天然气制氢设备

1.天然气制氢原理

    天然气制氢工艺的原理就是先对天然气进行预处理，然后在转化炉中将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程，这一工艺技术的基础是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。在变换塔中，在催化剂存在的条件下，控制反应温度，转化气中的一氧化碳和水反应，生成氢气和二氧化碳。

天然气中的烷烃在适当的压力和温度下，就会发生一系列化学反应生成转化气，转化气再经过热换、冷凝等过程，使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的 PAS 装置后，一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附，氢气送往用气单位，吸附了杂质的吸附剂，经解吸后，解析气可送往变换炉作为燃料，吸附剂也完成再生。

其主要反应式如下 ：

天然气和水在 800~900℃高温和氧化镍催化剂的条件下反应生成一氧化碳和氢气。

反应式为 ：CH4+H2O → CO+H2-Q

一氧化碳和水在 300-400℃条件下和三氧化二铁催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气。

反应式为 ： CO+H2O → CO2+H2+Q

另外，在制取过程相关的技术指标要求如下：

压力一般在 1.5~2.5 MPa，天然气单耗为 0.4~0.5 m3/m3氢气 ；运行时间 ：>8000h ；工业规模 ：100 m3/h~100000 m3/h。

2.天然气制氢流程               

天然气的制取氢流程主要包括四个 ：原料气预处理、天然气蒸汽转化、一氧化碳变换、氢气提纯。

首先是原料预处理步骤，这里的预处理主要指的就是原料气的脱硫，实际工艺运行当中一般采用天然气钴钼加氢串联氧化锌作为脱硫剂将天然气中的有机硫转化为无机硫再进行去除。这里处理的原料天然气的流量较大，所以可采用压力较高的天然气气源或者在选择天然气压缩机的时候考虑较大的余量。

其次就是进行天然气蒸汽转化的步骤，在转化炉中采用镍系催化剂，将天然气中的烷烃转化成为主要成分是一氧化碳和氢气的原料气。

然后就是一氧化碳变换，使其在催化剂存在的条件下和水蒸气发生反应，从而生成氢气和二氧化碳，得到主要成分是氢气和二氧化碳的变换气。根据变换温度的不同可以将一氧化碳的变换工艺分为两种 ：中温变换、高温变换。其中高温变换的温度大概在 360℃左右，中温变换的工艺大概在320℃左右。随着技术对策发展，近年来开始采用一氧化碳高温变换加低温变换的两段工艺设置，这样可以近一步节省对资源的消耗，但对于转化气中一氧化碳含量不高的情况，可只采用中温变换。

最后一个步骤就是提纯氢气，现在最常用的一种氢气提纯系统就是 PAS 系统，又叫变压吸附净化分离系统，这种系统能耗低、流程简单、制取氢气的纯度较高，最高时氢气的纯度可达 99.99%。