甲烷制氢计算说明书
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
析。利用计算得到燃气的低位热值、理论空气量、理论烟气量、标况密度、价格、单位热 值 价 格、单 位 热 值 所 需 理 论 空 气 量、
单位热值产生理论烟气量等,对规范建筑陶瓷生产过程能耗实时监控、能源优化调度、能耗数 据 管 理 等 具 有 一 定 的 借 鉴 和
指导作用。
关键词
燃气
燃烧
计算
分析
热值
· 46 ·
陶瓷
(综述) 2023 年 10 月
Ce
r
ami
c
s
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
张永伟
李
萍
艾冬华
袁钧宇
(新明珠集团股份有限公司
摘
要
梁益斌
郑锴杰
*
伍志良
广东 佛山 528099)
笔者介绍了甲烷与氢气混合燃烧的具体计算方法,对不同混合比的甲烷与氢气混合 燃 料 进 行 了 理 论 计 算 比 较 分
气压,天然气和氢气价格分别按 5 元/Nm3 和 1.
78 元/
Nm3 计算。具体情况如表 2 所示。
表 2 不同比例混合气的重要性能指标
组成成分
低位热值
百分量(% )
燃气
名称
H2 CH4
kJ
/Nm3
kJ
/kg
理论
理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
/Nm ) /Nm )
3
3
H2 -0 0
100 35816.
0.
089
3.
87 0.
1505
3.
55 0.
1535
3.
39 0.
1550
3.
甲烷蒸汽重整制氢转化率
甲烷蒸汽重整制氢转化率甲烷蒸汽重整制氢转化率是指在甲烷蒸汽重整反应中，甲烷的转化率以及生成的氢气的量与理论上可能生成氢气的量之间的比例。
甲烷蒸汽重整是一种重要的工业化学反应，被广泛应用于氢气生产、化工工艺和能源转换等领域。
在本文中，我们将讨论甲烷蒸汽重整制氢转化率的影响因素以及如何提高转化率的方法。
甲烷蒸汽重整制氢的反应方程式如下：CH4 + H2O → CO + 3H2首先，影响甲烷蒸汽重整制氢转化率的因素很多。
其中，反应温度是最为关键的参数之一。
适当的反应温度可以提高甲烷蒸汽重整的反应速率，从而提高制氢转化率。
通常，较高的反应温度可以增加反应活性，并加快甲烷分解和氢气生成的速度。
然而，过高的温度可能导致甲烷氧化反应的副反应，使得转化率下降。
因此，寻找适宜的反应温度是提高制氢转化率的关键。
其次，反应压力也是影响甲烷蒸汽重整制氢转化率的重要因素之一。
较高的反应压力可以提高氢气生成速率，从而增加制氢转化率。
这是因为较高的压力可以推动反应中的气体分子更紧密地接触，从而增加反应的碰撞频率。
然而，过高的压力也可能增加反应系统的复杂度和成本。
因此，选择适宜的反应压力是提高制氢转化率的另一个关键。
此外，催化剂的选择和催化剂的活性同样会对甲烷蒸汽重整制氢转化率产生重要影响。
常用的催化剂包括镍基、铑基和铂基催化剂。
这些催化剂具有良好的稳定性和高的催化活性，可以有效促进甲烷蒸汽重整反应的进行。
催化剂的选择和催化剂的活性与甲烷蒸汽重整的转化率密切相关。
为了提高甲烷蒸汽重整制氢转化率，可以采取以下方法。
首先，通过调节反应温度和反应压力来优化反应条件，找到适宜的操作参数。
其次，选择合适的催化剂，并对催化剂进行改进和优化，以提高其活性和稳定性。
此外，还可以将甲烷蒸汽重整与其他反应技术结合，如水煤气气化和煤直接液化等，以提高制氢转化率。
总之，甲烷蒸汽重整制氢转化率是影响氢气生产效率和工业生产成本的重要参数。
了解影响转化率的因素，并采取适当的方法进行优化，可以提高制氢转化率，提高氢气产率，从而促进可持续发展和能源转型。
制氢有关计算
第五章生产有关计算5.1 烃类蒸汽转化制氢的原料的选择适用于蒸汽转化的烃类原料大体分为气态和液态。
5.1.1 气态烃包括天然气、液化石油气和各种炼厂气天然气一般包括油田伴生气和气田气。
天然气主要成分是甲烷、乙烷、丙烷等低级烃类，含有一定的氮的二氧化碳等惰性气体和有害杂质硫化氢，其中气田天然气是以甲烷为主含微量杂质的气体。
液体石油气是由丙烷、丁烷为主要成分的烃类，来源有两种，一种是油田和天然气油伴生出来的天然液化气，另一种是炼油厂和石油化工厂生产的液化石油气。
炼厂气是指原油加工过程中副产的各种尾气，包括催化裂化气、焦化干气、热裂解气、高压加氢裂化尾气等，其组成变化较大，其中含有烯烃的炼厂气不宜直接应用，一般需经过环烷化或除掉烯烃才能做制氢原料。
而不含烯烃的加氢干气可以作为蒸汽转化制氢原料，但因为氧气含量一般＞60%故单位产氢率小。
5.2原料物料的计算5.2.1原料烃的虚拟分子式的计算烃类的虚拟分子式：因为烃类原料都是有多种有机物和一些杂质组成。
为了便于进行工艺的物料衡算，人们把烃类混合物用一种所谓虚拟分子式Cm Hn代替，即代表混合物一个分子所含碳原子的平均数，m为混合物一个分子所含的平均氢原子数，而分子量也即是混合物的一个分子的平均分子量，有了虚拟分子式后，对以后工艺的计算就简化，方便多了。
以加裂干气为例，求法如下：加裂干气的n, mn=∑C=∑ViCi=(17.87×1+2.03×2+4.58×3+5.46×4+2.23×4+0.417×5+0.13×5)÷100=0.6916m=∑Hi=(66.75×2+17.87×4+2.03×6+4.58×8+5.46×10+0.417×120.13×12) ÷100=3.373故加裂干气虚拟分子式为：C0.6916H3.3735.2.2 原料总碳：烃类混合物每一分子所含的碳元素的平均个数我们示例中加裂干气的总碳n=0.6916，因为加裂干气虚拟分子式为：C0.6916H3.373总碳∑C=n=0.69165.2.3 氢碳化H/C=m/n=3.373/0.6916=4.877加裂干气虚拟分子式为：C0.6916H3.373平均分子量M=0.6916×12.01+3.373×2.016/2=11.706总碳∑C=n=0.6916H/C=m/n=3.373/0.6916=5.4755.2.4 什么是绝对碳原（总碳）？碳原的定义是指100Nm3原料气中所含的烃类中的碳都折算成气态C1时所占有的体积立方米数，写作∑C ，也叫做总碳。
烃类水蒸气制氢产氢量计算
烃类水蒸气制氢产氢量计算
烃类水蒸气制氢是一种重要的化学反应，通常用于工业生产中。
在这个过程中，烃类化合物（比如甲烷、乙烷等）与水蒸气反应生
成氢气和二氧化碳。
这个反应的产氢量可以通过化学方程式来计算。
首先，我们要知道烃类水蒸气制氢的化学方程式。
以甲烷为例，其反应式为：
CH4 + H2O → CO + 3H2。
根据这个方程式，1摩尔的甲烷和2摩尔的水蒸气反应可以产
生1摩尔的氢气。
这是理论产氢量，但在实际生产中，会有一些因
素影响产氢量，比如反应条件、催化剂等。
要计算实际产氢量，需要知道反应中使用的烃类化合物和水蒸
气的摩尔量，然后根据化学方程式的摩尔比关系来计算产氢量。
另外，还需要考虑反应的转化率和选择性，这些可以通过实验来确定。
除了化学方程式和实验数据，还需要考虑反应的热力学参数，
比如反应焓变。
这些参数可以帮助我们更准确地计算产氢量。
总的来说，烃类水蒸气制氢的产氢量计算涉及到化学方程式、摩尔计算、实验数据和热力学参数等多个方面，需要综合考虑才能得出准确的结果。
甲烷制氢计算说明书
前言氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。
依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。
其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。
随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。
甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：（1）与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。
（2）与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。
（3）所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。
（4）可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。
对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。
本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。
目录1．设计任务书 (3)2．甲醇制氢工艺设计 (4)2.1 甲醇制氢工艺流程 (4)2.2 物料衡算 (4)2.3 热量衡算 (6)3．预热器设计 (9)3.1 工艺计算 (9)3.2 结构设计 (13)4．管道设计………………………………………....…5．自控设计………………………………………....…6．技术经济评价、环境评价………………………7．结束语………………………………………....……8．致谢………………………………………....………9．参考文献………………………………………....…附录：1.反应器装配图，零件图2.管道平面布置图3.设备平面布置图4.管道仪表流程图5.管道空视图6.单参数控制方案图1、设计任务书2、甲醇制氢工艺设计2.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图1－2。
甲烷制氢的气相色谱分析方法
甲烷制氢的气相色谱分析方法杭州捷岛科仪应用部贺志强目录一、摘要 (1)二、GC1690甲烷制氢专用分析仪外观图 (1)三、分析方案 (2)3.1、方法原理 (2)3.2、适用范围 (6)3.3、分析过程 (6)3.4、分析条件 (7)3.5、实验步骤 (9)3.6、典型谱图 (11)3.7、结论 (14)3.8、仪器配置清单 (14)一、摘要GC1690甲烷制氢专用分析仪是本公司自行设计研制的新一代高性能分析仪器，仪器具有可靠稳定的流路控制，高灵敏度的TCD 和FID检测器。
仪器定性、定量精度高，适用于甲烷制氢中原料天然气组分、中变气组分、转化气组分、解析尾气组分、混合气及高纯氢气里微量杂质的分析。
二、GC1690甲烷制氢专用分析仪外观图图1. GC1690甲烷制氢专用分析仪外观图（以实物为准）三、分析方案3.1、方法原理如图2和图3所示（阀V1），甲烷制氢-A、B、C、D、E（见表1）中的各组分分析采用GC1690甲烷制氢专用分析仪的热导池检测器（TCD），通过双柱切换将甲烷制氢-A、B、C、D、E的各组分依次分离，利用不同物质的特性不同从而产生不同的响应值，并被色谱工作站记录。
其中A和D（组分水忽略不计）中的各组分用面积校正归一法计算浓度，而B、C、E用面积外标法分析除了水之外的其他组分的的浓度，然后用差减法100%－浓度（非水组分），得出水分含量。
备注：E中组分只有水和甲烷时（阀V2,必须用标气3标定），porapak-Q柱分离甲烷和水效果理想，并且分离时间短，因此分析E 路组分时，可以用仪器的下阀系统通过峰面积外标法分析甲烷浓度，然后用差减法100%－浓度（甲烷%）=水的浓度（%），既是水分含量。
如图4和图5所示，甲烷制氢-高纯氢气中的各组分分析采用GC1690甲烷制氢专用分析仪的氢火焰离子化检测器（FID）（阀V3），通过双柱切换将甲烷制氢-高纯氢气的各组分依次分离，利用不同物质的特性不同从而产生不同的响应值，并被色谱工作站记录。
天然气制氢方案
天然气制氢方案1. 简介天然气作为一种清洁、高效、广泛应用的能源，其可持续利用的方式一直备受关注。
本文讨论了一种利用天然气制氢的方案，通过分析其原理、技术路线和应用前景，探讨了其在能源转型中的关键作用。
2. 原理天然气制氢是通过将天然气与水蒸气经过催化剂反应，产生含有氢气的气体。
该反应过程称为蒸汽重整反应。
天然气中的甲烷和水蒸气在高温条件下通过反应生成氢气和一氧化碳。
蒸汽重整反应的化学方程式如下所示：CH4 + H2O -> CO + 3H2可见，甲烷和水蒸气通过反应生成一氧化碳和氢气。
制氢反应需要适宜的温度和催化剂以保证反应的高效进行。
3. 技术路线天然气制氢主要有两种技术路线：蒸汽重整和部分氧化。
3.1 蒸汽重整蒸汽重整是目前最成熟的天然气制氢技术路线。
该路线通过直接将天然气和水蒸气经过催化剂反应，生成含有氢气的气体。
蒸汽重整技术路线具有操作稳定、氢气纯度高等优点，被广泛应用于工业生产和燃料电池等领域。
3.2 部分氧化部分氧化是另一种常见的天然气制氢技术路线，通过在天然气中加入氧气并经过催化剂反应，产生氢气和一氧化碳。
这种技术路线操作相对简单，但氢气纯度较低，需要进一步的纯化处理。
4. 应用前景天然气制氢方案在能源转型中具有重要作用。
4.1 温室气体减排天然气制氢是一种低碳能源生产方式，相较于传统煤炭和石油氢气生产方式，其减排潜力更大。
通过采用天然气制氢方案，可以有效减少CO2、SOX等温室气体的排放，为应对气候变化做出贡献。
4.2 新能源利用制氢技术对于新能源的利用具有重要意义。
利用可再生能源（如风能、太阳能等）产生电力，再通过电解水制氢，可实现清洁能源的转化储存。
天然气制氢方案在新能源开发和利用方面具有巨大潜力。
4.3 燃料电池应用天然气制氢方案与燃料电池技术相结合，可以实现高效的清洁能源利用。
燃料电池将氢气与氧气进行反应，产生电能和水，在交通、家庭和工业领域等多个领域具有广阔的应用前景。
一种甲烷水蒸气重整制氢的方法
一种甲烷水蒸气重整制氢的方法随着工业化进程的加速，能源的需求也日益增加。
而传统的石油、煤炭等化石能源产生的二氧化碳等温室气体对环境的影响越来越大，因此，寻找可替代化石能源的方法成为了当前的热点问题。
氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源，备受关注。
而甲烷水蒸气重整制氢技术是目前最为成熟、经济、实用的制氢技术之一。
甲烷水蒸气重整制氢技术是利用甲烷和水蒸气在高温下反应，生成一氧化碳和氢气的化学反应。
反应方程式如下：CH4 + H2O → CO + 3H2该反应需要高温和高压条件下进行，通常在800℃-1000℃的条件下，压力在1-3MPa之间。
反应的催化剂通常采用镍基催化剂，如Ni/Al2O3、Ni/CeO2等。
甲烷水蒸气重整制氢技术主要有以下几个步骤：1. 加热反应器和反应气体：将甲烷和水蒸气在反应器中进行混合，并加热到反应需要的温度。
2. 反应：加入催化剂，让甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应生成一氧化碳和氢气。
3. 分离：将反应产物进行分离，分离出氢气和一氧化碳。
4. 净化：将分离出的氢气进行净化，去除其中的杂质和一氧化碳。
5. 储存：将净化后的氢气进行储存，以备后续使用。
甲烷水蒸气重整制氢技术具有以下优点：1. 该技术可以利用天然气、煤炭等广泛存在的化石能源作为原料，具有较高的资源可持续性。
2. 该技术产生的氢气纯度高、稳定性好、成本低，可以满足不同领域的需求。
3. 该技术的反应产物一氧化碳可以用于生产合成气、甲醇等化工原料，具有较高的附加值。
然而，甲烷水蒸气重整制氢技术也存在一些问题：1. 反应需要高温和高压条件下进行，对反应器的材料和能源的消耗较大，影响了其经济性。
2. 该技术产生的一氧化碳是一种有毒有害的气体，需要进行处理和排放，对环境造成一定的影响。
3. 该技术需要催化剂的参与，催化剂的稳定性和寿命对反应效果有较大的影响，需要进行定期更换和维护。
总的来说，甲烷水蒸气重整制氢技术是一种成熟、经济、实用的制氢技术，具有广泛的应用前景。
甲烷裂解制氢 工艺流程
甲烷裂解制氢工艺流程英文回答:Methane cracking is a process used to produce hydrogen gas by breaking down methane molecules. It is a widely used method in industrial applications due to its highefficiency and low cost. The process involves heating methane to high temperatures, typically around 800-1000 degrees Celsius, in the presence of a catalyst such as nickel or platinum. This causes the methane molecules to break apart into hydrogen gas and carbon. The reaction can be represented by the following equation:CH4 → 2H2 + C.The hydrogen gas produced can then be used in various applications, such as fuel cells or as a feedstock for the production of ammonia or methanol. Methane cracking offers several advantages over other methods of hydrogen production. Firstly, methane is abundantly available andcan be sourced from natural gas reserves or biogas produced from organic waste. Secondly, the process is highly efficient, with a conversion rate of over 90%, meaning that a large amount of hydrogen can be produced from arelatively small amount of methane. Lastly, the carbon produced during the process can be captured and utilized in other applications, such as carbon black production or as a precursor for carbon fibers.However, there are also some challenges associated with methane cracking. One major challenge is the high energy requirement for heating the methane to the required temperatures. This can be mitigated by using advanced heating technologies, such as plasma or microwave heating, which can provide more efficient and precise heating. Another challenge is the potential for carbon deposition on the catalyst surface, which can reduce its activity and efficiency over time. This can be addressed by using catalysts with high resistance to carbon deposition or by periodically regenerating the catalyst surface. Additionally, methane cracking is a highly exothermic reaction, meaning that it releases a large amount of heat.This heat can be utilized for process integration, such as steam generation or power generation, to improve theoverall energy efficiency of the process.In conclusion, methane cracking is a promising method for hydrogen production due to its high efficiency, low cost, and abundance of methane feedstock. By addressing the challenges associated with the process, such as high energy requirements and carbon deposition, methane cracking can become an even more sustainable and economically viable method for hydrogen production.中文回答：甲烷裂解是一种通过分解甲烷分子来产生氢气的工艺。
甲烷热解制氢转化率_概述说明以及解释
甲烷热解制氢转化率概述说明以及解释1. 引言1.1 概述甲烷热解制氢转化率是指在甲烷热解反应中，将甲烷转化为氢气的效率。
这一过程被广泛用于能源领域，作为一种可持续发展和清洁能源的选择。
因此，了解和提高甲烷热解制氢转化率对于促进可持续能源发展具有重要意义。
1.2 文章结构本文将从概述、定义与原理、实验方法与技术、工业应用与前景展望以及结论几个方面来阐述甲烷热解制氢转化率的相关内容。
在概述部分，我们将介绍甲烷热解制氢转化率的重要性，并简要介绍文章结构。
1.3 目的本文旨在深入探讨甲烷热解制氢转化率的定义、原理、实验方法和技术，并分析其在工业应用中的前景。
我们还将总结当前对该过程的认识，并提出可能的改进方向和未来发展方向。
通过全面了解甲烷热解制氢转化率，可以为推动可持续能源发展和能源转型提供重要的理论和实践指导。
2. 甲烷热解制氢转化率的定义与原理2.1 甲烷热解反应概述甲烷热解是一种通过加热甲烷分子将其分解为氢气和碳的化学反应。
在这个过程中，高温条件下的催化剂通常被用来提高反应速率和转化率。
甲烷热解制氢转化率指的是在特定反应条件下，从甲烷中产生氢气的效率。
2.2 制氢转化率的定义与计算方法制氢转化率可以通过以下公式计算：制氢转化率(%) = (产生的H2量/ 输入的CH4量) ×100其中，产生的H2量是指在特定实验条件下从甲烷中生成的氢气量；输入的CH4量是指所添加到反应系统中的甲烷量。
2.3 影响甲烷热解制氢转化率的因素甲烷热解制氢转化率受到多个因素影响，包括但不限于以下几点：1) 温度：温度对于甲烷分解反应速率和选择性有着重要影响。
较高温度往往可以提高制氢转化率，但过高的温度会导致副反应的发生，降低制氢选择性。
2) 催化剂：选择合适的催化剂可以显著影响甲烷热解制氢转化率。
常见的催化剂包括镍、铁、钼等金属催化剂。
催化剂的活性和选择性对于反应效果至关重要。
3) 反应时间：反应时间是指在一定的反应条件下，甲烷进行热解反应所需要的时间。
甲烷裂解制氢 工艺流程
甲烷裂解制氢工艺流程英文回答：Methane cracking, also known as methane pyrolysis, is a process that involves breaking down methane (CH4) into hydrogen (H2) and solid carbon (C). This process is gaining attention as a potential method for hydrogen production due to its ability to utilize methane, a greenhouse gas, as a feedstock.The process of methane cracking involves several steps. Firstly, methane is heated to high temperatures, typically around 800-1000°C, in the presence of a catalyst. This catalyst helps to lower the activation energy required for the reaction to occur. The heat and catalyst cause the methane molecules to break apart, forming hydrogen gas and solid carbon.The reaction can be represented by the following equation:CH4 → 2H2 + C.The hydrogen gas produced can then be collected and used for various applications, such as fuel cells or industrial processes. The solid carbon, often referred to as carbon black, can also have commercial value and be used in industries such as rubber manufacturing or as a pigment in inks and paints.One of the advantages of methane cracking for hydrogen production is its potential for carbon capture and utilization. By capturing and utilizing the solid carbon produced during the process, it can help reduce carbon emissions and contribute to a more sustainable energy system.However, there are also challenges associated with methane cracking. One of the main challenges is the high energy input required to heat the methane to the necessary temperatures. This can make the process energy-intensive and potentially less efficient compared to other hydrogenproduction methods.In conclusion, methane cracking is a promising process for hydrogen production that involves breaking down methane into hydrogen and solid carbon. While it has the potential to utilize methane as a feedstock and contribute to carbon capture and utilization, it also faces challenges related to energy input. Further research and development are needed to optimize the process and make it more economically viable.中文回答：甲烷裂解，也称为甲烷热解，是一种将甲烷（CH4）分解为氢气（H2）和固体碳（C）的过程。
天然气制氢的原理
天然气制氢主要采用如下3种不同的化学处理过程。
(1)甲烷水蒸气重整（Steam Methance reforming,SMR）
水蒸气重整是甲烷和水蒸气吸热转化为H2和CO。
化学反应过程为：CH4+H2O+热→CO+3H2
反应所需热量由甲烷燃烧产生的热量来供应。
发生这个过程所需温度为700~850℃，反应产物为CO和H2气体，其中CO气体占总产物的12％左右；CO再通过水气转移反应进一步转化为CO2和H2，如化学反应过程。
（2）部分氧气（POX）
天然气部分氧化剂制氢过程就是通过甲烷与氧气的部分燃烧释放出CO和H2.化学反应过程为：CH4+1/2O2→CO+2H2+热
这个过程为放热反应，需要进过严密的设计，反应器不需要额外的供热源，反应器出口温度可以达到950~1100℃。
反应产生的CO再通过水气转移反应转化为H2。
自热重整过程产生的氢气需要经过净化处理，这大大增加了制氢的成本。
天然气裂解制氢
天然气裂解制氢1. 简介天然气裂解制氢是一种将天然气经过裂解反应获取氢气的技术。
天然气中的甲烷主要由碳和氢组成，通过裂解反应可以将甲烷分解为氢气和固体碳。
制氢是一项重要的工业过程，得到的氢气广泛应用于燃料电池、化学工业和冶金工业等领域。
2. 天然气裂解反应机理天然气裂解反应的机理是甲烷分解为氢气和固体碳。
反应的化学方程式如下：CH4 → H2 + C该反应需要高温和催化剂的存在。
通常使用镍、钼等金属作为催化剂。
3. 反应条件和工艺3.1 温度天然气裂解反应需要高温才能进行。
一般情况下，反应温度在800°C-1000°C之间。
高温有利于甲烷分解，但过高的温度会对反应设备和催化剂产生不利影响，因此需要在温度范围内进行适当调节。
3.2 压力天然气裂解反应通常在大气压下进行。
高压操作会增加设备的成本和能源消耗，因此在工业生产中一般选择大气压下进行。
3.3 催化剂催化剂在天然气裂解过程中起到重要的作用。
常用的催化剂包括镍、钼、铁等金属。
催化剂可以提高反应速率和产氢效率，同时还可抑制固体碳的生成。
3.4 应用天然气裂解制氢可以得到高纯度的氢气，广泛应用于多个领域：1.燃料电池：制氢后的氢气可用于提供燃料电池所需的燃料。
2.化学工业：氢气是合成氨、甲醇等化学物质的重要原料。
3.冶金工业：氢气可用于金属加氢脱氧、金属腐蚀防护等工艺。
4. 天然气裂解制氢的优缺点4.1 优点1.高纯度氢气产率高：天然气裂解制氢可以获得高纯度的氢气，适用于各种需求高纯度氢气的场合。
2.可持续发展：天然气是一种非常丰富的能源资源，在全球范围内广泛存在，裂解制氢可实现对天然气的高效利用。
4.2 缺点1.能耗较高：天然气裂解制氢需要高温和催化剂的存在，导致能耗较高。
2.CO2排放：天然气裂解会产生固体碳，固体碳的处理和回收会产生额外的能耗和环境负担。
5. 结论天然气裂解制氢是一种重要的氢气生产技术，能够提供高纯度的氢气。
甲烷临氧自热重整制氢法
甲烷临氧自热重整制氢法甲烷临氧自热重整制氢法是一种重要的制氢方法，通过对甲烷进行重整反应，可以高效地产生氢气。
本文将介绍甲烷临氧自热重整制氢法的原理、工艺以及应用领域。
一、原理甲烷临氧自热重整制氢法是通过甲烷和氧气的反应生成氢气的过程。
反应式如下：CH4 + O2 -> CO + 2H2甲烷和氧气在高温下发生反应，生成一氧化碳和氢气。
这个反应是一个放热反应，可以自行维持反应温度，因此被称为自热反应。
二、工艺甲烷临氧自热重整制氢法的工艺主要分为以下几个步骤：1. 原料准备：将纯净的甲烷和氧气作为原料进行准备。
甲烷可以从天然气中提取，氧气可以通过分离空气中的氧气获得。
2. 反应器设计：设计一个合适的反应器，通常采用管式反应器或催化剂床反应器。
反应器要能够提供足够的反应表面积，以促进反应的进行。
3. 反应条件控制：控制反应的温度、压力和物料的进料速率等参数，以保证反应的高效进行。
通常，反应温度在800-1000°C之间，压力在1-3MPa之间。
4. 产物分离：将反应产生的氢气和一氧化碳进行分离，通常采用冷凝和吸附等方法。
通过控制温度和压力，可以使氢气和一氧化碳在不同的条件下分离出来。
5. 氢气纯化：将分离出的氢气进行纯化处理，去除其中的杂质和残留的一氧化碳。
常用的纯化方法包括压力摩尔吸附和膜分离等技术。
三、应用领域甲烷临氧自热重整制氢法在工业领域有广泛的应用。
主要应用于以下几个方面：1. 氢能源：制氢是氢能源的重要环节，甲烷临氧自热重整制氢法可以高效地产生氢气，为氢能源的发展提供了可靠的技术支持。
2. 化工工业：氢气广泛用于化工工业中的氢化反应、还原反应等。
甲烷临氧自热重整制氢法可以为化工工业提供高纯度的氢气。
3. 燃料电池：氢气是燃料电池的重要燃料，甲烷临氧自热重整制氢法可以为燃料电池提供稳定的氢气供应。
4. 金属加工：氢气在金属加工中具有重要的应用，可以用于金属焊接、热处理等工艺。
甲烷热解产h2
甲烷热解是一种将甲烷分解为氢气和碳的过程。
在这个过程中，甲烷分子在高温下被分解成碳和氢，其中碳会以固体形式沉积在反应器底部，而氢则被收集起来。
甲烷热解的反应机理可以分为两个阶段。
首先，甲烷分子在高温下分解成碳和氢的中间产物，例如甲基自由基（CH3）和甲基氢自由基（CH3·）。
然后，这些中间产物会进一步分解，生成氢气和碳。
甲烷热解产氢的反应方程式如下：
CH4 + 2H2O →CO2 + 4H2
这个反应是可逆的，因此在实际应用中，通常需要控制反应条件，以使反应向正向进行，从而产生更多的氢气。
甲烷热解产氢的优点是可以实现高效、无污染的氢气生产，而且产生的碳材料可以用于制备石墨烯、碳纳米管等高附加值材料。
然而，甲烷热解产氢也存在一些挑战，例如反应条件较高、能耗较高等问题。
因此，目前研究人员正在探索新的催化剂、反应器设计等方面的创新，以提高甲烷热解产氢的效率和经济性。
甲烷reser制氢工艺简介
微米CaCO3
纳米CaCO3
Ni-催化剂 CaO-基吸附剂 吸附催化复合剂
吸附剂和催化剂混合
吸附催化复合剂
循环流化床制氢流程示意图
甲烷 ReSER 制氢工艺的应用领域
1、炼油工业； 2、化学工业； 3、氢能、燃料电池。
反应吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢 ReSER 工艺简介
吴素芳 浙江大学化工系
ReSER 制氢原理
Reactive Sorption Enhanced Reforming (ReSER)
CH4 H2O CO 3H2
SMR CO H2O CO2 H2
H298 206.2kJ / mol
(1)
H298 41.1kJ / mol
steam methane
desulfur
Reaction
T=550~650 ℃ H2 >95% P=0.1MPa CO<500ppm
S/C= 3-4
Fig.2
CO2<3%
regeneration T=750~800 ℃ P=0.1MPa CO2，CO，CH4
N2 PSA H2 >99.99%
工艺优点
(2)
CaO 为 CO2 反应吸附剂 勒夏特勒定理
ReSER CH4 2H2O CO2 4H2
H298 165.1kJ / mol
(3)
CaO CO2 CaCO3
H298 178.8kJ / mol
(4)
stream
甲烷水蒸汽重整工艺 （SMR）
Product H2
Combustion gas
3
Nature gas
甲烷裂解制氢工艺
甲烷裂解制氢工艺
甲烷裂解制氢工艺是一种将甲烷分解成氢气和固体碳的技术。
这种工艺可以在高温和高压的条件下进行，通常需要使用催化剂来促进反应。
甲烷裂解制氢工艺可以用于生产氢气，这是一种广泛应用于工业和能源生产的重要燃料。
此外，这种工艺还可以用于生产碳纳米管等碳材料，这些材料在电子、医疗和其他领域中也有广泛应用。
然而，甲烷裂解制氢工艺也存在一些挑战，例如反应条件的控制和催化剂的选择等。
因此，未来的研究将致力于优化工艺参数，提高反应效率和可持续性，以实现更高的经济效益和环境效益。
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前言氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。
依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。
其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。
随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。
甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：（1）与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。
（2）与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。
（3）所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。
（4）可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。
对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。
本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。
目录1．设计任务书 (3)2．甲醇制氢工艺设计 (4)2.1 甲醇制氢工艺流程 (4)2.2 物料衡算 (4)2.3 热量衡算 (6)3．预热器设计 (9)3.1 工艺计算 (9)3.2 结构设计 (13)4．管道设计………………………………………....…5．自控设计………………………………………....…6．技术经济评价、环境评价………………………7．结束语………………………………………....……8．致谢………………………………………....………9．参考文献………………………………………....…附录：1.反应器装配图，零件图2.管道平面布置图3.设备平面布置图4.管道仪表流程图5.管道空视图6.单参数控制方案图1、设计任务书2、甲醇制氢工艺设计2.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图1－2。
流程包括以下步骤：甲醇与水按配比1：1.5进入原料液储罐，通过计算泵进入换热器（E0101）预热，然后在汽化塔（T0101）汽化，在经过换热器(E0102)过热到反应温度进入转化器(R0101)，转化反应生成H 2、CO 2的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热(E0101)冷却，然后经水冷器(E0103)冷凝分离水和甲醇，这部分水和甲醇可以进入原料液储罐，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO 2，吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入PSA 装置进一步脱除分离残余的CO 2、CO 及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。
图1－2 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量2.2 物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CH 3OH →CO ↑+2H 2↑ （1-1） CO+H 2O →CO 2↑+ H 2↑ （1-2）CH 3OH 分解为CO 转化率99%,反应温度280℃,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol). 2、投料计算量代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为:CH 3OH →0.99CO ↑+1.98H 2↑+0.01 CH 3OH CO+0.99H 2O →0.99CO 2↑+ 1.99H 2+0.01CO 合并式(1-5),式(1-6)得到:CH 3OH+0.981 H 2O →0.981 CO 2↑+2.961 H 2↑+0.01 CH 3OH+0.0099 CO ↑ 氢气产量为: 3500m 3/h=156.25 kmol/h 甲醇投料量为: 156.25/2.9601ⅹ32=1689.132 kg/h 水投料量为: 1689.132/32ⅹ1.5ⅹ18=1425.205 kg/h3、原料液储槽(V0101)进: 甲醇1689.132 kg/h , 水 1425.205 kg/h 出: 甲醇1689.132 kg/h , 水1425.205 kg/h 4、换热器 (E0101),汽化塔(T0101),过热器(E0103) 没有物流变化. 5、转化器 (R0101)进 : 甲醇 1689.132kg/h , 水1425.205 kg/h , 总计3114.337 kg/h 出 : 生成 CO 2 1689.132/32ⅹ0.9801ⅹ44 =2276.338 kg/h H 2 1689.132/32ⅹ2.9601ⅹ2 =312.500kg/h CO 1689.132/32ⅹ0.0099ⅹ28 =14.632 kg/h 剩余甲醇 1689.132/32ⅹ0.01ⅹ32 =16.89132kg/h 剩余水 1425.205-1689.132/32ⅹ0.9801ⅹ18=493.976kg/h 总计 3114.337 kg/h 6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1．5MPa,其中CO 2的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25℃). 此时,每m 3 吸收液可溶解CO 211.77 m 3.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯 化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l 及表1—2。
解吸塔操作压力为0.1MPa, CO 2溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为: 11.77-2.32=9.450.4MPa 压力下 2co ρ=pM/RT=0.4⨯44/[0.0082⨯(273.15+25)]=7.20kg/ m 3CO 2体积量 V 2CO =2276.338/7.20=316.158m 3/h据此,所需吸收液量为 316.158/9.45=33.456 m 3/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为33.456 m3/h3⨯=100.368 m3/h可知系统压力降至0.1MPa时,析出CO2量为316.158m3/h=2276.338 kg/h.混合气体中的其他组分如氢气,CO以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算,在此,忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、PSA系统略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果,给出物料流程图及各节点的物料量,见图1一2.3.3 热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下，可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度·甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据·水的物性数据在很多手册中都可以得到，这里从略。
在本工艺过程中,要使甲醇水完全汽化,则其汽相分率必然是甲醇40%,水60%(mol)且已知操作压力为1.5MPa,设温度为T,根据汽液平衡关系有0.4p甲醇+0.6p水=1.5MPa初设T=170℃p甲醇=2.19MPa; p水=0.824 MPap总=1.3704<1.5 MPa再设T=175℃p甲醇=2.4MPa; p水=0.93 MPap总=1.51 MPa蒸气压与总压基本一致,可以认为操作压力为1.5MPa时,汽化塔塔顶温度为175℃. 2、转换器(R0101)两步反应的总反应热为49.66kJ/mol,于是,在转化器内需要供给热量为:Q反应=1689.132⨯0.99/32⨯1000⨯(-49.66)=-2.595*10^6 kJ/h此热量由导热油系统带来,反应温度为280℃,可以选用导热油温度为320℃,导热油温度降设定为5℃,从手册中查到导热油的物性参数,如比定压热容与温度的关系,可得:cæ320p =4.1868⨯0.68=2.85kJ/(kg·K), cæ300p=2.81kJ/(kg·K)取平均值 cp=2.83 kJ/(kg·K)则导热油用量 w=Q反应/(cp∆t)= 2.595*10^6/(2.83⨯5)=183400 kg/h3、过热器(E0102)甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175℃过热到280℃,此热量由导热油供给.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据,见表1-4. 气体升温所需热量为:Q=∑ c p m ∆t=(1.90⨯1689.132+4.82⨯1425.205) ⨯(280-175)=10.58⨯105kJ/h 导热油c p =2.826 kJ/(kg ·K), 于是其温降为:∆t=Q/(c P m)= 10.58⨯105/(2.826⨯183400)=2.04℃导热油出口温度为: 315-2.0=313.0℃ 4、汽化塔（TO101 )认为汽化塔仅有潜热变化。
175 ℃ 甲醇H = 727.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kg Q=1689.132⨯727.2+2031⨯1425.205=4.123⨯106 kJ/h以300℃导热油c p 计算 c p =2.76 kJ/(kg ·K)∆t=Q/(c P m)=4.123⨯106/(2.76⨯183400)=8.12℃则导热油出口温度 t 2=313.0-8.1=304.9℃导热油系统温差为∆T=320-304.9=15.1℃ 基本合适. 5、换热器（EO101)壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ℃ ）升至175 ℃ ，其比热容数据也可以从手册中得到，表1 一5 列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。
液体混合物升温所需热量Q=∑ c p m ∆t=(1689.132⨯3.14+1425.205⨯4.30) ⨯(175-25)=17.15⨯105kJ/h 管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为： c 2pco ≈10.47 kJ/(kg ·K)c 2pH ≈14.65 kJ/(kg ·K)c pco ≈4.19 kJ/(kg ·K)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：∆t=Q/(cPm)=17.15⨯105/(10.47⨯2276.338+14.65⨯341.116+4.19⨯539.210)=56.3℃换热器出口温度为 280-56.3=223.7℃ 6、冷凝器（EO103)在E0103 中包含两方面的变化：①CO 2, CO, H 2的冷却以及②CH 3OH , H 2O 的冷却和冷凝.①CO2, CO, H2的冷却Q=∑cpm∆t=(10.47⨯2276.338+14.65⨯312.5) ⨯(223.7-40)=5.219⨯106kJ/h②CH3OH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。