煉廠制氫工藝原理.ppt

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1、煉廠制氫工藝原理?xiàng)蠲饕弧錃獾闹圃旆椒?、方法介紹氫氣制造包括兩個過程，即含氫氣體制造及氫氣提純。根據(jù)所需氫氣的用途不同，采用不同的制造工藝，得到不同純度的氫氣。制造含氫氣體的原料，目前主要是碳?xì)浠衔?，包括固體(煤)、液體(石油)及氣體(天然氣)。水是制造氫氣的另一重要原料，可以采用單獨(dú)從水中制取氫氣如電解水，也可以與碳?xì)浠衔锵嘟Y(jié)合制得氫氣。2、以碳?xì)浠衔镏圃鞖錃獾姆椒āＣ?、石油和天然氣，它們是制取氫氣的基礎(chǔ)原料。這些原料中碳?xì)浔扔泻艽蟮牟顒e。例如天然氣中碳和氫的比為1：4，石腦油為1：2.

2、2，重油為1：1.4，煤為1：1.3。一、氫氣的制造方法(1)煤的高溫干餾(亦稱焦化)。煤在隔絕空氣的條件下在焦?fàn)t中加熱到900—1100℃，在得到主要產(chǎn)物焦炭的同時，還副產(chǎn)許多煉焦化學(xué)產(chǎn)品，如煤焦油、粗苯、氨及焦?fàn)t氣等。焦?fàn)t氣中含有大量氫氣，“原料煤可得焦?fàn)t氣(STP)為300-350m3。焦?fàn)t氣組成為氫55％-66％(體積)，甲烷23％—27％，一氧化碳5％—8％，C2以上不飽和烴2％—4％，二氧化碳1．5％—3％，氮3％-7％，氧0．3％-0．8％。焦?fàn)t氣在20世紀(jì)50年代以前是獲取氫氣的主

3、要來源之一。從焦?fàn)t出來的焦?fàn)t氣溫度在750—850℃，經(jīng)冷卻并脫除其中所含的煤焦油、粗苯及氨等組分。處理后焦?fàn)t氣含氫約50％—60％，若需進(jìn)一步提純則可采用深冷分離法、變壓吸附法等進(jìn)行處理。3一、氫氣的制造方法(2)部分氧化法。是以烴類為原料制取含氫氣體的方法之一。烴類與水蒸汽反應(yīng)可制得氫氣。該反應(yīng)為一強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需熱量采用由燃燒部分原料供給，故稱之為部分氧化法。烴類原料選擇范圍十分廣泛，從天然氣(CH4)到石油煉制過程中所得重質(zhì)渣油均適用。當(dāng)以天然氣為原料時，加入不足量的氧氣，使部分甲烷燃

4、燒為C02和H2O并放出大量的熱。CH4+202→C02+2H20+1802kJ4一、氫氣的制造方法在高溫及水蒸汽存在下，C02及水蒸汽可與未燃燒的CH4反應(yīng)，得到主要產(chǎn)物CO及H2燃燒所得C02不多，反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)。CH4+C02→2C0+2H2—206kJCH4+H2O→CO+3H2—247kj綜合：CH4+0.5O2→C0+2H2為了防止反應(yīng)過程中碳析出，需補(bǔ)加人一定量的水蒸汽。天然氣部分氧化法可在有催化劑存在下進(jìn)行，也可不用催化劑。一、氫氣的制造方法當(dāng)以重油為原料時，部分氧化反應(yīng)可用下述

5、反應(yīng)展示：CnHm+(n+1／4m)02→nC02+1／2mH20(1)CnHm+nC02→2nC02+1／2mH2(2)CnHm+nH20→nCO+(1／2m+n)H2(3)反應(yīng)(1)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)(2)、(3)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)。反應(yīng)主要產(chǎn)物為CO及H2，反應(yīng)溫度為1200—1370℃，壓力為3.2----8.3MPa，不用催化劑。1t原料加入水蒸汽量約400-----500kg。水蒸汽同時也可以緩沖爐溫及抑制炭的生成。工業(yè)上采用此法最終制得氫氣，帶經(jīng)過幾個過程，如空氣分離設(shè)備提供部分氧化法所需

6、氧氣、部分氧化法粗產(chǎn)物的凈化(如脫炭黑、脫酸性氣體)、一氧化碳的轉(zhuǎn)化及脫除等。。6(3)輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化法。反應(yīng)是在有催化劑存在下進(jìn)行，烴類與水蒸汽反應(yīng)生成CO和H2。所用原料主要是天然氣，亦可用丙烷、丁烷、液化石油氣及石腦油。原料輕烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是較強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，故提高溫度可使平衡常數(shù)增大，反應(yīng)趨于完全，壓力升高會降低平衡轉(zhuǎn)化率，但由于原料是在壓力下，且反應(yīng)產(chǎn)物的后加工也需在加壓下進(jìn)行，在轉(zhuǎn)化前將原料氣加壓比轉(zhuǎn)化后再加壓在經(jīng)濟(jì)上更為有利，因此采用加壓操作。增加水蒸汽的配比可以提高轉(zhuǎn)化率，同時還可以防

7、止或減少催化劑上積碳。7(3)輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化法反應(yīng)是在有催化劑存在下進(jìn)行，烴類與水蒸汽反應(yīng)生成CO和H2。所用原料主要是天然氣，亦可用丙烷、丁烷、液化石油氣及石腦油。原料輕烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是較強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，故提高溫度可使平衡常數(shù)增大，反應(yīng)趨于完全，壓力升高會降低平衡轉(zhuǎn)化率，但由于原料是在壓力下，且反應(yīng)產(chǎn)物的后加工也需在加壓下進(jìn)行，在轉(zhuǎn)化前將原料氣加壓比轉(zhuǎn)化后再加壓在經(jīng)濟(jì)上更為有利，因此采用加壓操作。增加水蒸汽的配比可以提高轉(zhuǎn)化率，同時還可以防止或減少催化劑上積碳。(3)輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化法合適的反應(yīng)條件為

8、：溫度800～900℃，反應(yīng)壓力1.5----3.0MPa，水蒸汽與原料氣摩爾比2.5----6。所得轉(zhuǎn)化反應(yīng)氣體的組成為：甲烷3—8％(V)，一氧化碳7％-8％，二氧化碳10％-15％，氫氣70％左右，采用催化劑(一般為鎳催化劑)，該催化劑一般含15％—25％的NiO，以硅酸鋁為載體。在反應(yīng)前將NiO還原為金屬鎳。對原料中砷含量有嚴(yán)格的限制，以免使催化劑中毒失活。當(dāng)原料較重時，如重于石腦油，則往往采用非鎳催化劑，如鍶、鋁及鈣的氧化物，有助于改善結(jié)構(gòu)及抗硅性能。一、氫氣的制造方法(