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天然气氢气生成过程在合金工业中的应用

2016-06-29 09:19:08

氢气从天然气在合金工业中的应用

由吴芳夫人

吴女士是上海华西化工科学副经理& Technology Co. Ltd.

1.  Preface

     天然气是质量和清洁的行业能源。中国拥有丰富的天然气资源。随着现代化的推动和石油能源短缺,我国对开发基础设施的高度重视,以便更好地利用天然气能量。西部东燃气传动项目的完成为天然气的广泛应用提供了完美的条件。

2.  氢气生成方法和替代品

     有很多方法可以生产氢气,例如水电解,轻质烃和煤蒸汽重整,甲醇裂化,氨分解等。适当的发电方法应基于综合考虑本地资源条件,施工规模和投资预算。

      一般来说,轻质烃蒸汽重整氢生成需要巨大的投资。因此,它是用于中大规模生产氢的合适的选择。这种氢生产成本约为每纳米0.8-2 cny3基于生产过程中使用的不同原料。干燥气体和石脑油均为油炼油和石油工业中的碳氢化合物副产品,因此,广泛使用轻质烃蒸汽重整氢生成过程。天然气主要含有甲烷,因此是该一代工艺的完美原料。

     拥有长制造工艺,巨大的投资和单位面积,煤蒸汽重整过程产生氢气适用于中型或大规模的氢气生产。由于煤矿化能结构,我国可以提供煤炭产品的竞争性价格。该氢气工艺的生产成本0.6-1.3CNE / nm3。煤蒸汽重整氢气发电方法主要用于化工工业,制造合成氨和甲醇。

     甲醇裂化和氨分解的氢生成方法都具有相对小的投资。但是,生产成本约为每纳米2.7cny3。由于资源限制和轻微的使用量表,这两种一代方法主要用于精细化学品行业和制药行业。

     水电解氢生成过程具有小的投资,但高生产成本:每纳米约3-5cny3。它主要用于电流资源面积,如电子工业,合金工业和军事业。

     随着我国西部东燃气传输项目的全面完成,天然气覆盖比以往更多的地区。作为更好的质量,更清晰,经济的气体,NG已成为氢气发电生产原料的首选。特别是,随着小型化的氢气生成过程发展更加成熟,400-3000nm3/ H级氢收发电技术可能是制药,合金和精细化学品等行业中甲醇裂化和水电解氢生成方法的完美取代。在这是正确的,ZCC(朱州泥土金属集团有限公司),经过近一年的研究,调查和研究,决定使用1500nm3/ H天然气氢气生成单位作为前一种水电解氢生成单元的替代方案,供应氢气的植物合金生产。由于合金工业应用中的天然气氢生成的实例不足,应采取进一步的研究和研究来阐明氢质量对合金生产的影响。

3.  从天然气生产氢气的过程

     自第20世纪60年代首次进入运作以来,国内轻质碳氢化合物蒸汽重整氢发电技术取得了突出的进展。特别是近年来,随着石油和化学工业的快速发展,经过介绍,消化,吸收和学习国际先进技术,我国的蒸汽改造和PSA的整体技术(压力摆幅)已达到甚至超过国际高级标准。所有设备,设备和催化剂都可以在中国制造。我们的氢气发电装置是可靠的,操作易操作。原料和燃料的单位消耗和其他主要指数取得了国际先进水平。

3.1  天然气的精炼

     在反应过程中,由于危险杂质,换档催化剂非常容易失去活性。因此,严格对原料杂质含量的需求。通常,精炼后的原料气体应含有小于0.2ppm的硫和小于0.5ppm的氯。由于含有天然气的少量硫,必须首先进行脱硫过程。在NG中有两种形式的硫,有机硫和无机硫。因此,有机硫应转化为无机硫,然后可以使用氧化锌来脱硫气体。

基本化学方程如下:

巯基:     RSH+H2→R.H + H.2S

硫醚:     R1SR.2+2H2→R.1H + R.2H + H.2S

DMDS:      R1SSR.2+3H2→R.1H + R.2H+2H2S

Thiofuran:     C4H4S+4H2→C. 4H10+ H.2S

氧气硫化物:   COS+H2→C. O + H2S

二硫化碳:   CS2+4H2→C. h.4+2H2S

zno(solid)+ h2s = zns(solid)+ h2O 何 298 = -76.62kj / mol

3.2  天然气的蒸汽重整

     在精炼后,将天然气与蒸汽混合在某些水 - 碳比下。在预热蒸汽甲烷重整器中,混合物进入散热器部分。借助催化剂,发生了复杂的蒸汽重整反应,产生氢气,甲烷,一氧化碳,二氧化碳和水的平衡混合物。主要反应如下:

CH.4+ H.2O = CO + 3H2                 

CO.+3H2= CH.4+ H.2O     298 = -206kj / mol    

CO. + H.2o = CO.2+ H.2    298 = -41kj / mol     

天然气主要含有甲烷,具有相对容易的蒸汽重整过程。终极成果组件来自等式  .

     天然气蒸汽重整是一种体积增加和强烈的吸热反应。因此,低压,高温和高水 - 碳比所有有助于完成上述反应。反应期间所需的热量由蒸汽 - 甲烷重整器顶部的气体喷嘴提供。走出改革者,热改革气体正在经过蒸汽发生器进行热交换。然后,冷却气体将进入换档部分。

3.3  Shift Reaction

     然后重整气体进入换档反应器,在催化剂的帮助下进行反应。这 chemical equations are as follows:

CO. + H.2o = CO.2+ H.2 298 = -41.4kj / mol

     同时,应采取措施降低一氧化碳含量,以连续产生氢。在介质换热气体回收偏热过程中,它进入冷却器并进行水分离。然后,气体进入PSA单元。

3.4  PSA净化过程

     自20世纪60年代美国UCC制造的四床单元的工业化PSA(压力摆幅)净化过程,许多公司开发了多床(5床,10床或12张)的工业单位。同时,在计划控制方面取得了改进。这些改进和更新极大地促进了氢回收率,操作可靠性和灵活性。

     自从我国PSA进程的初步研究以来已经通过了二十年。我们在吸附剂的研究和制造,过程技术和方案控制方面取得了巨大进展。许多PSA氢恢复单元已经建立在石化植物和炼油厂植物中。

     冷却和水分离过程后,换档气体进入PSA单元。在那里,所有杂质(CH4CO.CO.2H2o)但氢吸附,因此纯化气体。吸附后,通过减少压力并扫床,吸附剂可以给予再生一次,并在增加压力后再次吸附 以上过程是由编程控制系统监视的自动循环操作。在满足用户的纯度需求之后,天然气将仅离开工艺单元。

4.  合金工艺影响的氢气质量

     从天然气产生氢的过程主要由两个步骤组成。第一步是将天然气转化为产品气体。第二步是PSA(压力波浪吸附)纯化过程。通过PSA单元调节氢产品的纯度水平并最终保证。 PSA过程是自30年前第一工业运营以来的新开发的气体分离和净化技术。然而,现在在许多领域中非常受欢迎,例如石化工业,合金工业,轻工业和甚至环保边境。

     吸附是指化学或物理吸引过程,其具有较低密度的某种物质的颗粒在具有相对高密度的材料表面上积聚。吸附剂称为吸附剂的材料(通常以多孔固体的形式,具有相对较高的物质密度)。吸附的物质称为吸附物(通常以液体或气体的形式,密度相对较低)。吸附剂的两个基本物理素质对PSA工艺有很大贡献:首先,吸附能力随着组件的变化而不同。其次,吸附能力与吸附的部分压力反向摇摆。第一质量通过预先吸附某些组分,有助于净化过程。后一种质量有助于通过在低温下进行吸附来保持连续的气体分离过程&高压状态和高温解吸&低压状态。

     除了氢气(h2),一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2),甲烷(CH4),氮气(n2)蒸发的水(h2o)也是整个过程中天然气的主要成分。为了获得顶部纯度的氢,必须进行吸附过程以消除上述文本中提到的这些杂质。根据PSA的操作经验,产生顶部纯化的氢气并不难。与水电解生成方法相比,该过程中唯一的问题是CO,CO的杂质2,CH.4 and N2。这些杂质对合金生产过程的实际影响是什么?问题仍然是进一步的探索。

     氢气在合金生产过程中作为保护气体,提供脱氧气氛。因此,应采取措施来消除氧化H.2O.该要求与水电解生成过程相同。更重要的是,在合金生产过程中碳含量的控制也重要。尽管在天然气重整生成过程中含碳杂质可忽略不计,但由于这些新的共同体,原始平衡仍然是不可避免的。因此,应及时调整在整个过程中连接到所有相对链。保持氢产物中含有的杂质的相对平衡至关重要。

5.    非水电解氢气产量在合金工业中的应用

     相对来说,天然气蒸汽重整技术是氢生成过程家族中的一个新成员。特别是,合金行业中只有一些现有的例子。然而,在该行业中,其他氢气生成方法的应用是很常见的。例如,在冶金工业中,由焦炉(COG)产生的纯化氢气是硅钢和冷轧钢板生产线的保护气体。由甲醇裂化或氨分解产生的氢作为合金生产中的保护气体。尽管这些方法无论是在工艺还是原料中都有所不同,但它们都采用PSA工艺净化氢并保证质量。练习经验反复证明这些少量杂质,包括CO,CO2,CH.4,n2,对生产没有负面影响。

6.    Conclusion

     作为一种质量和清洁的氢气发电能源,天然气享有零环境污染的产量较低。以ZCC为例,替代水电解过程到天然气过程中的替代方案有助于每年为公司削减超过1000万元人民币的支出。天然气氢气生成过程在经济和环境方面有助于减少绿色房屋气体排放的方式。因此,应采取进一步的研究和探索天然气蒸汽改造氢气的理论和过程,以剧烈促进其在合金工业中的应用。