楊金濤

摘要：本文簡要介紹了幾種主要制氫工藝技術(shù)方法及生產(chǎn)特點(diǎn)，同時(shí)從原材料、經(jīng)濟(jì)用氫規(guī)模等方面對幾種主要制氫方法進(jìn)行了比較，并給出了今后精細(xì)化工行業(yè)中與特定規(guī)模相匹配的制氫工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：制氫工藝技術(shù)方法 比較 市場

氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對氫氣的純度、對所含雜質(zhì)的種類和含量都有不相同的要求，特別是改革開放以來，隨著工業(yè)化的進(jìn)程，大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對高純度的需求量正逐步加大，對制氫工藝和裝置的效率、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、安全都提出了更高的要求，同時(shí)也促進(jìn)了新型工藝、高效率裝置的開發(fā)和投產(chǎn)。

一、主要制氫工藝技術(shù)方法

1.電解水制氫

水電解制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫氣與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定的能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75～85%，其工藝過程簡單，無污染，目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)規(guī)模是300m3/h以下，主要是要求配電的功率太大，單套裝置無法實(shí)現(xiàn)大型化，因此其應(yīng)用受到一定的限制。

2.天然氣轉(zhuǎn)化制氫

該法是在有催化劑存在下與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氣，反應(yīng)在800～820℃下進(jìn)行。用該法制得的氣體組成中，氫氣體積含量可達(dá)74%，大多數(shù)大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫的工藝，該工藝流程復(fù)雜，投資大，能耗高，考慮到這些因素的影響，目前天然氣制氫經(jīng)濟(jì)規(guī)模在1000～5000Nm3/h，而后我國曾開發(fā)間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝，制取小型合成氨廠的原料，這種方法不必采用高溫合金轉(zhuǎn)化爐，裝置投資成本低。其生產(chǎn)成本主要取決于原料來源，我國天然氣分布不均，采用該方法受到限制。

3.煤焦化或煤氣化轉(zhuǎn)化法制氫

以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。

3.1焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在900～1000℃制取焦炭，副產(chǎn)品為焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣組成中含氫氣55～60%（體積）、甲烷23～27%、一氧化碳6～8%等，而后將其中的萘、硫等雜質(zhì)去除，通過變壓吸附裝置將焦?fàn)t煤氣中的氫氣提純，該工藝流程復(fù)雜，投資大，規(guī)模大能耗高，同時(shí)受到焦化行業(yè)的制約。

3.2大型工業(yè)煤氣化爐如魯奇爐是一種固定床式氣化爐，所制得煤氣組成為氫氣37～39%（體積）、一氧化碳17～18%、二氧化碳32%、甲烷8～10%。我國擁有大型魯奇爐，每臺產(chǎn)氣量可達(dá)100000m3/h，另一種新型爐型為氣流床煤氣化爐，稱德士古煤氣化爐，用水煤漿為原料，目前已建有工業(yè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)合成氨、合成甲醇原料氣，其煤氣組成為氫氣35～36%（體積）、一氧化碳44～51%、二氧化碳13～18%、甲烷0.1%，甲烷含量低為其特點(diǎn)。采用煤氣化制氫方法，其設(shè)備費(fèi)占投資主要部分，因此水煤氣制氫適合100000 m3/h以上的大型氫氣用戶，一般用于合成氨和甲醇生產(chǎn)中。

4.甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫

4.1甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化原理及變壓吸附原理

4.1.1甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化原理

甲醇與脫鹽水的蒸汽混合物在轉(zhuǎn)化器中加壓加熱催化和轉(zhuǎn)化一步完成，生成以氫氣和二氧化碳為主的轉(zhuǎn)化氣（其組成為氫氣體積74.5%、二氧化碳24.5%、一氧化碳1%）。

4.1.2變壓吸附原理

變壓吸附工作原理是利用吸附劑對不同吸附質(zhì)的選擇性和吸附劑對吸附質(zhì)的吸附容量隨壓力變化而有差異的特性，在高壓下吸附原料中的雜質(zhì)組分、低壓下脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。

4.2 工藝流程簡述

來自用戶的脫鹽水與回收在循環(huán)液緩沖罐中未反應(yīng)的甲醇和水混合，經(jīng)過循環(huán)液升壓泵加壓與來自甲醇緩沖罐經(jīng)甲醇升壓泵加壓的原料甲醇按1：1的重量比混合后，進(jìn)入換熱器中，與來自轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行第一次熱交換。完成第一次熱交換后的原料液隨即進(jìn)入汽化塔，在再沸器中與導(dǎo)熱油進(jìn)行第二次熱交換完成汽化然后通過過熱器再次被加熱。轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入到PSA脫碳工序，經(jīng)八塔七次均壓加抽真空變壓吸附過程，從而得到半產(chǎn)品氣，雜質(zhì)被排放到大氣中。半產(chǎn)品氣進(jìn)入到PSA提氫工序進(jìn)一步被提純，在提氫工序經(jīng)采用八塔五次均壓加抽真空變壓吸附過程，最終得到純度為99.999%以上的氫氣（一氧化碳+二氧化碳小于10ppm）。

采用甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)，工藝流程簡單，投資少，操作方便靈活，制氫規(guī)模在5000～10000 Nm3/h，甲醇的消耗可降至最低，目前山西最具代表的精細(xì)化工企業(yè)山西三維集團(tuán)股份有限公司將陸續(xù)建設(shè)兩套8400Nm3/h甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫裝置，因此，該工藝技術(shù)將成為今后精細(xì)化工企業(yè)制氫技術(shù)的典范。

結(jié)論

綜上所述，隨著精細(xì)化工的行業(yè)的發(fā)展，未來市場對氫氣的需求將會日趨增多，制氫原材料的來源將制約精細(xì)化工行業(yè)的發(fā)展，由于我們國家資源、能源分布不均，特別是對于嚴(yán)重缺乏煤、石油、天然氣的地區(qū)，精細(xì)化工企業(yè)要發(fā)展和生存下去，就必須尋找出適合于企業(yè)自身的發(fā)展道路，而精細(xì)化工企業(yè)的用氫量在5000～10000Nm3/h時(shí)，甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，今后將受到更多精細(xì)化工企業(yè)的重視，市場前景樂觀。