制氢工艺技术
煤制氢工艺原理
煤制氢工艺原理
氢气是一种极其重要而又稀缺的能源，被广泛用于各个领域。
在有限的自然资源的情况下，如何以更为可持续的方式生产氢气，以满足社会对氢气的日益增长的需求，是当今能源工业的主要课题。
近年来，煤制氢技术受到了越来越多的关注，它不仅可以满足社会对氢气的需求，而且具有较低的成本、较高的氢气得率和可再生性等优点，成为了能源工业发展的新热点。
煤制氢是一种以煤为原料，通过化学反应将碳形成氢气的工艺，其主要包括4个步骤：煤给料、气化反应、过滤及蒸汽改质等。
1、煤给料：给料是煤制氢工艺的第一步，主要是将煤粉熔炼成小圆球状，并进一步粉碎至指定的微细度，这样可以有效解决气化反应的流动问题，高气化反应效率，降低气体损耗。
2、气化反应：化反应是煤制氢工艺的核心部分，其主要是将碳和水结合，通过高温（600~800℃）和高压（5~25MPa）的复合环境进行气化反应，产生氢气和二氧化碳，其反应方程式：C + H2O= CO+ H2。
3、过滤：化反应产生的气体经过凝析和过滤处理后，将氢气分离出来。
4、蒸汽改质：过过滤的氢气，其含水率还是较高，因此，需要进行蒸汽改质，通过蒸汽干燥的方式，将氢气中的水分去除，从而获得纯度较高的氢气。
煤制氢工艺作为一种新兴的能源技术，具有可再生性和较低的成本等优点，在未来将可望成为氢能源的主要来源。
但是，这项技术也
存在着许多缺陷，如生产低纯度氢气，氢气含水率高和产生大量的固体废弃物等，其中一些问题需要通过科学实验和研究来解决。
因此，煤制氢技术的开发和应用，需要加大科研力量，推动其建立完善的技术系统，实现可持续发展，以保障能源安全。
制氢工艺技术标准有哪些
制氢工艺技术标准有哪些制氢工艺技术标准主要涵盖氢气的产生、纯化、储存、输送等方面的要求，以确保氢气的质量、安全和环境可持续性。
以下是一些制氢工艺技术标准的要点：1. 产生氢气的工艺标准：- 电解法：规定电解槽的设计要求、电流密度、电解液配方、电极材料等；- 碱金属法：规定金属反应器的设计参数、金属与水反应的条件、产氢速率等；- 热解法：规定热解装置的温度、压力、反应物料及其比例等；- 生物法：规定采用生物细胞进行产氢的条件、储氢配置等；2. 氢气纯化的工艺标准：- 吸附法：规定吸附剂的种类、载体选择、吸附温度、压力等；- 膜法：规定膜材料的选择、工作温度、压力差、膜通量等； - 胶体沉淀法：规定使用的沉淀剂、沉淀温度、PH 值等；- 催化法：规定催化剂的种类、催化温度、反应速率等；3. 氢气储存和输送的工艺标准：- 压缩储氢：规定储氢设备的设计压力、温度、储氢容量、压缩机选型等；- 液化储氢：规定液化氢气的温度、压力、储存材料和容器选择等；- 吸附储氢：规定吸附剂的选择、储氢温度、压力、吸附量等；- 输送管道：规定氢气输送管道的材料、压力等要求，确保氢气输送的安全性；此外，还有一些维护和安全方面的标准：- 氢气检测和监测：规定氢气检测装置的安装位置、灵敏度、报警条件等；- 泄漏处理和事故应急预案：规定氢气泄漏的处置方法、应急预案制定等；- 工作环境和人员安全：规定工作环境的通风、防爆设施、操作人员的培训与防护等。
综上所述，制氢工艺技术标准从氢气的产生到使用的整个过程都有严格的规定，旨在确保制氢过程的高效、安全和环保，促进氢能源产业的可持续发展。
制定和遵守这些标准对于保障氢气的质量和使用的安全性具有重要意义。
天然气制氢工艺技术规程
优化原料 配比：提 高原料利 用率，降 低原料成 本
加强质量 控制：提 高产品质 量，降低 不合格品 率
06
天然气制氢的应用和发展前景
天然气制氢的应用领域
燃料电池汽车：作为燃料电池汽车的能源来源 工业生产：用于化工、冶金、电子等行业的生产过程 清洁能源：作为清洁能源，用于替代传统化石燃料 储能技术：作为储能技术，用于电网调峰和应急备用电源 氢能交通：作为氢能交通的能源来源，用于氢能公交车、氢能出租车等 氢能建筑：作为氢能建筑的能源来源，用于氢能住宅、氢能办公楼等
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压力控制：保持反应压力稳定， 防止压力波动影响反应效果
温度和压力的调整：根据反应情 况，适时调整温度和压力，保证 反应顺利进行
气体成分和流量控制
气体成分：主 要成分为甲烷、 乙烷、丙烷等
流量控制：根 据工艺要求， 控制气体流量 在合理范围内
气体纯度：确 保气体纯度符
提高设备效率：采用先进的设备，提高设备的效率，减少能源消耗。
优化工艺流程：优化工艺流程，减少能源消耗，提高生产效率。
提高产品质量和降低成本的方法
优化反应 器设计： 提高反应 效率，降 低能耗
改进催化 剂性能： 提高反应 速率，降 低反应温 度
优化工艺 流程：减 少中间环 节，降低 能耗和成 本
提高设备 自动化程 度：减少 人工操作， 降低人工 成本
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天然气制氢工艺技术规程
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添加目录项标题 天然气制氢工艺概述 天然气制氢的原料和设备 天然气制氢的工艺参数和操作要点 天然气制氢的工艺优化和改进 天然气制氢的应用和发展前景
氨分解制氢工艺
氨分解制氢工艺
氨分解制氢工艺是一种重要的氢能源生产技术。
它通过将氨分解为氢气和氮气来实现氢气的获取。
这种工艺具有高效、环保和可持续等优势，因此备受关注和研究。
在氨分解制氢工艺中，常用的方法是通过高温催化剂催化氨的分解反应。
首先，将氨气加热至适宜的温度，然后通过催化剂的作用，将氨分解为氢气和氮气。
这种方法能够高效地将氨转化为氢气，同时产生的氮气可以被回收利用，减少了资源浪费。
氨分解制氢工艺的优点之一是其高效性。
相比于其他制氢方法，氨分解制氢工艺能够在较低的温度下实现氨的分解，从而降低了能源消耗。
此外，该工艺还具有较高的制氢效率，能够有效地将氨转化为氢气，提高了氢气的产率。
除了高效性，氨分解制氢工艺还具有环保和可持续性的特点。
在氨分解过程中，除了产生氢气和氮气外，几乎不产生其他有害物质。
这意味着氨分解制氢工艺对环境的影响较小，符合可持续发展的要求。
氨分解制氢工艺还具有较好的应用前景。
氢气作为一种清洁能源，具有广泛的应用前景，在氢能源领域具有重要的地位。
而氨分解制氢工艺能够高效地获取氢气，为氢能源的开发和利用提供了一种可行的途径。
氨分解制氢工艺是一种高效、环保和可持续的氢能源生产技术。
它通过将氨分解为氢气和氮气来实现氢气的获取，具有高效性、环保性和可持续性等优势。
随着氢能源的发展和应用需求的增加，氨分解制氢工艺有望在未来得到更广泛的应用和推广。
天然气制氢工艺技术规程
天然气制氢装置工艺技术规程1.1装置概况规模及任务本制氢装置由脱硫造气工序、变换工序、PSA制氢工序组成1.2工艺路线及产品规格该制氢装置已天然气为原料，采用干法脱硫、3.8MPa压力下的蒸汽转化，一氧化碳中温变换，PSA工艺制得产品氢气。
1.3消耗定额（1000Nm3氢气作为单位产品）2.1工艺过程原料及工艺流程2.1.1工艺原理1.天然气脱硫本装置采用干法脱硫来解决该原料气中的硫份。
为了脱除有机硫，采用铁锰系转化吸取型脱硫催化剂，并在原料气中加入约1-5%的氢，在约400℃高温下发生下述反映：RSH+H2=H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2O经铁锰系脱硫剂初步转化吸取后，剩余的硫化氢，再在采用的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反映而被吸取：H2S+ZnO=ZnO+H2OC2H5SH+ZnS+C2H5+H2O氧化锌吸硫速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.1ppm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的规定。
2.蒸汽转化和变换原理原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃—蒸汽转化反映，重要反映如下：CH4+H2O= CO+3H2-Q (1)一氧化碳产氢CO+H2O=CO2+H2+Q (2)前一反映需大量吸热，高温有助于反映进行；后一反映是微放热反映，高温不利于反映进行。
因此在转化炉中反映是不完全的。
在发生上述反映的同时还伴有一系列复杂的付反映。
涉及烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢，积碳，氧化等。
在转化反映中，要使转换率高，残余甲烷少，氢纯度高，反映温度要高，但要考虑设备承受能力和能耗，所以炉温不宜太高。
为缓和积碳，增长收率，要控制较大的水碳比。
3.变化反映的反映方程式如下：CO+H2O=CO2+H2+Q这是一个可逆的放热反映，减少温度和增长过量的水蒸气，均有助于变换反映向右侧进行，变换反映假如不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反映速度。
甲醇裂解制氢工艺原理
甲醇裂解制氢工艺原理1、工艺原理甲醇转化制氢技术是以甲醇、脱盐水为主要原料，甲醇水蒸汽在催化剂床层转化成主要含氢气和二氧化碳的转化气，该转化气再经变压吸附技术提纯，得到纯度为99.9～99.999%的产品氢气的工艺技术2、甲醇蒸汽转化工艺原理甲醇、脱盐水混合后经加热汽化、过热后进入转化器，甲醇、水蒸汽在一定温度下通过转化器的专用催化剂床层发生转化反应，生成氢气和二氧化碳。
其化学方程式如下：CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 – 49.5 KJ/mol （1）转化反应的同时伴随有副产物CO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。
其过程方程式如下：甲醇裂解 CH3OH → CO + 2H2 – 90.7 KJ/mol （2）变换 CO + H2O → CO2 + H2 + 41.2 KJ/mol （3）总反应为吸热反应，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为230～290℃，故需热载体供热，装置原料的汽化、过热、反应由热载体导热油供热。
由于甲醇蒸汽转化反应为增加分子的反应，从理论上说，压力太高不利于反应的进行。
但为了满足氢气的使用压力和变压吸附分离对压力的要求，一般采用的操作压力范围是0.9～2.0 MPa。
工艺过程包括原料液换热、汽化、过热、反应、降温及水洗等，转化气送出前先进行水洗不但可回收夹带的甲醇、降低甲醇消耗，而且可大大降少从弛放气排出的甲醇量，有利于环境保护。
3、变压吸附气体分离技术工艺原理研究发现一些具有发达微孔结构的固体材料对流体分子具有吸附作用，这类吸附材料被称为吸附剂。
当流体分子与固体吸附剂接触后，吸附作用随即会发生。
吸附过程有以下特性：（1）吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同气体在吸附剂上的吸附量是有差别的；（2）气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少。
制氢 方法
制氢方法
制氢的方法主要有以下几种：
1.水电解制氢：水电解是一种常用的制氢方法。
它使用直流电将水分解为氢气和
氧气。
这种方法的优点是产物纯净、无污染，但需要消耗大量的电能，因此成本较高。
2.天然气制氢：天然气制氢是通过天然气与水蒸气进行催化转化来制取氢气。
这
种方法的主要优点是技术成熟、设备可靠、产品纯度高，但成本较高，且产生的二氧化碳需要进行处理。
3.生物质制氢：生物质制氢是利用生物质（如农作物废弃物、木材废弃物等）进
行气化或发酵来制取氢气。
这种方法的优点是原料来源广泛、可再生，但技术尚不成熟，且产生的氢气纯度较低。
4.甲醇制氢：甲醇制氢是通过甲醇与水蒸气进行催化转化来制取氢气。
这种方法
的主要优点是产物纯度高、设备简单，但成本较高，且甲醇的生产过程会产生一定的污染。
5.光解水制氢：光解水制氢是利用太阳能光催化剂将水分解为氢气和氧气。
这种
方法的优点是环保、可持续，但技术尚不成熟，光催化剂的效率有待提高。
以上是目前常见的几种制氢方法，每种方法都有其优缺点，应根据实际需求选择合适的制氢方式。
天然气制氢简介演示
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甲醇生产
甲醇是重要的化工原料， 也是燃料添加剂，天然气 制氢可用于甲醇的生产。
石油工业
在石油工业中，天然气制 氢可用于石油加工和裂化 等过程，提高石油产品的 质量和产量。
氢能源汽车
燃料电池汽车
氢燃料电池汽车是未来可持续交 通的重要组成部分，天然气制氢 可以为燃料电池汽车提供清洁的 能源。
混合动力汽车
将天然气经过净化处理，除去 其中的硫、氯等杂质，得到纯
净的甲烷气体。
反应
将纯净的甲烷气体与水蒸气在 催化剂的作用下进行反应，生
成氢气和二氧化碳。
产物分离
通过一系列的物理和化学方法 ，将生成的氢气和二氧化碳进 行分离，得到高纯度的氢气。
氢气压缩
将得到的氢气进行压缩，以便 于储存和运输。
02
天然气制氢的技术
天然气制氢的原理
天然气的主要成分是甲烷（CH4）， 在一定条件下，甲烷与水蒸气反应生 成氢气和二氧化碳，反应方程式为： CH4 + (x+1)H2O → H2 + CO2 + xH2O。
反应过程中需要使用催化剂来加速反 应，同时需要控制反应温度和压力。
天然气制氢的工艺流程
01
02
03
04
原料准备
天然气制氢简介演示
汇气制氢的技术 • 天然气制氢的应用 • 天然气制氢的挑战与前景 • 天然气制氢的案例分析
01
天然气制氢概述
天然气制氢的定义
• 天然气制氢：是指利用天然气为原料，通过化学反应将天 然气中的主要成分甲烷转化为氢气的过程。
资源消耗
大规模的天然气制氢需要大量的水资 源和土地资源，对环境产生一定压力 。
天然气制氢技术的不同方法
几种天然气制氢技术的介绍1、天然气部分氧化制氢技术天然气氧化制氢技术和传统的蒸汽重整方法相比，其能耗相比较而言是低的，主要采用比较低廉的耐火材料堆砌反应，但是这个过程也需要纯度比较高的氧气，这也无形中增加了制氧成本和设备成本，天然气催化部分的氧化器主要是采用了高温无机陶瓷，这样能够将廉价制氧和制氢相结合。
2、自热重整制氢这个工艺流程转变了由外部供热到内部自己提供热源，对能源利用比较合理，这个过程主要是在反应产生的热量能够被其他反应需要热量所利用，实现自身供热。
这个技术的工作原理就是在反应器中耦合了一些热量，这些热量主要是天然气燃烧反应所产生，同时还可以天然气水蒸气进行反应，能够实现反应的自供热。
另外，由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，这个过程仍然需要一些高端抗高温的仪器，这些仪器主要有不锈钢管，在也就增加了天然气制氢的成本，同时还有生产力低下等一下缺点。
3、高温裂解制氢技术天然气高温裂解制氢是天然气经高温催化分解为氢和碳该过程由于不产生二氧化碳，被认为是连接化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺过程。
辽河油田对于天然气高温催化裂解制氢，广泛开展了大量研究工作，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。
4、绝热转化制氢技术绝热转化制氢技术在当前比较先进，这种技术最大的特点就是其反应原料为部分氧化反应，能够提高天然气制氢装置的能力，可以更好地控制速度步骤。
天然气转化制氢工艺主要采用的是空气痒源，设计的含有氧分布器的反应器可解决催化剂床层热点问题及能量的合理分配，催化材料的反应稳定性也因床层热点降低而得到较大提高，天然气绝热转化制氢在加氢站小规模现场制氢更能体现其生产能力强的特点，并且该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点，通过该工艺能够降低投资成本和制氢成本，能够提高企业的经济效益。
5、传统天然气制氢工艺传统的天然气制氢的工艺流程由原料气处理、蒸汽转化、CO变换和氢气提纯四大单元组成。
氢气制取方法
氢气制取方法氢气是一种重要的化工原料，也是清洁能源的重要组成部分。
氢气的制取方法有多种，下面将介绍几种常见的氢气制取方法。
1. 水电解法。
水电解是一种常见的氢气制取方法，其原理是利用电解水的原理将水分解成氢气和氧气。
通常情况下，采用电解池进行水电解，电解池中加入一定浓度的硫酸或氢氧化钠作为电解质，然后通过直流电源施加电压，使水分解产生氢气和氧气。
2. 天然气蒸汽重整法。
天然气蒸汽重整是一种工业上常用的氢气制取方法，其原理是利用天然气的甲烷与水蒸气在催化剂的作用下进行重整反应，生成氢气和一氧化碳。
这种方法能够高效地制取纯度较高的氢气，被广泛应用于氢气生产工艺中。
3. 生物质气化法。
生物质气化是一种利用生物质原料（如木材、秸秆等）进行气化反应制取氢气的方法。
在高温条件下，生物质原料发生热解和气化反应，生成合成气，再经过水煤气变换反应得到氢气。
这种方法具有可再生性和环保性，受到越来越多的关注。
4. 煤气化法。
煤气化是一种利用煤炭进行气化反应制取氢气的方法。
在高温条件下，煤炭发生热解和气化反应，生成合成气，再经过水煤气变换反应得到氢气。
这种方法可以有效利用煤炭资源，但同时也会产生大量的二氧化碳等有害气体，对环境造成一定影响。
5. 光解水法。
光解水是一种新型的氢气制取方法，其原理是利用光能将水分解成氢气和氧气。
通过光催化剂的作用，水分子在光的照射下发生分解反应，生成氢气和氧气。
这种方法具有能源清洁、高效利用的特点，是未来氢能源发展的重要方向之一。
总结：氢气是一种重要的化工原料和清洁能源，其制取方法有多种。
水电解、天然气蒸汽重整、生物质气化、煤气化和光解水是常见的氢气制取方法。
每种方法都有其适用的场景和特点，选择合适的制取方法可以高效地获得所需的氢气。
随着清洁能源的发展和氢能源的重要性日益凸显，氢气制取技术也在不断创新和完善，为氢能源的发展提供了更多的可能性。
制氢工艺技术
硫化物，pH3，O2,H2O,CO,乙炔 Bi，Se，Te，P的化合物，H2O
Bi
硫化物
吡啶，喹啉，碱性有机物，H2O，重金属化 合物
制氢用催化剂的毒物
制氢工艺过程中广泛采用加氢转化催化剂、 氧化锌脱硫剂、烃类蒸汽转化催化剂、中 温变换催化剂、低温变换催化剂和甲烷化 催化剂。硫、氯、砷、磷、重金属等均为 可能的毒物
低变催化剂
低变催化剂主要组分为Cu0, 添加Zn0、Al203, 、Cr203等。 催化剂毒物主要是硫、氯, 水、氨也有影响。硫主要来自 原料气, 它会与催化剂活性表面的铜晶粒发生化学吸附和 反应而影响活性。研究表明, 氯比硫的毒害严重, 氯离子来 自蒸汽和原料气, 对低变催化剂的毒害是与Cu、Zn0生成了 Cu7Cl4(OH)10(H2O)、ZnCl2·4Zn(OH)2等组成的低熔点而 有挥发性的表面化合物, 使Zn0失去间隔体作用, 铜微晶迅 速长大, 破坏了催化剂的结构, 使活性大大下降。加之生成 的氯化物易溶于水, 在湿气条件下, 氯化物会沿床层迁移, 毒害更多催化剂。凝聚水和氨可以使催化剂中铜微晶生成 铜氨络合物, 使催化剂中毒和侵蚀
氢气的化学性质
氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反 应形成化合物时其价键具有特征。氢原子失去 其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核 或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多 倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是 同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。 如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反 应。如甲烷化反应:
中温变换催化剂
中变催化剂化学组分为Fe2O3.Cr203.K2O， 使用时被还原为有活性的Fe3O4，催化剂 毒物为硫、磷、硅等。但中变催化剂受毒 物影响较小，如原料气硫含量达到0.1％时 才使Fe3O4转变为FeS，使活性稍有下降， 为新剂的70％～80％。工艺蒸汽中含杂质 过多时会与原料气组分反应，使催化剂结 皮而降低活性
当前制氢的关键技术进展、前景及建议
当前制氢的关键技术进展、前景及建议氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。
化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但能量的产出大于投入，若用此法制氢发电，能量转换效率低，经济性差，因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。
化工原料制氢主要有醇类裂解制氢、醇类重整制氢，如甲醇水蒸气重整制氢。
水电解制氢法即利用光伏、风电等新能源电力电解水制氢，这种制氢方式近零碳排放，可充分利用“三弃”（弃风、弃光、弃水）能源水解制氢，还可以大大降低制氢成本，是实现“绿氢”生产的重要技术环节，也是氢能领域投资的重点领域。
化石能源制氢技术虽然成熟度较高且经济性较好，但碳排放量较大，违背了氢能作为清洁能源的本质，不适合长期发展；可再生能源电力电解水制氢技术成熟，且环保性好、碳排放少，但是其制氢成本较高，可以考虑采取“三弃”能源制氢，以大幅降低制氢成本。
不同制氢技术所使用的制氢原料及制氢工艺大有不同。
一、制氢原料全球制氢技术的主流选择是化石能源制氢和化工原料制氢，这主要是由于化石能源制氢和化工原料制氢的成本较低。
此外，由于清洁性好、效率高、成本低，采用天然气重整制氢具有较大利润空间。
采用电解水制氢是当前制氢环节的研究热点，技术也较为成熟，其他新型制氢法尚未应用于大规模制氢。
从制氢原料占比来看，近期我国仍将主要采用化石能源制氢和工业副产氢+碳捕集、利用与封存（CCUS）技术（即“蓝氢”），助力化石能源制氢降低碳排放。
而随着我国可再生能源装机容量不断增大，在西北地区出现大量弃风弃光现象，如果能够将弃风弃光所发电力用于电解水制氢（“绿氢”，即采用风电、光伏等可再生能源电解水制氢），“绿氢”制取经济性也非常可观。
因此，长远来看，随着碳达峰、碳中和工作的推进，“绿氢”将成为氢能应用的主流选择。
二、制氢工艺较为成熟的技术路线有3种，即使用煤炭、天然气等化石能源重整制氢，以醇类裂解制氢技术为代表的化工原料高温分解重整制氢，以及电解水制氢；光解水和生物质气化制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，相关技术难以突破，尚未达到规模化制氢的需求。
氢能利用关键技术系列--制氢工艺与技术
氢能利用关键技术系列--制氢工艺与技术
氢能利用关键技术系列中的一项重要技术是制氢工艺与技术。
制氢是将氢从其它化合物中分离出来的过程，常用于制备氢气作为能源源。
以下是一些常见的制氢工艺与技术：
1. 热解法（热裂解法）：通过高温将化合物加热至分解温度，使其分解为氢气和其他产物。
常用的热解法包括水蒸气热解法、甲烷热解法等。
2. 电解法：利用电流将水分解为氢气和氧气，是一种常用的制氢方法。
常见的电解法包括碱性电解法、酸性电解法和固体氧化物电解法等。
3. 生物质制氢：利用生物质（如植物糖类、纤维素等）通过生物酶的作用产生氢气的过程。
这种方法具有环境友好和可持续性的特点。
4. 煤制氢：利用煤通过煤气化或其他化学反应将煤中的碳与水反应生成氢气。
煤制氢是一种能源转化的方式，可以实现煤的清洁利用。
5. 光解法：利用太阳能或其他光源通过光催化反应将水分解为氢气和氧气。
光解法具有可持续性和环境友好的特点。
除了以上常用的制氢工艺与技术外，还有一些新兴的氢气制备
技术，如光电催化制氢技术、微生物制氢技术等。
这些新技术在提高制氢效率、降低制氢成本以及减少碳排放等方面具有潜力。
制氢工艺与技术的发展将进一步推动氢能的应用和发展，为清洁能源转型做出贡献。
不同的制氢方法具有各自的适用范围和特点，根据具体的需求和条件选择制氢工艺与技术将非常重要。
氢气生产方法
氢气生产方法
氢气生产方法有很多种，以下是一些常见的生产方法：
1. 天然气制氢：利用天然气和水蒸气反应，产生氢气和一氧化碳。
常用的反应式为：CH4+H2O→3H2+CO。
2. 煤制氢：利用煤和水蒸气反应，产生氢气和一氧化碳。
常用的反应式为：C+H2O→H2+CO。
3. 电解水制氢：利用电解反应将水分解成氧气和氢气。
常用的反应式为：2H2O→2H2+O2。
4. 光解水制氢：利用光能将水分解成氧气和氢气。
5. 甲醇裂解制氢：甲醇与水混合后，加压至，升温至300~320℃，气化，裂解，产生氢气和一氧化碳。
常用的反应式为：CH3OH→CO+2H2。
6. 硫化氢分解制氢：在石化行业中，石油脱硫或天然气脱硫所产生的硫化氢废气，通过克劳斯工艺进行氧化处理，产生氢气和硫。
常用的反应式为：H2S→H2+S。
7. 重油、石脑油重整制氢：通过重油或石脑油的转化重整过程，产生氢气。
8. 等离子体制氢：利用等离子体的化学性质，将水分子分解成氧气和氢气。
除了以上列举的生产方法，可能还有其他新型的生产方法。
建议咨询相关领域的化学专家，获取更准确的信息。
制氢工艺技术
制氢工艺技术制氢工艺技术是一种通过化学反应将水和其他原料转化为氢气的过程。
氢气是一种清洁、高效能源，被广泛应用于工业生产、能源储备和交通运输等领域。
本文将介绍制氢的主要工艺技术和其应用领域。
制氢工艺技术主要包括水电解法、蒸汽重整法和生物法等。
水电解法是将水通过电解分解为氢气和氧气的过程。
该方法需要使用电能作为驱动力，并且需要适当的电解设备。
蒸汽重整法是通过高温和高压条件下将天然气、汽油或煤气通过蒸汽重整反应器进行化学反应，产生氢气和一氧化碳。
生物法则是通过利用微生物的酶制剂催化作用，将纤维素、木质素等有机原料转化为氢气。
这三种工艺技术各有优劣，可以根据不同的需求选择合适的方法。
制氢工艺技术在工业生产中有着广泛的应用。
首先是石油化工行业，制氢被用于炼油和催化裂化过程中。
制氢可以去除石油中的硫、氮、氧等杂质，提高燃料质量并减少对环境的污染。
其次是电力工业，制氢可以在峰电期间将多余的电能转化为氢气，然后在低电能期间通过燃料电池发电来获得能量。
此外，制氢工艺技术还可以用于金属加工、玻璃制造和化学合成等行业。
制氢工艺技术的发展还面临一些挑战。
首先是能源成本。
传统的制氢方法通常需要大量的能源投入，而且会产生大量的二氧化碳等温室气体。
因此，如何减少能源消耗和环境污染是制氢工艺技术发展的关键问题。
其次是储存和运输。
由于氢气的低密度和高爆炸性，储存和运输氢气是一个技术难题。
目前，研究人员正在积极探索高效、安全的储氢和氢气运输方法。
最后是可持续性。
由于氢气是一种清洁能源，其生产过程也应该尽量采用可再生能源，以提高制氢工艺技术的可持续性。
总结而言，制氢工艺技术是一种将水和其他原料转化为氢气的过程。
它具有广泛的应用领域，包括石油化工、电力、金属加工等行业。
然而，制氢工艺技术的发展还面临一些挑战，如能源成本、储存和运输以及可持续性等问题。
未来，我们应该继续研究和开发新的制氢技术，以满足清洁能源的需求。
《制氢工艺技术》课件
目 录
• 制氢工艺技术概述 • 制氢工艺的主要类型 • 制氢工艺技术的经济性分析 • 制氢工艺技术的发展趋势与展望
01
制氢工艺技术概述
氢气的性质与用途
氢气的性质
氢气是一种轻质、易燃易爆、无色无 味的可燃气体，具有很高的热值和能 量密度。
氢气的用途
氢气是重要的工业原料，广泛应用于 化工、石油、冶金等领域，同时也是 燃料电池的主要燃料。
环境压力
传统化石能源的使用对环境造成了巨大的压力， 发展制氢技术有助于减少温室气体排放，缓解环 境压力。
产业升级
制氢技术的发展对于推动相关产业升级和转型具 有重要意义，能够带动一系列产业链的发展。
02
制氢工艺的主要类型
天然气制氢
天然气蒸汽转化制氢
将天然气与水蒸气在高温下反应，通过转化反应将天然气转 化为氢气和一氧化碳的混合气体，再通过一氧化碳变换反应 进一步制取高纯度氢气。
制氢技术的经济性评价方法
投资回收期法
通过计算投资回报率来评估技术的经济性。
净现值法
考虑资金的时间价值，通过比较不同方案的 净现值来选择最优方案。
内部收益率法
计算投资方案的内部收益率，以评估其盈利 能力。
制氢工艺技术的经济性比较与选择
1
比较不同制氢技术的成本与效益，选择经济性更 优的方案。
2
考虑环境影响，权衡经济效益与环境成本。
开发新型反应器结构
研究新型反应器结构，提高反应器的传热、 传质性能。
加强副产物的回收与利用
副产物分离与回收
研究高效的副产物分离和回收技术， 提高副产物的回收率。
副产物资源化利用
将副产物转化为有价值的资源，实现 副产物的资源化利用。
制氢技术方面
简述各种制氢的技术的特点和原理答：1.化石燃料制氢：制氢的物理化学基础为碳和氧气是燃烧反应，甲烷燃烧和碳氢化合物的不完全燃烧、碳与水蒸气的反应、碳与二氧化碳的反应、碳氢化合物的分解。
【1】天然气制氢技术：天然水蒸气重整制氢转化率最高，耗能耗气高，生产成本高，设备昂贵，制氢过程慢，且该过程中有大量温室气体二氧化碳的排放。
水蒸气重整制氢需要催化剂，催化剂主要有两种：非贵金属催化剂，如镍；贵金属催化剂，如铂。
通常以氧化镁为载体。
（1）天然气部分氧化制氢：甲烷的氧化反应能为氧化制氢提供热量，无需再提供热源和催化剂。
为提高转化率以及防止颗粒状的奤烟尘的生成，通常反应温度高于1300到1500摄氏度。
由于温度过高容易出现局部高温热点，易造成固体碳沉积。
所以还是需要催化剂来降低反应温度。
该催化剂主要采用金属组分负载在载体的负载型金属催化剂。
金属组分通常为镍，然而镍成本高且易造成碳沉积。
由于部分氧化制氢是放热反应，与水蒸气重整法相比反应速率更快。
部分氧化法可利用自身产生的热量，无需外界供应但转化率较低。
（2）天然气自热重整制氢：在部分氧化反应中引入蒸汽，在部分氧化过程中产生热量，在蒸汽重整中吸收热量，使放热的部分氧化重整和吸热的蒸汽重整结合，并控制放热和吸热，使其达到平衡的自热式重整法。
自热式重整法反应器内有两个区域，一个是氧化区，在该区内发生部分氧化重整，使用氧化催化剂，促使反应速率加快，反应放热也加快，热量提供给催化区内的水蒸气重整；另一个区域是催化区，发生天然气水蒸气重整，不需要外界提供热源。
该设计减少了启动热源以及启动时间。
与天然气水蒸气重整相比，自热式重整的启动和停止更加的迅速。
与部分氧化重整相比，转化率较高，可产生更多的氢气。
此外，自热重整设备相对紧凑，所以该方法具有较好的市场潜力。
（3）天然气催化裂解：甲烷在一定条件下分解成碳和氢气，为吸热反应，能耗大。
【2】煤制氢技术：煤的气化，碳和氧气生成一氧化碳，一氧化碳和氧气反应生成二氧化碳。
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甲烷化催化剂
催化剂的主要化学组分为Ni0、Al203，使用时还原为金 属镍。主要毒物为硫、砷、钒、碳酸钾和羰基镍等。对 于甲烷化催化剂，硫是永久性毒物，这是因为操作温度 较低，活性镍一旦与硫化氢生成Ni2S3后，即使除去H2S， 也无法被氢气再还原为活性状态。研究表明，甲烷化催 化剂中吸硫达到0.15％～0.2％时活性丧失50％，若达到 0.5％则活性全部丧失。希望进甲烷化催化剂的原料气中 硫含量越低越好，一般要小于0.1ppm。甲烷化工序设在 脱碳之后，各种脱碳液带入均会造成不同的毒害。砷是 永久性毒物，催化剂中砷含量达到0.1％时便严重失活。 甲烷化催化剂在150℃以下操作时，活性镍与一氧化碳 会反应生成羰基镍Ni(CO)4，这是对人剧毒的挥发物， 还造成催化剂中镍的流失，严重降低活性。因此，在床 层降温至150℃以下时不能再通工艺气，应改用氮、氢 气氛
C02+4H2—→2H20
氢气制造方法
氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造 及氢气提纯。
根据所需氢气的用途不同，采用不同的制 造工艺，得到不同纯度的氢气。
制氢原料：目前主要是碳氢化合物，包括 固体(煤)、液体(石油)及气体(天然气)。水是 制造氢气的另一重要原料，可以采用单独 从水中制取氢气如电解水，也可以与碳氢 化合物相结合制得氢气
氢也可作为燃料，是城市煤气 及工业燃料的重要组成部分。 大部分氢气是生产后就地消耗 使用，如石油油工业的制氢装 置就是为精制各种石油产品和 合成各种有机化学产品提供氢 源
一、氢气的性质
1、物理性质 氢气是一种无色无味的气体，在通常 情况下其密度约为空气的十三分之一。 采用致冷剂将氢气进行冷冻或高压氢 气通过绝热膨胀，将温度降至其临界 温度以下，压力高于临界压力，均可 将氢气液化。液态氢在减压下蒸发可 形成固体氢
氢气制造方法
(1)煤的高温干馏(亦称焦化) (2)部分氧化法 (3)轻烃水蒸汽转化法 (4)炼油厂及石油化工厂副产氢气
三、烃类蒸汽转化制氢工艺原理
3.1原料脱毒 催化剂的活性和选择性可能由于外来微量
物质的存在而下降，这种现象叫做催化剂 的中毒，而外来的微量物质叫做催化剂毒 物。从广义来说，这些微量物质可能是反 应物、产物或杂质
硫化物，pH3，O2,H2O,CO,乙炔 Bi，Se，Te，P的化合物，H2O
Bi
费-托合成
硫化物
SiO2Al2O3
裂化
吡啶，喹啉，碱性有机物，H2O，重金属 化合物
制氢用催化剂的毒物
制氢工艺过程中广泛采用加氢转化催化剂、 氧化锌脱硫剂、烃类蒸汽转化催化剂、中 温变换催化剂、低温变换催化剂和甲烷化 催化剂。硫、氯、砷、磷、重金属等均为 可能的毒物
制氢工艺技术
氢气的用途
氢是元素中期表中第一种元素， 也是最轻的元素，原子量为 l.0079。它是组成水、石油、煤 炭及有机命体等的一个要素。
氢是自然界较为丰富的物质，也是应 用最广泛的物质之一，是重要的工业 原料，在化学工业、半导体工业及冶 金工业等中均占有重要的地位，特别 是在化学工业中以氢为原料可生产许 多重要的化工产品，如合成氨、甲醇、 精炼各种石油产品及合成多种有机化 学产品。
中温变换催化剂
中 使变用催时化被剂还化原学为组有分活为性F的e2FOe33、O4C，r20催3、化K剂2O， 毒物为硫、磷、硅等。但中变催化剂受毒 物影响较小，如原料气硫含量达到0.1％时 才 为使新F剂e3的O74转0％变～为8F0％eS，。使工活艺性蒸稍汽有中下含降杂，质 过多时会与原料气组分反应，使催化剂结 皮而降低活性
加氢转化(脱硫)催化剂
加氢转化(脱硫)催化剂本身就是脱毒催化剂，可将有机 硫化物加氢转化为H2S，再被后续的氧化锌脱硫剂脱除， 此外还有使烯烃、有机氮、含氧有机化合物、有机氯化 合物加氢转化为烷烃、氨、水、氯化氢的能力。引起此 类催化剂失活的原因有三方面：(1)NH3也会使催化剂暂 时性中毒，其原因是NH3因其有碱性而吸附在钴钼催化 剂的酸性位上，影响了有机硫化物在这些活性位上的吸 附。当NH3被除去后，催化剂活性可恢复。一般控制气 体中NH3，不得高于100ppm(V)。(2)催化剂表面积碳会 引起半永久性失活，通过用氧气燃烧可以再生。这种积 碳主要是由于烃类在催化剂上裂解所致，因此操作时氢 分压不能过低，温度不能过高。(3)含砷化合物会与钴、 镍生成化合物而引起催化剂永久性中毒
低变催化剂
低变催化剂主要组分为Cu0，添加Zn0、Al203，、Cr203等。 催化剂毒物主要是硫、氯，水、氨也有影响。硫主要来自 原料气，它会与催化剂活性表面的铜晶粒发生化学吸附和 反应而影响活性。研究表明，氯比硫的毒害严重，氯离子 来自蒸汽和原料气，对低变催化剂的毒害是与Cu、Zn0生 成了Cu7Cl4(OH)10(H2O)、ZnCl2·4Zn(OH)2等组成的低熔 点而有挥发性的表面化合物，使Zn0失去间隔体作用，铜 微晶迅速长大，破坏了催化剂的结构，使活性大大下降。 加之生成的氯化物易溶于水，在湿气条件下，氯化物会沿 床层迁移，毒害更多催化剂。凝聚水和氨可以使催化剂中 铜微晶生成铜氨络合物，使催化剂中毒和侵蚀
烃类转化催化剂
各种烃类转化催化剂的主要化学组成都是Ni0和Al203，， 使用时的活性组分是还原后的金属镍。常见毒物为硫、 砷、卤素、磷和铅。硫是镍催化剂最重要的毒物，硫中 毒的原因是硫与催化剂中暴露的镍原子发生了化学吸附 而破坏了这些镍原子的催化作用，而并非是因为催化剂 中大量的镍与硫反应生成硫化镍。通常容许原料气中硫 含量为0.1～0.3ppm。硫中毒是可逆的。而砷是转化催化 剂的另一重要毒物，来自原料气、蒸汽或脱碳液。砷中 毒不可逆，砷中毒严重时要更换催化剂，甚至要清洗转 化炉管。氯也和硫一样有害，要予以限量。少量氯的毒 害是可逆的，但是大量氯带入催化剂时会与催化物质形 成低熔点或易挥发的表面化合物，使镍催化剂因烧结而 破坏了结构，导致永久失活。有些金属如铜、铅等因会 沉积在催化剂上不易除去而降低其活性
氢气的化学性质
氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反 应形成化合物时其价键具有特征。氢原子失去 其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核 或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多 倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是 同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。 如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反 应。如甲烷化反应：
催化剂 反 应
毒物
Ni，Pt， Pd，Cu
Co Ag V2O5,V2O3
Fe
加氢，脱氢
氧化
加氢裂解 氧化 氧化
合成氨 加氢 氧化
S,Se,Te,P,As,Sb,Bi,Zn,卤化物， Hg,Pb,NH3,吡啶，O2,CO（<180℃）
铁的氧化物，银化合物，砷化物，乙炔， H2S,pH3
NH3,S,Se，Te，P的化合物 CH4,C2H6 砷化物
氧化锌脱硫剂
其本身是脱毒剂，用于脱除硫化氢和反应 性有机硫化合物。对氧化锌脱硫剂有毒害 的杂质主要是氯(HCl)。氯毒害的原因是 HCl会与Zn0反应生成ZnCl2薄层，覆盖在 脱硫剂表面，阻止H2S进入其内部，从而 大大降低脱硫剂的性能。因为ZnCl2的熔 点较低，所以在300℃以上操作时，HCl的 存在是有害的，生成的ZnCl2有流动性。