烃类水蒸气制氢技术概述

何雄辉

摘要：氢气在工业生产过程中被广泛使用，为了满足生产需求，烃类水蒸气制氢受到行业相关人员的亲睐，本文就国内烃类水蒸气制氢技术的发展现状、制氢技术的原理及制氢技术的发展方向进行了简要概述，以期为行业研究提供一定的参考。

关键词：烃类；制氢工艺：发展

引言

氢气由于其特殊的理化性质，在工业生产过程中被广泛利用，随着氢气的广泛利用，氢气的制造工艺也在不断的发展。到现阶段，利用石油、煤和天然气为原料制氢成为工业上的主要方法，由于工业过程中氢的需求量很大，因此，大规模制氢方法在工业上被广泛使用，烃类与水蒸气转化及氧化制氢的技术在工业制氢过程中备受亲睐，以上两种工业制氢的方法相比较，部分氧化法由于其工艺的特殊性，造成该方法在制氢过程中投资量大，而烃类与水蒸气转化制氢技术工艺成熟可靠，操作灵活方便，制造氢气的成本低，在现代工业制氢技术中占据主要地位，本文就烃类水蒸气制氢技术的发展现状、制氢工艺的原理及制氢技术的发展方向进行了简要概述。

1.国内烃类水蒸气转化法制氢技术发展现状

1.1烃类水蒸气转化法制氢工艺发展现状

据相关资料研究统计，近年来，我国的烃类水蒸气转化制氢技术取得了极速的发展和进步。综合分析和总结国内水蒸气转化法制氢技术的主要特点，主要有以下几方面的的特点和优势：

（1）制氢装置大规模化

由于工业生产过程中对氢的需求量很大，因此對制氢装置的要求也不断提升，由最初的小型规模化发展逐渐向大规模化方向发展，近年来，随着制氢技术的发展，由我国自主设计及建设的制氢装置的生产规模已经达到80000Nm3/h，已经能够满足制氢过程中对装置的需求。

（2）制氢原料的多样化

能通过烃类蒸气转化工艺进行制氢的烃类原料有各种炼厂气、天然气、轻油、油田伴生气等，其中轻油是指炼厂的一次加工油，重整抽余油、高压加氢轻石脑油等也可以作为轻油原料产氢。

（3）转化炉性能优化

国内制氢转化炉的性能较之前有了明显提高，考虑到投入和产出的比例，在制氢过程中，企业普遍采用顶烧炉，顶烧炉入口温度普遍为五百多度，出口温度普遍接近九百度；转化炉的碳空速一般为9000h-1，国内转化炉普遍采用顶烧炉。

目前，各企业所采用的转化炉普遍为微合金型材料制成的先进转化炉管出口管，可以保证制氢过程中的转换率基本达到95%，此种转化炉在保证转化率的过程中还能够起到良好的节能减排效果。

（4）烃类转化剂性能大大提高

目前，用于烃类蒸气转化制氢的加氢催化剂、吸附剂等，其催化水平均已经达到世界先进水平，对其催化性能的研究和开发也已经达到了国际水准。

2.制氢技术的原理

制氢的工艺流程主要由原料气的处理、蒸气的转化处理、一氧化碳变换和氢气提纯四大部分组成[1]。

2.1制氢原料的前处理

目前，工业制氢过程中，可以用来制氢的原料有很多，其中液体原料包括各种蒸馏品，主要为通式为CnH2n+2的化合物，为了提高制氢过程中所得产物的纯度，用于烃类水蒸气转化制氢的原料需要经过一定的前处理，主要目的是为了对原料进行脱硫和脱氯处理，减少制氢过程的杂质气体[2]。

加氢发应：加氢反应主要是利用氢的还原性，将原料中的有机硫、有机氯化物及有机氮化物还原成氯化氢、氨和饱和烃类，便于后续反应过程中对中间产物的吸收，此过程是原材料处理的起始环节，也是关键环节，该环节的处理结果将直接影响着下一步脱硫反应的进行。

2.2蒸气转化环节

转化炉是蒸汽转化反应的核心，目前各企业对转化炉的炉型、结构等都各有千秋，但相同点主要体现在烟道气的热回收率基本相同。

在蒸汽转化单元过程中，各企业都使用高温转化的方式进行，在对转化炉的参数设置过程中，各企业都以提高烃类转化率为目的，使用的相对比较低的水碳比的参数设置，也在一定程度上为企业节约了原料消耗。

在蒸汽转化单元，由于反应过程中原料成分的复杂性，在反应过程中会伴随有一系列的副反应，包括裂解、脱氢、加氢、氧化等反应，其影响因素主要有反应过程中的压力、温度、空速和水碳比。

2.3一氧化碳变换单元

一氧化碳变化的原理是将原料气体转换过程中存在的大量一氧化碳在变化催化剂的催化作用下与水蒸气发生反应，进一步生成氢气和二氧化碳的过程。

2.4氢气提纯单元

氢气目前的净化分为化学净化和烃类转化蒸气转化，现各企业在制氢工艺中都比较喜欢能耗较低的变压吸附净化分离技术和膜分离耦合技术，其中以变压吸附净化技术应用最为广泛，这种氢气提纯单元具有流程简单、耗能小、氢气提纯度高的特点，在实际中被广泛采用。

3.制氢技术的发展方向

随着人们环境保护意识的不断提高，以及对汽油和柴油产品数量、质量要求的提高，工业过程中制氢技术就需要对原料进行更深层次的加工，同时也需要与深层次加工相适应的加氢装置，这也成了未来制氢技术的发展方向。

3.1预转化工艺的进一步提升

预转化工艺是指预处理的原料和水蒸气在进入反应之前，其中长链烃可以在较低的温度、水碳比和高空速条件下转化成富氢的小分子，此过程能延长转化过程中催化剂的使用寿命。预转化技术由来已久，最早出现在上世纪七十年代，在当时的预转化过程中，催化剂的价格特别的昂贵，同时催化剂的加入会增加整个预转化技术的复杂性，当时这种技术只用在以液态烃为原料的制氢装置。

近年来，随着制氢的原料品种趋于多样，对制氢能耗的要求也更进一步严苛，预转化工艺又被大家重新应用起来。该制氢方法可以缩小转化炉的体积，降低转化炉的资金投入；降低燃料的消耗量；减少反应过程中的外输蒸气量；可以保证装置的长周期使用。该制氢转化方式被大量使用在多种制氢原料中。

3.2制氢原料的多样性

现有的制氢原料主要有：固体原料、烃类原料、重质烃类原料、醇类和氨。目前工业上用于制烃的主要原料是天然气、液化气、石脑油等烃类原料。

3.3制氢催化剂的发展

在工业制氢过程中，烃类的蒸汽转化制氢的技术途径之一，也是目前工业上制氢的主要方法，随着科学技术的发展，该制氢方法不论在工艺技术方面、催化剂使用方面以及装置的可靠性方面均已经达到较高水平。

3.4制氢转化炉的不断改进

现有的制氢工艺过程中，由于制氢量大，制氢装置也要不断满足制氢量的需求，现有转化炉主要有顶烧炉和侧烧炉。顶烧炉由于其结构紧凑、火嘴少，从经济性考虑，更加适合大型转化炉使用。侧烧炉由于火嘴较多，且炉膛分布较多，因此投资比较大，在使用过程中受到一定的限制。目前，在工业上比较受大家亲睐的多为顶烧炉。

参考文献：

[1]田晓玲.蒸汽转化制氢技术的发展趋势.中国石化制氢技术联络站，2003，第二十五期：1-5.

[2]托普索公司.氢气制造发-丹麦托普索法[J].石油学会杂志，1972，15（1）：21-25.