天然氣蒸汽轉化制氫工藝

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濟效益。

1 天然氣蒸汽制氫工藝概述

天然氣蒸汽轉化制氫工藝所采用的主要技術為烴類水蒸氣轉化生產技術，它利用PSA提純技術來實現大規模的氫氣生產，在整體轉化的過程中，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。實際數據顯示通過該項工藝所生產的工業氫，其程度可以高達99.9%[1]。

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

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

2 天然氣蒸汽制氫工藝的優勢

在對天然氣蒸汽轉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裝置的優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

縱觀整個工藝的發生過程，我們可以發現，在該項技術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，這些對于大型工業裝置來說有極為重要的損失和影響。在對整個裝置進行穩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部反應較為復雜，但是生產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人員進行太多的操作。在對這一工藝實施過程中的轉化問題進行思考后，我們可以發現整項技術所應用到的設備，主要以空分設備和PSA設備來實現對反應的控制，而這些設備的操作也是極為簡便的，對于相關技術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的要求，所以在對整個裝置進行設計時，一方面不需要采取要求極高的管道材質，同時也減輕了裝置設計的難度，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

天然氣蒸汽轉化制氫工藝技術在實施的過程中，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計都有很大的影響，所以在具體的裝置設計過程中，要考慮到裝置的安全性能，盡可能的提升系統的穩定性，使操作過程能夠避免一切安全事故的發生。

3 相關裝置的使用流程

在高純度氫氣的制取和提純方面，主要要經歷以下幾個環節，首先要裝置外部的天然氣和自產氫氣混合，將原料經過加壓后送入到換熱器中，在換熱器內便需要將原材料進行持續加熱，通過加熱來實現加氫反應的發生，然后通過脫硫處理將這一反應過程中所產生的有機硫得以轉化，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攝氏度之后進入轉換爐中，在轉換爐內原料氣體中的烴類與水蒸氣發生反應，因此產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生反應，這些氣體將在離開轉化爐后進入到廢熱鍋爐中，通過冷卻系統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，產生二氧化碳與氫氣，然后產生反應的氣體將會在溫度降低后進入到PSA提純設備內。在PSA處理提純的環節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定，在這一過程中，氫氣的產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 結語

總的來說，天然氣蒸汽轉化制氫工藝所具備的特點使其在工業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的標準進行氫氣的生產，也要保證整個裝置在氫氣生產的過程中可以保證其穩定性和安全性。