浅析煤层气制氢工艺技术-论文.pdf

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1、第9期．83．浅析煤层气制氢工艺技术杨帆，孟凡伟，韦斌武，艾远(陕西燃气集团有限公司富平煤层气综合利用项目组，陕西西安710016)[摘要]氢气是重要的工业原料，我国煤层气储量丰富，煤层气可作为原料制取氢气。未来的20年内氢能领域占主要地位的将是以煤层气或天然气制氢。本文概括了煤层气制氢的几种方法及其需要解决的问题。[关键词]煤层气；制氢方法；工艺技术煤层气俗称瓦斯，其主要成分是甲烷，还将煤层气中的重碳氢化合物转化为甲烷与二氧化有乙烷、丙烷、丁烷等烃和二氧化碳、硫化物等碳，为了防止或降低主转化炉结焦。同时进一步非烃类混合物。开发煤层气可以降低煤层瓦斯含除去了残留的硫

2、化氢气体，延长催化剂的寿命。量，减少瓦斯事故，又可有效保护大气环境。一氧化碳变换来自蒸汽转化的混合气与水反应，2013年，我国煤层气探明储量1700亿立方米，产产生水煤气，一氧化碳变为二氧化碳，同时生成能达30亿立方米，年产量达8亿立方米。随着开采氢气，生成的气体经过冷却分离后送往下一道技术的发展，煤层气产量逐年上升，利用煤层气工艺用来提纯。冷凝一低温吸附法，低温吸收一制氢是煤层气利用的大方向。煤层气经分离后，吸附法，变压吸附法，钯膜扩散法等都是氢气提可以作为原料生产氢气。氢气应用领域广泛，常纯的方案，常用变压吸附法，其工艺简单，纯度用于生产合成氨、甲醇及石油炼制过

3、程的加氢反高，能耗低。应，在冶金、电子、航天航空、食品加工、浮法1．2煤层气部分氧化法玻璃、精细有机合成等工业领域经常用到。氢气煤层气部分氧化法是甲烷与氧气进行不具有燃烧热值高，无污染等优点。随着全球气候完全氧化，生成一氧化碳和氢气。该反应可在变暖，氢能将成为用作质子交换膜燃料电池电动750~800℃下进行：车的首选燃料，甚至有可能在今后部分替代汽油CH4+1／2O2CO+2Hj汽车。本文对煤层气制氢原理方法、流程、现状及设备进行了介绍。，这种方法具有能耗低，反应速率快的优点，但由于需要高纯度的氧气、催化剂加之操作体系1煤层气制氢方法安全性要求高，因此制约了它的发展

4、。目前国外煤层气制氢方法主要有煤层气蒸汽转化法、正在研究一种陶瓷膜反应器。从空气中分离纯氧煤层气部分氧化法、甲烷自热转化法及甲烷催化气与煤层气催化氧化制氢同时进行，这个过程在裂解法。高温下完成，从而大大降低了纯氧的成本，同时1．1煤层气蒸汽转化法也最大程度地降低了能耗。Parettre[2公司采用Ni煤层气蒸汽转化法由四个单元组成，分别搭载在耐火材料上的催化剂技术最先对甲烷和氧是原料处理、蒸汽转化、一氧化碳变换和氢气气混和气催化转化合成气进行了研究。POM法的提纯。其工作原理主要为脱硫工艺，在催化剂反应器主要有固定床反应器、蜂窝状反应器和流Co．Mo的作用下采用加氢

5、的方法将原料气中的有化床反应器等，该方法主要以活性组分Ni、Pt等为机硫变为硫化氢，利用znO吸附的方法脱去硫化主的负载型催化剂。氢。蒸汽转化是在高温和催化剂作用下，甲烷与POM法制氢与传统的蒸气转化方法相比，具水蒸气发生反应，生产氢气、一氧化碳等混合作者简介：杨帆(1986一)，男，陕西宝鸡人，2011年毕业于气，这个反应需要大量的热，为此需分为两个阶西安石油大学流体机械及工程专业，硕士，助理工程师。现在陕段，一是预转化，二是主转化。预转化的作用是西燃气集团富平煤层气综合利用项目组从事煤层气化工利用方面的工作。一腐蚀防护石20油和化工设备一14年第17卷有能耗低、

6、反应速度比蒸汽法快l～2个数量级，操2制氢反应器作空速大等优点。近20年来，甲烷部分氧化制氢常用的制氢反应器有固定床和流化床。己成为人们研究的热点。进入21世纪以来，PoM(I)固定床反应器。固定床控制简单，是应用法制氢发展速度较快，但还存在一些问题尚未解最广泛的气固催化反应器之一，但其缺点是温度决：高纯廉价氧的来源、催化剂床层的热点、催分布不均匀，所以改善其温度分布是避免过热的化材料的反应稳定性、操作体系的安全性等[3】。由一项重要手段。于这些原因，该工艺的发展受到了限制。该工艺(2)流化床反应器。流化床固体颗粒悬浮在技术还未实现工业化，只在中试阶段。为了解决气体

7、中，气体和固体充分接触，并充分混合，因上述问题，是当前工艺技术发展的方向。此床层温度分布均匀。床层催化剂由于甲烷制氢目前，国内外正在开展研究一种叫做陶瓷过程的放热和催化剂表面积碳失活，可加入新鲜膜反应器的技术。在高温下从空气中分离出纯氧的催化剂并移走失活的催化剂，使反应能长期进与煤层气催化部分氧化制氢同时进行，从而解决行，因此流化床反应器适合煤层气制氢。高纯廉价氧的来源问题，并大大降低能耗。国外主要有英国Amoco公司、美国TRW、英国Davy3小结McKee公司，国内主要为大连物化所、大庆石化综上所述，考虑到目前日益严重的雾霾、气研究院，都在对陶瓷膜反应器进行