刍议天然气制氢工艺现状及发展

刍议天然气制氢工艺现状及发展

毛祝斌沈念磊

（新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州841000）

摘要：科学技术是第一生产力，随着我国科学技术水平的不断提升，大量先进工艺和技术涌现，在各个行业领域中应用，大大促进了社会进步和经济发展。天然气制氢工艺作为一种主流生产工艺，在一些天然气规模较大的区域应用，可以有效提升制氢水平，满足社会大量氢气需要。但是，天然气制氢工艺在实际应用中耗能高，燃料成本在总成本占比超过平52%，尤其是当前天然气价格持续升高，其中所存在的不足逐渐暴露出来，有待进一步改进和完善。本文就天然气制氢工艺发展现状进行分析，寻求合理措施予以改进。

关键词：天然气；制氢工艺；蒸汽；脱硫

天然气制氢工艺在实际应用中，可以借助大量的天然气制取氢气，取得了较为可观的工业化成果。我国现有的天然气制氢装置主要是以国外引进的技术为主，整齐转化工序仍然需要国外先进技术工艺支持，但是在PSA工艺技术方面，国内逐渐开发出相应具备工业化应用的条件。尤其是在加压蒸汽转化方面具备独特的优势，工艺经过长期发展和完善较为成熟，以其独特的优势得到了广泛应用。加强天然气制氢工艺的发展阐述，可以为后续工艺改进和完善提供参考。

一、传统天然气制氢工艺

（一）原料气处理单元

原料气处理单元是传统天然气制氢工艺的基础环节，直接决定着后续的天然气制氢质量和效果。在这个阶段，主要是以脱硫为主，通过应用适量的脱硫剂实现对天然气脱硫处理，但是由于原料气量较大，所以首先借助离心式压缩机进行压缩处理，然后对天然气整流处理，回炉前完成脱硫[1]。而新工艺的出现，主要是采用了新脱硫技术，原材料的消耗成本相较于传统工艺低一半的费用。尤其是蒸馏新技术的应用，实现催化剂加速反应，进一步提升整流效率和质量，实现热量二次回收，带来可观的经济效益同时，满足节能降耗要求，变换气工作顺利进行。

（二）蒸汽转化单元

蒸汽转化单元阶段处理过程较为复杂，水蒸气作为氧化剂，受到镍催化剂的作用影响，促使烃类物质发生转化，可以获取转化气。不同的转化炉结构和形式不同，在热补偿器和管道固定方式方面存在明显差异。在此阶段，通过高温转化与低水炭比工艺参数，可以实现资源的节能环保，带来更加可观的经济效益。

（三）CO变换单元

原料气中还有大量的CO，在转化过程中受到催化剂影响，有助于CO和水蒸汽产生反应，进而生成H2和CO2物质。在这个阶段，主要是在350℃～400℃高温环境和低于300℃～350℃中低温环境下进行。伴随着科学技术快速发展，在满足转化需要的同时，降低资源消耗和生产成本[2]。

（四）氢气提纯单元

在氢气提纯单元阶段，多数制氢工艺采用的变压吸附净化系统能耗较低，较之高能耗的脱碳净化系统而言资源消耗与生产成本更低，进一步优化生产流程，将富氢气切割到其他吸附塔中，在降低吸附塔生产压力和疲劳程度的同时，切实提升缓压速度，实现高浓度的氢气制取。这个阶段十分关键，直接关乎到制氢质量，需要严格控制。

二、天然气制氢工艺发展方向

（一）高温裂解制氢工艺

伴随着科学技术的快速发展和创新，天然气制氢工艺发生了不同程度上的改进发展，在高温裂变方面尤为突出。高温环境下，天然气裂变出氢和碳元素，生产期间并不会产生CO2，这个环节较为节能环保，协调经济效益和生态效益增长，呈现良好的发展前景[3]。

（二）自然重整制氢

在天然气制氢过程中，从外部供热转变到内部供热，可以实现资源的合理开发和利用，将反应产生的热量回收利用，被其他需要热量的生产环节所利用。此项技术在实际应用中，在耦合器中反应产生了大量热量，主要是天然气燃烧反应产生，实现水蒸汽的充分反应，满足反应自供热需要。需要注意的是，通过对自热重整反应器的强吸热反应和强放热反应分布进行，需要借助不锈钢管制作成的高端抗高温仪器在一定程度上增加了天然气制氢成本，影响到生产水平[4]。

（三）绝热转化制氢工艺

绝热转化制氢工艺水平较高，主要是将反应原料为部分氧化反应，可以实现对制氢环节的有效控制，提升天然气制氢水品的同时，实现制氢速度的有效控制。天然气制氢工艺主要是采用空气痒源，此种工艺流程短，操作便捷、安全，降低投资成本和制氢成本的同时，带来更大的经济效益和生态效益。

（四）天然气部分氧化制氢工艺

天然气部分氧化制氢工艺在实际应用，相较于传统的蒸汽重整工艺而言优势更为突出，可以有效降低能源消耗和生产成本。在这个过程中，采用的耐火材料较低，需要纯度较高的氧气支持，并借助高温无机陶瓷氧化器实现，在一定程度上增加了生产成本，提升生产效率，带来更大的经济效益。

三、天然气制氢工艺的价值分析

氢气是一种化工产品，在实际生产生活中应用较为广泛，不仅仅局限在轻工业领域，同时在重工业领域中应用。在当前可持续发展背景下，人们的环保意识不断提升，而氢气作为一种可再生的资源，应用领域包括电子、医药、电气和精细化工等行业。但是，传统制氢工艺成本高、生产效率低，还会对生态环境带来不同程度上的污染和破坏。借助天然气制氢工艺降低资源消耗的同时，提升生产效率，制取浓度更纯的氢气。

我国在制氢工艺过程中，加大型转化炉和配套的大型压缩机、大型PSA设备和耐用催化剂等方面较之国际水平存在很大差距，其中还有很多缺陷和不足有待进一步改进和完善。

结论：

综上所述，天然气制氢工艺作为一种前沿的生产工艺，相较于传统工艺而言优势较为突出，可以降低资源消耗和环境污染程度的同时，提升生产效率，获取纯度更高的氢气，满足工业生产需要。

参考文献：

[1]王周.天然气制氢、甲醇制氢与水电解制氢的经济性对比探讨[J].天然气技术与经济，2016，10（06）：47-49+83.

[2]刘百强.炼钢焦炉煤气提纯氢气与天然气转化制氢经济性对比[J].炼油技术与工程，2014，44（05）：61-64.

[3]高有山，权龙，王爱红，杨敬.天然气蒸汽重整制氢WTT阶段能量消耗及排放分析[J].机械工程学报，2013，49（08）：158-164.

[4]赵岩.煤制氢气——当今全加氢型炼油厂的发展方向[J].炼油技术与工程，2012，42（04）：11-14.