化石燃料制氢

产氢bet雷竞技 如bet雷竞技 、液态碳氢化合物、煤、焦油和石油焦都是成熟的工业流程。主要反应机理如图5所示。氢的生产规模非常大，主要用于氨和氢

乙醇合成和hydrogénation以及炼油和石油化工中的脱硫。

9.2.1蒸汽/烃重整

蒸汽和碳氢化合物(通常是天然气)的预热混合物通过含有镍基催化剂的管道，这些催化剂主要通过辐射传热在熔炉中加热。典型的条件是30巴压力，蒸汽碳比为3:1，管道出口温度约为900°C。反应产物主要是CO和H2以及蒸汽、CO2和少量未转化的甲烷。混合气体通过废热锅炉，将气体冷却到约350°C至400°C。然后这些气体通过一个催化反应器，在那里转换反应将CO和蒸汽转化为CO2和H2。气体冷却，H2在变压吸附器(PSA)中分离。在氢气净化之前，可以使用胺擦洗系统或更复杂的PSA系统将二氧化碳分离，该系统可以产生纯二氧化碳、纯H2和废气流。氢气纯度可达>99.99%，原料气回收率可达90%。从原料气中回收的CO2将达到>95%。的垃圾燃烧从炉中出来的产品，在大约1000°C的温度下，通过对流换热段，在那里它们被用来预热重整进料并产生蒸汽。该系统的缺点是，由PSA废气和额外的天然气作为燃料产生的炉膛废气中含有二氧化碳，需要在使用单独的胺擦洗装置排放到大气中之前去除二氧化碳。

蒸汽催化重整 天然气和轻烃	Ch4 + h2o ^ co + 3h2 + ah co + h2o ^ h2 + co2 - ah
部分氧化-非催化 任何碳氢化合物或碳质原料	C + y2O2 ^ CO - AH CO + H2O ^ CO2 + H2 - AH
热分解 仅在炭黑生产中作为副产物有限应用	Ch4 ^ 2h2 + c + ah

图5所示。产氢反应

图5所示。产氢反应

天然气氧气

蒸汽

图6所示。自热式改革者

痘的催化剂

图6所示。自热式改革者

9.2.2自热重整

自热重整过程(ATR，图6)是一个封闭系统，其中碳氢燃料在放热过程中被部分氧化，燃烧器中的纯氧将部分碳氢燃料转化为CO和H2。高温气体然后通过镍基催化剂床层，在那里发生吸热蒸汽/烃类重整反应，将大部分剩余的烃类转化为CO和H2。下游装置与蒸汽烃类重整装置相同。封闭系统的优点是它允许所有的CO2从高压产物气流中以高分压被去除。反应器出口条件通常为1000°C和30巴压力。ATR可以扩展到非常大的尺寸。它目前被用于生产(CO +2H2)合成气，用于在卡塔尔为Oryx项目(SASOL/科威特石油公司)建造的新的Fischer - Tropsch碳氢化合物合成工厂。

9.2.3部分氧化(图7)

一些碳氢化合物原料，如煤、沥青或石油焦太脏，不能用于催化系统。部分氧化过程(POX)在耐火内衬反应器中进行，使用纯O2燃烧器，反应温度约为1500℃，压力通常为40至70巴。除去灰分，然后进行移位转换，然后进行CO2/H2S选择性分离，以产生可进一步提纯的粗H2流

图8所示。对流改革者

POX蒸汽重整(放热)(吸热)

图8所示。在PSA装置中改造的对流重整器。部分氧化反应器中产生的高温气体要么直接与水接触淬火，要么通过废热锅炉进行有效的热回收。有许多部分氧化过程可用。

9.2.4热集成—对流重整器(图8)

来自POX反应器或ATR反应器的高温富H2 + CO产物气可作为管状蒸汽/烃催化重整器的加热介质，以取代辐射加热介质热转移从一次性手机。这大大提高了氨(ref)和甲醇(ref)的工艺和系统的总体热效率。

9.2.5多通道板翅式制氢装置

已经有许多小型工厂设计用于生产氢气用于燃料电池电力系统，或用于发电或作为纯燃料氢供应用于演示燃料电池驱动的汽车加油系统。其中最有趣的一个是由Heatric (ref)提出的，它基于由蚀刻通道组成的高温扩散键合换热器的使用。该工艺基于蒸汽/天然气重整，在热交换器进料通道中插入催化剂，在这里进行吸热蒸汽-甲烷重整反应，在交替填充催化剂的通道中，燃料气体与空气进行放热催化燃烧(图9)。热交换块的其他部分用于蒸汽生产、转移反应、天然气净化和热回收。粗制氢气流可在小型PSA装置中进行提纯。

板上有化学蚀刻的通道，然后堆叠，然后扩散粘合

在扩散粘结过程中，板材之间发生晶粒生长

催化剂可以是表面涂层或多孔插入物。

需要匹配热释放速率与蒸汽烃重整速率有关。

非常紧凑和潜在的低成本系统

图9所示。板翅式重整炉氢气的生产

使用ITM膜系统将氧气扩散到H2/CO气体发生反应器ITM合成气

-化学势驱动

-甲烷部分氧化

合成气

天然气

»甲烷

ITM陶瓷，^膜

水力合成<

图10所示。氢生产使用离子运输膜

天然气

»甲烷

ITM陶瓷，^膜

9.2.6离子转运膜制氢

某些混合金属氧化物可用于制造陶瓷膜，这种膜具有在700°C以上同时扩散O2-离子和电子的能力。氧离子形成在表面上的空气供给和电子通过反电流通过陶瓷从另一个表面，氧离子离开作为氧分子。当氧离子转运膜上的氧分压存在差异时，氧离子转运膜就会扩散氧气。如果将o2离子转运膜置于预热的天然气和蒸汽流中，在催化剂存在的情况下，扩散的氧气将在放热燃烧反应中消耗，释放的热量用于吸热蒸汽-天然气重整反应。该系统实际上是一个内部产氧的自热重整器。该系统目前正在由空气产品公司领导的一个联盟进行开发。

9.2.7吸附增强反应(图11)

催化过程中氢气的生产可以通过使用高温吸附剂(如改性水滑石)吸附从反应体系中同时去除CO2(参考文献)。结合反应和二氧化碳吸附可用于同时生产基本纯H2和纯CO2。该工艺正在开发中，在一个多层高温高压摆动系统中进行。

9.2.8膜式氢重整器(图11)

通过将H2扩散膜引入重整催化剂管，可以实现蒸汽/烃类重整或转移反应的类似增强，以便在较低的分压下将产生的氢作为纯产物连续去除。扩散过程可以通过使用扫气(如蒸汽)来辅助，以降低膜下游的氢分压。薄膜的首选材料是在多孔陶瓷或不锈钢载体上沉积的薄钯和银合金。许多国家正在开发系统。雷竞技手机版app

继续阅读:氢气供应链图

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