天然气制氢技术在合金工业中的应用

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1、天然气制氢技术在合金工业中的应用0^:2009-7-13上海华西化工科技有限公司吴芳摘要：了解天然气制氢工艺原理和过程，大力推广在合金工业中的应用1.前言天然气是优质、洁净的工业能源，我国拥冇丰富的天然气资源，随着现代化进程的加快和石油能源的紧缺，我国己开始重视和发展基础设施的建设來利用天然气资源，西气东输工程的全线贯通为人力推广天然气的应用提供了条件。2.制氢的方法和路线选择制氢的方法冇很多，水电解制氢、轻烧水蒸汽转化制氢、煤汽化制氢、甲醇裂解制氢、氨分解制氢等等。选择何种工艺路线，通常需耍根据当地的资源条件、建设的规模、投资的人小等等因素來综合考虑。一般來说，烧类

2、蒸汽转化制氢方法投资较人，适合于人、中型规模的制氢场合，制出的氢气成木根据原料的來源不同一般在0.8〜2元/Nn?之间。因炼油、石化行业在其自身生产过程中有干气、石脑油等怆类资源，因此基木采用该方法。天然气以甲烷为主，属于烧类蒸汽转化制氢中条件最好的原料。煤汽化制氢技术流程长，投资、占地大，适合于大、中型规模的制氮场合。由于我国的能源结构使得煤价较低，制出的氢气成木一般在0.6〜1.3元/Nn?之间，煤汽化制氢技术主要应用于化工行业生产合成氨、甲醇等。甲醇裂解制氢、氨分解制氢方法投资较小，制出的氢气成木大约在2.7元/Nn?左右，医药、精细化工行业由于用氢规模不大，受

3、资源条件限制，较多采用这两种方法。水电解制氢方法投资小，但生产出的氢气成木高，大约在3〜5元/Nn?,主耍应用于没有其它资源、用氢规模小的电子、合金、军工等行业。随廿我国西气东输工程的全线贯通，越來越多的地区开始用上了天然气，作为最优质、洁净和经济的原料，天然气成为制氢方法中的首选。尤其随着天然气制氢技术小型化的发展，400〜3000Nn?/h规模的天然气制氢技术日臻成熟，逐渐替代甲醇裂解和水电解制氢而应用于I矢药、精细化工、冶金等行业。正是在这样的背景下，湖南株洲破质合金集团有限公司经过一年多的考察、调研和论证，最终确定用-•实1500Nm3/h天然气制氢装置替代公

4、司动力厂原有的多套水电解制氮设备用于全厂的合金生产。由于天然气制氢用于合金生产实例尚不多，氢气対于合金生产中有何影响有必耍作深入的分析和探讨。3.天然气制氢工艺国内轻烧蒸汽转化制氢技术口六十年代第一套装置投产成功以來，取得了可喜的进展。尤其随着近年來石油、化工行业的迅猛发展，在引进、消化、吸收，借鉴国外先进技术的基础匕国内的蒸汽转化、PSA技术整体水平达到国外技术水平，部分甚至超过国外水平，所有的设备和催化剂均已国内制造，制氢装置工艺可幕，开车方便，原料、燃料单耗和主要性能能量指标均已达到国际先进水平。3.1天然气的精制转化催化剂在使用过程中极易受到毒害而丧失活性，对

5、原料中的杂质含量冇严格的耍求，一般耍求精制后的原料气硫含量小于0.2PPm,氯小于0.5PPmo由于天然气中含微量硫，因此必须先对天然气进行脱硫处理。由于所含的硫包括冇机硫和无机硫两种形态，因此先必须将冇机硫转化为无机硫然后再采用氧化锌（ZnO）进行脱硫精制。其基木反应式如下：硫醇：RSH+H2->RH+H2S硫醛:R1SR2+2H2TR1H+R2H+H2S二硫醴R1SSR2+3H2TR1H+R2H+2H2S嗥吩：C4H4S+4H2->C4Hi0+H2S氧硫化碳：COS+H2—CO+H2S二硫化碳：CS2+4H2TCH4+2H2SZnO（固）+H2S=ZnS（固）+出

6、0AHo298=-76.62kJ/mol3.2天然气蒸汽转化精制后的天然气按一定的水碳比与水蒸汽混合，再经转化炉对流段予热后进入转化炉辐射段。在催化剂的作用下，发生复杂的水蒸汽转化反应，从而生产出氢气、甲烷、一氣化碳、二氧化碳和水的平衡混合物。主耍反应有：CH4+H2O=CO+3H2①CO+3H2=CH4+H2OAHO298=-206kJ/mol②CO+H2O=CO2+H2AHO298=-41kJ/mol③以甲烷为主的天然气，蒸汽转化过程较为简单，主耍发生上述反应，最终产品气组成由反应②③平衡决定。天然气蒸汽转化反应是体积増大的强吸热反应，低压、高温、高水碳比有利于上

7、述反应的进行。反应过程所需热量由转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供，出转化炉的高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后，降低温度进入变换部分。3.3变换部分由转化部分來的转化气进入变换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应：CO+H2O=CO2+H2AHO298=-41.4KJ/mol将变换气中co含量降低，同吋继续生产氮气。中变气经过热交换回收部分余热后，再经冷却器冷却分水后进入PSA部分。3.4PSA净化工艺变压吸附（PSA）净化工艺自从于六十年代初由美国联合碳化物公司（UCC）实现4床工业化后，许多公司相继开发了多床（5床、10床、12床）PSA工业装置，并