發(fā)展的影響，另一方面要考慮在生產(chǎn)氫氣過程中整個裝置的穩(wěn)定性，避免發(fā)生一系列的事故。二是要在設(shè)計的過程中盡可能選擇國產(chǎn)的設(shè)備，也要保證在投資生產(chǎn)的過程中能夠兼顧經(jīng)濟收益，通過國產(chǎn)設(shè)備來降低前期資金的投入。三是要在相關(guān)裝置的設(shè)計及使用過程中，要嚴格按照國家的相關(guān)標準和技術(shù)規(guī)定來確保整個生產(chǎn)過程的安全。

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝的裝置主要由7個部分構(gòu)成，其中包括壓縮部分、精制部分、轉(zhuǎn)化與熱量回收部分、冷卻處理部分、變壓吸附氫提純以及蒸汽發(fā)生部分。對于原料的選擇而言，干項工藝技術(shù)的原料為天然氣，為了解決原材料數(shù)量不足的問題，在制氫過程中可以通過重整氫的提濃技術(shù)來解決，原材料的選擇應當按照PPG的要求嚴格執(zhí)行。

2 天然氣蒸汽制氫工藝的優(yōu)勢

在對天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝及其裝置有了簡單的了解之后，我們便可以對該項工業(yè)裝置的優(yōu)勢進行更為深入的探究，了解其在實際應用中為何能夠得到如此廣泛的應用。

2.1 能源消耗較少

縱觀整個工藝的發(fā)生過程，我們可以發(fā)現(xiàn)，在該項技術(shù)過程中由于蒸汽本身的比熱容較高，所以在反應時中可以實現(xiàn)反應余熱的反復使用，這對于能源的利用率有了大大的提升。再加上整體裝置的熱量穩(wěn)定性較強，能夠避免再次加熱所造成的能源消耗，這些對于大型工業(yè)裝置來說有極為重要的損失和影響。在對整個裝置進行穩(wěn)定性強化后還可以進一步減少能源的消耗，這對于工藝流程的經(jīng)濟效益來說有著很大的幫助。

2.2 操作步驟簡單

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝的操作步驟和原理是十分簡便的，縱觀整個流程雖然內(nèi)部反應較為復雜，但是生產(chǎn)的裝置具有半自動化的特征，在工人進行實際操控時難度并不高，車間運行和停止都不需要技術(shù)人員進行太多的操作。在對這一工藝實施過程中的轉(zhuǎn)化問題進行思考后，我們可以發(fā)現(xiàn)整項技術(shù)所應用到的設(shè)備，主要以空分設(shè)備和PSA設(shè)備來實現(xiàn)對反應的控制，而這些設(shè)備的操作也是極為簡便的，對于相關(guān)技術(shù)人員也沒有過多額外的要求，這進一步降低了對整個流程的操作步驟[2]。

2.3 裝置投入較低

任何一項工藝流程得到大范圍的應用，必然離不開其成本較低的投入。首先分析整個工藝流程的原材料，天然氣作為極為常見的一種原材料，相較于煤和石油來說，在自然界中分布極為廣泛，所花費的價格也容易得到控制。然后是構(gòu)成整個工藝流程的具體裝置，整個工藝流程對于低溫段的材質(zhì)要求實際上并不是很高，在具體的實施過程中，也沒有由壓力和腐蝕所造成對材質(zhì)的要求，所以在對整個裝置進行設(shè)計時，一方面不需要采取要求極高的管道材質(zhì)，同時也減輕了裝置設(shè)計的難度，這大大降低了整個工藝流程所需要的資金投入。

2.4 安全性能較強

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝技術(shù)在實施的過程中，需要考慮到氫氣與富氧混合燃燒的問題，這一過程對于實際操作和設(shè)計都有很大的影響，所以在具體的裝置設(shè)計過程中，要考慮到裝置的安全性能，盡可能的提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使操作過程能夠避免一切安全事故的發(fā)生。

3 相關(guān)裝置的使用流程

在高純度氫氣的制取和提純方面，主要要經(jīng)歷以下幾個環(huán)節(jié)，首先要裝置外部的天然氣和自產(chǎn)氫氣混合，將原料經(jīng)過加壓后送入到換熱器中，在換熱器內(nèi)便需要將原材料進行持續(xù)加熱，通過加熱來實現(xiàn)加氫反應的發(fā)生，然后通過脫硫處理將這一反應過程中所產(chǎn)生的有機硫得以轉(zhuǎn)化，并將反應后物料中所含的氯含量得以控制。

其次在進行材料處理后將原料氣體與水蒸氣進行充分混合，并在對流段進行預熱，在預熱達到500攝氏度之后進入轉(zhuǎn)換爐中，在轉(zhuǎn)換爐內(nèi)原料氣體中的烴類與水蒸氣發(fā)生反應，因此產(chǎn)生大量的氫氣和一氧化碳氣體，也有少量的甲烷氣體并未完全發(fā)生反應，這些氣體將在離開轉(zhuǎn)化爐后進入到廢熱鍋爐中，通過冷卻系統(tǒng)使氣體的溫度得到降低，并在這一過程中得到進一步的反應，產(chǎn)生二氧化碳與氫氣，然后產(chǎn)生反應的氣體將會在溫度降低后進入到PSA提純設(shè)備內(nèi)。在PSA處理提純的環(huán)節(jié)將會對不同種類的氣體進行吸附和提純操作，將氣體中的大部分雜質(zhì)得以清除，使氫氣的程度得到逐漸提升。在PSA提純的過程中，要通過吸附劑的降壓、逆放、升壓等多項步驟使氫氣的流量和壓力趨于穩(wěn)定，在這一過程中，氫氣的產(chǎn)生和提純都可以得到很好的保障，使氫氣的回收率得到進一步提升。

4 結(jié)語

總的來說，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝所具備的特點使其在工業(yè)制氫中能夠得到很好的應用，其所需要的原料和資金投入相對較低，操作過程也較為簡便。在投入大范圍使用的過程中，唯一需要注意的便是要嚴格按照相關(guān)的標準進行氫氣的生產(chǎn)，也要保證整個裝置在氫氣生產(chǎn)的過程中可以保證其穩(wěn)定性和安全性。