天然气蒸汽转化制氢工艺

谭俊

四川虹加气体有限公司 四川成都 610100

相较于其他资源而言，天然气本身便是一种清洁能源，它对环境造成的污染较小，且来源较为广泛，所以天然气的采集和制造成本也相对较低，作为化工的原材料来说能够具有很高的经济效益。

1 天然气蒸汽制氢工艺概述

天然气蒸汽转化制氢工艺所采用的主要技术为烃类水蒸气转化生产技术，它利用PSA提纯技术来实现大规模的氢气生产，在整体转化的过程中，将天然气中的烃类与水蒸气进行反应，从而制造出含有氢气，二氧化碳和一氧化碳的混合气体，再通过提纯技术来使其中的氢气纯度进行不断提升，最终得到高纯度的氢气。实际数据显示通过该项工艺所生产的工业氢，其程度可以高达99.9%[1]。

在天然气蒸汽转化制氢工艺及其装置的设计过程中，要遵循以下几个重要原则，一是要保证技术的先进性和工艺的稳定性在整个氢气的生产过程中，一方面要考虑到能耗和污染等对工艺发展的影响，另一方面要考虑在生产氢气过程中整个装置的稳定性，避免发生一系列的事故。二是要在设计的过程中尽可能选择国产的设备，也要保证在投资生产的过程中能够兼顾经济收益，通过国产设备来降低前期资金的投入。三是要在相关装置的设计及使用过程中，要严格按照国家的相关标准和技术规定来确保整个生产过程的安全。

天然气蒸汽转化制氢工艺的装置主要由7个部分构成，其中包括压缩部分、精制部分、转化与热量回收部分、冷却处理部分、变压吸附氢提纯以及蒸汽发生部分。对于原料的选择而言，干项工艺技术的原料为天然气，为了解决原材料数量不足的问题，在制氢过程中可以通过重整氢的提浓技术来解决，原材料的选择应当按照PPG的要求严格执行。

2 天然气蒸汽制氢工艺的优势

在对天然气蒸汽转化制氢工艺及其装置有了简单的了解之后，我们便可以对该项工业装置的优势进行更为深入的探究，了解其在实际应用中为何能够得到如此广泛的应用。

2.1 能源消耗较少

纵观整个工艺的发生过程，我们可以发现，在该项技术过程中由于蒸汽本身的比热容较高，所以在反应时中可以实现反应余热的反复使用，这对于能源的利用率有了大大的提升。再加上整体装置的热量稳定性较强，能够避免再次加热所造成的能源消耗，这些对于大型工业装置来说有极为重要的损失和影响。在对整个装置进行稳定性强化后还可以进一步减少能源的消耗，这对于工艺流程的经济效益来说有着很大的帮助。

2.2 操作步骤简单

天然气蒸汽转化制氢工艺的操作步骤和原理是十分简便的，纵观整个流程虽然内部反应较为复杂，但是生产的装置具有半自动化的特征，在工人进行实际操控时难度并不高，车间运行和停止都不需要技术人员进行太多的操作。在对这一工艺实施过程中的转化问题进行思考后，我们可以发现整项技术所应用到的设备，主要以空分设备和PSA设备来实现对反应的控制，而这些设备的操作也是极为简便的，对于相关技术人员也没有过多额外的要求，这进一步降低了对整个流程的操作步骤[2]。

2.3 装置投入较低

任何一项工艺流程得到大范围的应用，必然离不开其成本较低的投入。首先分析整个工艺流程的原材料，天然气作为极为常见的一种原材料，相较于煤和石油来说，在自然界中分布极为广泛，所花费的价格也容易得到控制。然后是构成整个工艺流程的具体装置，整个工艺流程对于低温段的材质要求实际上并不是很高，在具体的实施过程中，也没有由压力和腐蚀所造成对材质的要求，所以在对整个装置进行设计时，一方面不需要采取要求极高的管道材质，同时也减轻了装置设计的难度，这大大降低了整个工艺流程所需要的资金投入。

2.4 安全性能较强

天然气蒸汽转化制氢工艺技术在实施的过程中，需要考虑到氢气与富氧混合燃烧的问题，这一过程对于实际操作和设计都有很大的影响，所以在具体的装置设计过程中，要考虑到装置的安全性能，尽可能的提升系统的稳定性，使操作过程能够避免一切安全事故的发生。

3 相关装置的使用流程

在高纯度氢气的制取和提纯方面，主要要经历以下几个环节，首先要装置外部的天然气和自产氢气混合，将原料经过加压后送入到换热器中，在换热器内便需要将原材料进行持续加热，通过加热来实现加氢反应的发生，然后通过脱硫处理将这一反应过程中所产生的有机硫得以转化，并将反应后物料中所含的氯含量得以控制。

其次在进行材料处理后将原料气体与水蒸气进行充分混合，并在对流段进行预热，在预热达到500摄氏度之后进入转换炉中，在转换炉内原料气体中的烃类与水蒸气发生反应，因此产生大量的氢气和一氧化碳气体，也有少量的甲烷气体并未完全发生反应，这些气体将在离开转化炉后进入到废热锅炉中，通过冷却系统使气体的温度得到降低，并在这一过程中得到进一步的反应，产生二氧化碳与氢气，然后产生反应的气体将会在温度降低后进入到PSA提纯设备内。在PSA处理提纯的环节将会对不同种类的气体进行吸附和提纯操作，将气体中的大部分杂质得以清除，使氢气的程度得到逐渐提升。在PSA提纯的过程中，要通过吸附剂的降压、逆放、升压等多项步骤使氢气的流量和压力趋于稳定，在这一过程中，氢气的产生和提纯都可以得到很好的保障，使氢气的回收率得到进一步提升。

4 结语

总的来说，天然气蒸汽转化制氢工艺所具备的特点使其在工业制氢中能够得到很好的应用，其所需要的原料和资金投入相对较低，操作过程也较为简便。在投入大范围使用的过程中，唯一需要注意的便是要严格按照相关的标准进行氢气的生产，也要保证整个装置在氢气生产的过程中可以保证其稳定性和安全性。