关于荒煤气制氢及提浓脱氧技术的研究

张伟 赵腾飞 闫毅华

摘要：本文将结合某公司荒煤气制氢技术运用实例，发现其在实际运行阶段所存在的问题，并结合具体问题提出合理的技术改进措施，希望可以通过提浓脱氧工艺手段，实现对于提浓氧气含量的有效控制，将其限制在0.01%以内，以充分保障设备运行的整体安全性。借助高效的冲洗气回收和升压手段，可以实现对氢气的有效回收，以相应提升氢气回收率，针对原有的设计提供工艺实施优化改造，将其调整为真空再生的形式，进而充分保障吸附剂的再生效果，使氢气回收率得以全面提升，同时，相应提升氢气产量，以高效处理装置运行过程中所面临的各类问题，为后续制氢装置和工艺的发展提供充足的意见参考。

关键词：能源化学;荒煤气制氢;提浓脱氧技术

引言：

氢气是一种十分重要的化工原料，且与人们的生活密切相关，也相应影响了科技的发展速度。一般而言，石油化工行业加氢反应中的氢气用量和应用范围最广，其后依次为生产合成氨和甲醇生产等。为确保油品深加工的需求得以达成，行业内人士展开了对制氢技术的深度探索，并研发出了不同形式的制氢工艺，主要包含电解水制氢、甲醇裂解制氢、生物制氢及荒煤气制氢等，下文将结合实例，简要介绍荒煤气制氢的技术流程，并展开对于提浓脱氧技术的深入探索。

1荒煤气成分构成

荒煤气通常产生于煤炭干馏过程，其具体成分与干馏温度、炉型式结构及原料煤种有着十分密切的联系。以40℃、0.01MPa的环境为例，此条件下的荒煤气成分表现出如下特点：

首先，其中的氢气和甲烷含量都相对较低，但是N2等惰性气体的含量却相对较高;其次，其中含有比重较高的有机硫、萘和H2S等物质。

为了在最大程度上确保制氢的效率，通常采取变压吸附和一氧化碳水蒸气结合的制氢工艺技术，要求在使用此项工艺时充分关注荒煤气脱硫工艺的操作流程及其实际位置，以切实保障制氢效率[1]。

2工艺选择

为有效应对我国石油资源紧缺的问题，在现代煤化工业生产过程中高度关注煤制油工艺，为此，需要积极探索高效可行的煤间接制油技术，如中低温煤焦油加氢制油工艺等。要求努力找寻一条更加适应产业结构的制氢工艺路线，针对低温煤气中所包含的氢气实施分离提取处理，并将其作为煤焦油加氢的主要原材料，以实现高效制氢。现阶段，在煤焦油加氢装置中使用最为频繁、最为关键的一项技术便是荒煤气变换提浓制氢技术，在实际运用阶段，此项工艺的氢气收率已经达到了30%以上，其在变换全程中消耗了充足的一氧化碳，并将荒煤气之中的CO转换为CO2，与此同时，也相应降低了提氢后的实际解吸气热值，使其得以低于3.3 × 103 J/m3，所造成的解析热值相对较低，通常无法进行回收利用。

该公司的荒煤气产量为1.8 × 105 m3/h，结合这一数值进行计算，可以确定变幻制氢副产低热值解吸气值为1.3 × 105 m3/h，且难以实现充分利用，表现出较为明显的环保问题。此外，在工艺变换阶段会产生大量废水，也相应提升了废水处理的成本，使其处理难度相对较高。该公司内部具有一套完整的耦合产业链，可以在提氢后的解吸气中保留相应的一氧化碳组分，且热值可以超出 6.0×103 J/m3，可以将其试作重要的金属镁及发电装置燃料，以实现对氢气的高效利用，同时，可以有效应对提氢后解吸气的重复利用问题[2]。

3提浓脱氧技术

3.1 原工艺问题

以往所设计使用的PSA制氢系统主要用于提纯后处理，试运行后确定其出口位置处的氧气浓度相对较高，且表现如如下问题：

第一，因为采取了无变换制氢工艺，导致煤气中的氧含量相对较高，待经过提浓工段处理后，其中的氢气体积已经从1/4上升到了1/2，在经过后续工艺处理后，其中的氢气纯度更高，且装置中的煤气氧含量表现出明显的波动态势，是的提浓气体中的氧含量极易超出相应的安全标准;

第二，由于高浓度氢气长时间在管线中流动，也相应增加了管壁摩擦和出现静电火花的风险;

第三，因为氢气和氧气有着截然不同的物理特形，导致它们在长距离输送管道之中的运动速率存在明显差异，极易发生聚集问题;

第四，脱氧塔中的进气温度通常难以控制，若突然发生了巨大波动，则可能相应增加脱氧塔失温的风险，导致其在短时间内迅速失温，使得提浓气氧含量急剧升高，也相应增加了此过程中的安全隐患。

正是由于存在上述问题，使得阀门和管道中极易发生氧气聚集的问题，也相应增加了闪爆事故的风险，此外，由于在原本的设计工艺中未能提供脱氧装置，难以实现对氧含量指标的有效控制，也因此增加了工艺缺陷问题。

3.2 关键技术选择

为更好处理上述问题，决定采取提浓脱氧技术予以处理，以实现对氧气含量的有效控制，进而确保设备运行的安全性。需要在脱氧塔上层进行氧化锌脱硫剂填装，以充分去除提浓气之中的硫化氢物质，让钯催化剂及提纯工序吸附剂的安全性得到充分保障。借助钯催化剂实施脱氧操作，可以加速氧气和氢气的化学反应，使其生产水，并经由冷却降温装置实现气液分离，将分离后的反应物进行提纯，以获取浓度高达99.9%的氢气。

3.3 技术改造后效果

将提浓脱氧技术应用于企业生产实践之中，有效应对了传统制取工艺中氧含量超标且难以控制的问题，有效规避了因氧气聚集所带来的风险问题，可以将氧气的体积分数维持在0.01%以内。

首先，运用脱硫脱氧塔装置，借助进口脱硫剂实现了深度脱硫，在一定程度上保护了脱氧剂，也相应延长了其使用寿命。

其次，在进口位置处增设整齐加热装置，可以发挥良好的温度保持及脱氧效果。

最后，采取两台并联的形式，不仅可以相应降低脱氧塔位置的系统压差，还可以相应降低煤气压缩机出口位置的压力，让系统得以始终保持稳定的运行状态[3]。

结束语

综上所述，针对制氢装置实施全面优化改造，可以切实提升制氢装置的整体产能，让氢气产量得到充分保障，此外，可以实现对提浓气体中氧气含量的有效控制，本例中的氧气含量就被成功控制在了0.01%以内，可以有效削弱企业生产运行成本，具有极高的推广及应用价值。

参考文献

[1]劉丽娜，王鼎. 荒煤气制氢及提浓脱氧技术的探讨[J]. 工业催化，2021，29（07）：71-75.

[2]赛庆新. 荒煤气制氢工艺中脱硫问题的探讨[J]. 神华科技，2016，14（01）：78-81.

[3]谢华清，赵向南，于庆波，秦勤. 吸附强化焦炉荒煤气重整制氢的热力学分析[J]. 东北大学学报（自然科学版），2019，40（08）：1110-1114.