学文网摘 要：氢气在我国多个工业领域内应用广泛，具有密度小，能量高的特点，是未来的新型高能燃料之一，发展前景看好。制氢气的工业方法有许多，如热化学热分解光催化等多种。然而通过甲醇的分解转化制氢气是当前比较成熟和规模较大的一种，本文就结合笔者工作经验围绕着甲醇分解转化制氢气和变压吸附提纯制氢气两种方法浅谈制氢工艺。
关键词：甲醇转化 制氢工艺 问题探讨
氢气在我国多个工业领域内应用广泛，具有密度小，能量高的特点，是未来的新型高能燃料之一，发展前景看好。制氢气的工业方法有许多，如热化学热分解光催化等多种。然而通过甲醇的分解转化制氢气是当前比较成熟和规模较大的一种，下面就结合笔者工作经验围绕着甲醇分解转化制氢气和变压吸附提纯制氢气两种方法浅谈制氢工艺。
一、甲醇转化制氢气的优势阐述
1.甲醇转化制氢气的优势之一是工业项目所需的投资不大，而其间的能耗也不高。天然气等烃类的水蒸汽转化为氢，一般要在高温的条件下进行，所需的加热炉的反应管要使用耐热合金制造，除此之外，还要注意对蒸汽和燃烧空气的预热转化，要注意氢气纯化所使用的热源情况；而通过利用水煤气中变来制造氢气一般要在四百摄氏度至五百摄氏度的高温下进行，而且还须脱硫净化工艺的处理，其间仍要注意副产蒸汽的回收，所以问题多多。而相比来讲，通过甲醇转化制氢气，需要的温度要低许多，一般在二百五十摄氏度至三百摄氏度之间，它不需要注意副蒸气的收集，不需要考虑废热的回收利用。甲醇转化制氢气所用燃料成本不贵，和相同规模的制氢工业设备相比，投资较小，收报较高。
2.甲醇转化制氢气的优势之二是所需原料容易取得。作为制造氢气的原料甲醇来讲，其产品质量较好，而成本轻低，使用范围很广，极易取得。因为甲醇原料广，据有关部门统计来看，最近几年，我国的甲醇产量极速上升，速度明显。二千年时还仅为一百九十八万吨，而至笔者截稿，已到一千五百余万吨。由于甲醇原料的纯度高，不用经过脱硫、脱焦油等预处理流程；因此，其生产流程的腐蚀性低，对于设备的影响不大而且要求也低，操作便捷。使用变压吸附制氢产品质量比较好。氢气中的主要杂质除少量惰性气体外，主要是氧气，对于催化加氢生产来讲，由于催化剂主要以还原态存在，所以少量的氧经富集后，除对催化剂本身有不良反应外，随着氧含量的逐渐增高，系统不安全性逐渐增大，需不断排空以降低氧含量，加大了氢气的损耗。甲醇裂解一变压吸附制氢，氢气的纯度几乎可达百分之百。少量杂质主要是二氧化碳与一氧化碳，这些杂质不会对加氢反应和系统安全产生破坏和威胁。
3.甲醇转化制氢气的优势之三是工艺技术比较成熟，其操作流程十分简单。通过甲醇裂解制氢工艺，获取过热蒸汽运用导热油系统，因为甲醇裂解气采用低温裂解，裂解气中不含有附产物，如甲烷、二甲醚和甲酸甲酯等，且过程无污染，可用于燃烧加热导热油，进一步提高了能源的利用，同时还达到了废气无污染排放的目标。除此以外，变压吸附提氢程控阀具有良好的密闭性能快速的启闭速度和调节能力外，还能在频繁动作下，长期可靠运行。由于装置自动化程度高，运行可靠因此装置设置一名操作人员即可保证装置正常运转，从而降低运行费用和生产成本。
4.甲醇转化制氢气的优势之四是甲醇制氢操作灵活，易于控制。如果对于氢气的纯度要求较高，但对氢气的用量不太大，那么在缺乏廉价烃来源的地区或甲醇便宜宜得的地区，通过甲醇制氢工艺比较方便合理。并且操作时灵活多样，工艺流程易于控制。联系相关产业的配置，在气源廉价可得，生产规模较大的情况下，采用其它制氢方法更为经济。
二、甲醇转化制造氢气工艺原理
甲醇裂解制氢的反应原理是甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳。这是一个多组分、多反应的气固催化反应系统转化反应的同时伴随有副产物一氧化碳生成，经过对反应热力学和反应机理的研究，结果表明该转化反应是由两步反应完成的，即甲醇裂解反应和一氧化碳变换反应。甲醇水蒸气转化反应为吸热反应。为节约能耗和物耗，需保证反应在高单程转化率和高选择性下进行，所以一般控制反应温度应高于二百三十摄氏度，而反应的高选择性是由高选择性的专用催化剂和操作工艺参数决定的。
甲醇水蒸汽转化反应为分子增加的反应，一般情况下加压不利于转化反应的正方向进行由于变压吸附技术和后续用户对氢气压力要求，为节约气体压缩流程的电耗，转化气一般可在零点七至二点五兆帕之间，没有参与反应的甲醇经冷却冷凝后部分随反应转化带出，利用甲醇和水的混和液进行水洗回收其中的甲醇，降低原料甲醇的消耗，又可以提高氢气的回收率。
三、改造甲醇合成锻工艺，将制氢驰放气回收方案
本装置采用变压吸附技术（简称PSA）将甲醇驰放气的组份进行分离，最终产品是纯度为96.5%的氢气以其它如富氮气和富碳气等所体。
1.工艺技术分析
从甲醇合成来的压力5.8MPa（G），温度≤40℃的弛放气由管道自界区外送入界内，首先经过调节阀减压到2.4 MPa （G）， 然后进入一台气液分离器，将其中的游离液态物分离，再从变压吸附提氢装置吸附塔中一台正处于吸附的吸附塔底部进入，从吸附塔顶出来纯度为96.5%的氢气到后；顺放二、逆放和冲洗出来的解吸气到后工序，顺放三的富氮气到燃气管网。本装置的整个生产过程（吸附与再生）工艺切换过程均通过程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。这样可以将甲醇合成工艺中多余的驰放气回收利用。
2.工艺程序阐述
由于PSA为该装置的关键工序，其步序复杂，现以吸附塔T0101A为例描述主流程的整个工艺步序过程。该流程共有十一步，分别是：吸附、一均降压、二均降压、三均降压、顺放一至三、逆放、冲洗、三均升压、二均升压、一均升压。通过三次均压升压过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。这时打开程控阀KV205A和调节阀HV201，用产品氢气将吸附塔T0101A压力升至吸附压力。经这一过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。从工艺步序表可以看到： PSA氢提纯部分的六台吸附塔的工艺步序是完全相同的，只是在各步序的运行时间上依次错开一个吸附时间，这样就实现了始终有一塔处于吸附状态，另外五塔分别处于不同的再生状态，保证了原料气的连续分离与提纯。在原料气组分和温度一定的情况下应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、降低产品纯度，从而提高氢气回收率，提高装置的经济效益。
四、结束语
笔者论述了甲醇制氢的优点，甲醇制氢的工艺原理和变压吸附提纯的工艺流程。经过研究可以明显看到，通过甲醇的转化制氢其成本较低、氢气的纯度较高，且整个工艺流程中的操作相对简便，自动化程度较高，可以说是当前最有效的制氢工艺。希望本文笔者的阐述能为制氢工艺的发展起到积极推动作用。
参考文献
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