烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状分析

烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状分析

刘明奇 田春起 张相逢

中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司 广西钦州 535008

摘要：在炼油化工行业中，氢气的生产制造是比较重要的工艺流程之一，在实践中，烃类水蒸气转化法是比较常见的一种制氢方法，对其进行研究有助于促进我国制氢工艺水平稳定提升。本文通过对相关文献进行研究，对烃类蒸气转化原理以及国内外烃类蒸汽制氢技术进行了简要阐述，最终对该技术的发展现状进行了全面分析。希望本文的结论能够在一定程度上提升我国烃类蒸汽转化法制氢的先进性。当前工业上大规模制氢的方式主要包括烃类蒸气转化法、水煤气化法制氢技术，其中，烃类蒸汽转化法是当前炼厂最佳的制氢方式，本文从烃类蒸汽转化原理开始，对其内容以及优势进行详细阐述。

关键词：烃类；蒸汽转化法；制氢工艺

前言：氢气在现代工业中的应用范围及其广泛，良好的制氢工艺，如加氢精制、加氢裂化等，不仅能够促进原油质量稳定提升，在医药工业、陶瓷工艺、食品工业、甚至原子能等方面都能够发挥极其重要的作用。最原始的氢气制造方式为水电解法制氢，至今已经有了200多年的历史，但是由于其效率过于低下，无法为现代工业提供充足的氢气作为生产原料，因此相关领域专家对其进行了多次升级。一、烃类蒸气转化法制氢原理

烃类蒸气转化法制氢的原理是烃类原料经过加氢脱硫等化学反应实现对自身的净化之后，在列管式转化炉中，与氢气在催化剂的作用下发生一系列的化学反应，化学反应方程式为：

以上三个化学方程式呈现的是采用该方法进行氢气制取的基本原理，其实际过程非常复杂，不仅包括基础的氧化、变换等反应，还包括高级烃的均相热裂解、催化裂解等反应。

二、国内外烃类蒸汽制氢技术概述

（一）工艺流程

烃类蒸气转化法制氢工所依托的原料烃主要包括气态烃、液态烃两种形态，其中，气态烃主要包括天然气、焦化干气等，液态烃的主要代表为石油气等。在实践中，烃类蒸汽转化法制氢工艺的基本流程为：（1）烃类原料进入加氢脱硫反应容器中进行脱硫处理；（2）进入蒸汽转化阶段；（3）进入废热锅炉中进行处理，产生多余蒸汽进行外输；（4）进入中温变换阶段；（5）PSA提氢获得最终的产品氢气；（6）进入下一产品制造循环。

（二）国外烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状

与国内相比，国外诸多发达国家工业化的发展时间均相对较长，因此其对于制氢工艺的研究水平相对较高。在德国林德等部分国外大型炼油企业中，其制氢技术的灵敏性、安全性、可靠性、低成本等方面都远高于国内大多数企业，其具体优势如下：（1）大型化：国外的烃类蒸汽转化法制氢的规模相对较大，例如，法国德西尼布工厂的烃类蒸气转化装置的产量规模已经达到了224000 。其次，根据相关学者所做的研究显示，截止2019年，全世界范围内产量超过90000 的大型炼油加氢设备已经达到了50套以上。（2）技术水平高：在当前国外大多数制氢设备中，已经广泛采用了较为先进的预转化技术，即将水蒸气、原料按照一定比例进行混合之后在固定床反应器中参与各种化学反应，能够有效提升制氢效率与质量。（3）设备性能强：在国外的大型炼油加氢装置中，其出入口的温度一般能够达到900℃左右，在这种温度下，甲烷的含量能够有效得以降低，最终提升氢气的回收比例，最终达到节能节耗的目的。其次，与国内相比，国外制氢工艺装置的空速基本都能达到1400 。最后，国外制氢工艺的热流通量也相对较高，有利于提升热量流通率。（4）流程管控严格：在国外制氢工艺中，其往往会将冷凝水作为锅炉给水，通过这种方式能够有效降低生产成本，也提升了资源的有效利用率，符合当前的环保理念。（5）流程多变：当前国外诸多大型企业在采用烃类蒸汽转化法装置制氢工艺变换方式有多种，主要包括高温变换、中温变换、高-低温变换（HTS+LTS）、中-低温变换（MTS+LTS）。

（三）国内烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状

与国外相比，我国烃类蒸汽转化法制氢工艺的发展时间相对较短，在上世纪90年代之后才陆续开展相关领域的研究。随着20余年的发展时间，当前我国国内企业运用烃类蒸汽转化法制氢的技术水平已经与国际水平趋向一致。当前，我国国内烃类蒸汽转化法制氢工艺主要具备以下几大特点：（1）规模大型化：随着我国科技发展水平的不断提升，我国制氢装置的生产规模也在逐步向着大型化的方向发展。完全由我国国内企业进行自主设计与建设的上海石化公司制氢装置已经达到了80000 ，与国际水平极为接近。此外，由荷兰德西尼制造的、当前我国国内最大的制氢装置的生产效率已经达到了140000 ，其制氢规模在国际上也能排在前列。（2）原料多样化：在当前时代背景下，我国炼油厂用于制氢的原料种类开始逐渐趋向多样化，从纯粹的轻质油，逐步转向包括天然气、加氢干气、催化重整干气、焦化干气等。此外，为了适应原料种类的多样化发展，我国国内企业均在预处理单元中加入了等温加氢等工艺流程。此外，预转化技术的缺乏是我国制氢工艺中应该进行提升的主要方向。（3）装备、技术性能提升：当前，国内制氢转化炉的材质已经接近了国际水平，普遍采用先进的转化炉管出口管系结构代替了传统的出口猪尾管，并进一步采用了冷壁出口提升了转化率的工作效率。其次，当前我国用于烃类蒸汽转化法制氢的加氢催化剂、转化催化剂等工艺都已经实现了初步国产化，并已经达到了国际平均水平。

结论：纵观全文，当前我国正处在科技水平高速发展的黄金时期，相比于改革开放初期，二十余年的发展时间已经使我国利用烃类蒸汽转化法制氢水平得到了长足的进步，由荷兰德西尼制造的、当前我国国内最大的制氢装置的生产效率已经达到了140000 ，逼近乃至超过了国际先进水平。此外，近年来国内请其需求量的增大也进一步推动了制氢工艺的规模化发展。如果相关单位想要进一步提升生效效率与经济效益，就必须在催化剂的研发以及工艺技术革新方面下功夫，进而降低加氢过程的生产成本，最终提升自身的核心竞争力。

参考文献:

1. 国内外蒸汽转化制氢催化剂及工艺研究进展[J]. 邢卫欣.  化工管理. 2018(17).

2. 浅谈天然气蒸汽换热式转化制氢工艺[J]. 许美莲.  中国石油和化工标准与质量. 2016(16).