天然气制氢工艺流程图
天然气制氢工艺及设备简介资料
天然气制氢工艺及设备简介资料1.气体预处理：天然气中常常含有一些杂质，如二氧化碳、硫化物和水等。
这些杂质在后续的制氢过程中会产生不良的影响，因此需要对天然气进行预处理。
一般的预处理方法包括酸碱洗、饱和水洗和脱硫等。
酸碱洗主要用于去除天然气中的二氧化碳和硫化物；饱和水洗则用于去除二氧化碳和水分；脱硫是指将天然气中的硫化物去除。
2.重整：重整是天然气制氢的核心工艺步骤之一、在重整过程中，天然气中的甲烷和水蒸气通过催化剂反应产生了合成气，包括氢气和一定量的一氧化碳。
这个反应的方程式如下所示：CH4+H2O->CO+3H2重整反应一般在高温高压下进行，通常使用镍基催化剂。
催化剂能够加速反应速率，并提高反应的选择性。
3.气体纯化：经过重整反应后，合成气中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气等杂质。
这些杂质对于一些应用场合而言是不可接受的，因此需要进行气体纯化工艺。
一般的纯化方法包括压力摩尔吸附和膜分离等。
压力摩尔吸附是指通过吸附剂吸附掉气体中的杂质，从而得到高纯度的氢气；膜分离则是通过膜的选择性渗透性，将杂质分离出去。
除了上述的工艺步骤，天然气制氢还需要一些辅助设备来实现。
主要的设备包括压缩机、储氢罐、加热炉和催化剂等。
压缩机用于提高气体的压力，便于后续步骤的操作；储氢罐用于存储制得的氢气，以备后续使用；加热炉用于提供重整反应所需的高温；催化剂则是用于加速重整反应的进行。
总体上，天然气制氢是一项相对成熟的工艺，已经广泛应用于氢气生产领域。
随着氢能经济的推广和应用，天然气制氢的技术和设备也会不断改进和创新，以满足不同需求的氢气生产。
天然气制氢的工作原理
天然气制氢的工作原理天然气是一种主要由甲烷组成的化石燃料，在世界各地广泛存在。
天然气制氢的工作原理可以大致分为以下几个步骤：气体净化、蒸汽重整、变换反应和分离纯氢。
首先，天然气要经过一系列的净化工艺，以去除其中的杂质和硫化物。
因为杂质和硫化物会影响后续反应的效果和催化剂的稳定性。
通过高效的净化过程，可以将天然气中的杂质和硫化物浓度减少到极低水平。
之后，净化后的天然气进入蒸汽重整反应器。
蒸汽重整是一种高温反应过程，可以将甲烷转化为一氧化碳和二氧化碳。
在蒸汽重整反应器中，天然气和水蒸汽反应生成含有一氧化碳和二氧化碳的气体混合物。
接下来，气体混合物进入变换反应器，进行变换反应。
变换反应是一种将一氧化碳和水蒸汽转化为氢气和二氧化碳的反应。
这个反应通常由催化剂催化，在高温和高压的条件下进行。
催化剂可以提高反应速率和效率，同时还可以降低反应的活化能。
在变换反应中，一氧化碳被还原为氢气，同时二氧化碳也被生成。
最后，生成的气体混合物进入纯氢分离器进行分离。
这个过程通常使用分子筛或膜分离技术，将氢气与其它气体分离。
通过这种分离的过程，可以将纯氢气从混合气体中分离出来。
整个天然气制氢的工作原理主要基于甲烷分子的结构和化学反应的原理。
甲烷分子是由一个碳原子和四个氢原子组成的，通过一系列的反应，可以将甲烷分解为氢气和二氧化碳。
这个过程产生的氢气可以作为一种清洁能源被广泛应用。
天然气制氢的工作原理虽然相对复杂，但是经过不断优化和改进，该技术在近年来得到了广泛应用。
天然气制氢可以提供高纯度和大规模的氢气产量，在未来的氢能源产业中具有巨大的潜力。
同时，该技术也可以有效利用现有的天然气资源，为清洁能源的供应提供了可行的解决方案。
天然气直接裂解制氢与碳材料工艺
天然气直接裂解制氢与碳材料工艺展开全文甲烷直接裂解制氢过程，不产生CO和CO2，所得到的氢气产品，可用于PEMFC质子膜燃料电池等对燃料中C含量要求严格的系统。
纯氢燃烧无污染性，被美国能源部批准为目前唯的供燃料电池汽车使用的燃料。
该类氢气的制备及 PEMFC电池的研究是国际上近年来十分重要的研究方向。
甲烷直接裂解过程既可只生产气体产品，也可以生成气体产品与固体产品(碳纳米材料，包括碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维)。
后一过程又被称为制备碳纳米材料的化学气相沉积过程。
这类碳纳米材料可以用于金属、高分子或陶瓷等的结构增強材料，催化材料与吸附材料或导电材料，用途广泛，是当今纳米科技发展的热点。
甲烷裂解制备氢气的方程式如下：甲烷分子具有sp3杂化的正四面体结构，具有非常高的稳定性，表现为不易与其他物质反应，很难被热裂解和催化剂裂解。
热力学计算(图2-7)表明，当以石墨为最终碳生成物的形态，气态产品为氢气时，在600K时，甲烷才开始转化，并且随着温度的升高转化率升高。
欲得到90%以上的转化率，理论上的最低温度约为1073K。
图2-7甲烷裂解的热力学特征制氢气工艺催化剂与甲烷的水蒸气转化等过程相似，甲烷高温下直接裂解制氢的催化剂主要是铁、钴、镍等过渡金属负载型催化剂，以及活性炭或金属氧化物。
金属负载型催化剂的结构类似于甲烷水蒸气转化过程的催化剂。
事实上，甲烷水蒸气转化过程如果不通水或通水量不足，甲烷在催化剂上形成碳化物，碳就会自然沉积出来，形成碳纳米材料产品[3。
4]。
因此，金属负载型催化剂的设计方面既有特殊性，也有共性。
而活性炭与各类金属氧化物均属于该过程独有的催化剂。
如用活性炭作催化剂裂解甲烷(产品为炭黑)在950℃的温度下，甲烷转化率为28%左右，催化剂寿命大于4h。
而使用氧化镁或水滑石则可以生成石墨烯与氢气产品。
如果在氧化镁或水滑石上负载金属则可以生成石墨烯或与碳纳米管的杂化物。
该过程中的气体产品均为纯净氢气。
制氢技术工艺流程
制氢技术工艺流程一、传统制氢技术。
1. 化石燃料制氢。
- 这是比较常见的一种方法啦。
比如说天然气制氢，就是把天然气通过一系列复杂的化学反应转化成氢气。
这个过程就像是给天然气做了一场神奇的变身魔法秀。
天然气里的碳氢化合物在高温和催化剂的作用下，碳和氢就开始“分家”了，氢气就被分离出来啦。
不过这种方法呢，虽然能制出氢气，但是会产生二氧化碳等温室气体，就有点像做好事的时候不小心也做了点小坏事呢。
- 还有煤制氢，煤里面含有很多碳元素，制氢的时候把煤在高温下气化，然后再经过净化、变换等步骤，让氢气慢慢现身。
这过程就像是从一个黑煤球里把闪闪发光的氢气精灵给找出来一样。
但是煤制氢也有个大问题，那就是它的污染比较大，不仅有二氧化碳排放，还可能有一些硫化物等污染物。
2. 水电解制氢。
- 这个就比较环保啦。
就像它的名字一样，用电来分解水。
水是由氢和氧组成的嘛，给它通上电，就像给水里的氢和氧下达了“分开”的命令。
在电解槽里，水分子在电极的作用下，氢原子和氧原子就各奔东西啦，氢气在阴极冒出来，氧气在阳极冒出来。
不过这种方法也有小烦恼，就是它比较耗电，如果电是来自传统的火力发电厂，那从全生命周期来看，也不是特别环保。
但是如果电是来自太阳能或者风能这些清洁能源，那可就太棒啦，就像是用最纯净的能量孕育出最纯净的氢气。
二、新兴制氢技术。
1. 生物质制氢。
- 这是一种很有创意的制氢方法哦。
生物质嘛，就是那些植物啦、微生物啦之类的东西。
比如说利用一些微生物的新陈代谢，就像它们在自己的小世界里开了个氢气工厂一样。
微生物在合适的环境下，会分解有机物，然后产生氢气。
还有就是通过热化学转化，把生物质加热到一定温度，让它释放出氢气。
这就像是把生物质里藏着的氢气宝藏给挖掘出来。
而且生物质制氢还有个好处，就是它是可再生的，就像大自然一直在给我们送制氢的原材料，只要我们合理利用就好啦。
2. 光解水制氢。
- 这个听起来就超级酷炫。
利用太阳光的能量来分解水制氢，就像是给太阳下达了一个任务：“太阳，帮我把水变成氢气吧！”在一些特殊的光催化剂的作用下，太阳光的光子就像一个个小锤子，把水分子敲开，让氢原子和氧原子分开，氢气就产生了。
液化天然气提氦制氢 工艺
液化天然气提氦制氢工艺液化天然气提氦制氢工艺随着人们对能源的需求不断增加，石油和天然气等化石能源的开采与利用也越来越受到关注。
液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）作为一种清洁能源，具有高能量密度、低碳排放等优势，被广泛应用于能源领域。
然而，除了作为燃料使用外，液化天然气还可以通过提氦制氢工艺来进一步提高能源的利用效率。
液化天然气中含有丰富的氦气资源，而氦气是一种稀有、非可再生的气体，具有广泛的应用价值，尤其在高科技领域。
因此，通过液化天然气提氦制氢工艺，既可以回收氦气资源，又可以产生高纯度的氢气，实现能源的可持续利用。
液化天然气提氦制氢工艺的基本步骤如下：1. 液化天然气的预处理：液化天然气中含有杂质如水蒸气、硫化氢等，需要进行预处理以提高氦气和氢气的纯度。
预处理包括脱水、脱酸等过程，通过吸附剂或膜分离技术去除杂质。
2. 氦气的分离：经过预处理的液化天然气进入分离装置，通过低温蒸馏的方式将液化天然气中的氦气从其他组分中分离出来。
在分离装置中，根据气体的沸点差异，利用低温冷凝和高温蒸发的原理，将氦气与其他组分分离。
3. 氦气的回收：分离出的氦气经过冷凝或压缩等工艺，转化为液态氦并进行储存。
液态氦具有极低的沸点和密度，可广泛应用于超导材料制备、核磁共振成像等高科技领域。
4. 氢气的制备：分离装置中除氦气外的其他组分主要是氢气，可以通过热解或电解等方式将其转化为纯度较高的氢气。
热解是将液化天然气中的甲烷通过高温反应转化为氢气和固体碳，而电解则是利用电能将水分解成氢气和氧气。
5. 氢气的纯化：经过制备得到的氢气还含有少量杂质，如二氧化碳、甲烷等，需要通过吸附剂或膜分离技术进行纯化，以提高氢气的纯度和质量。
通过以上工艺步骤，液化天然气提氦制氢工艺可以实现对氦气和氢气的有效回收和利用。
这不仅提高了能源的利用效率，减少了能源资源的浪费，还满足了氦气和氢气在高科技领域的需求。
同时，该工艺也具有环保的特点，减少了对环境的污染。
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 。
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
1.天然气预处理：
天然气中通常含有硫化氢、二硫化碳等硫化物和甲烷的杂质，这些杂
质会对后续的工艺过程产生不利影响。
因此，首先需要对天然气进行预处理。
在预处理过程中，通过吸附、吸收和净化等方法，将其中的硫化物、
二硫化碳以及其他杂质去除，以提高天然气的纯度。
2.甲烷重整：
经过预处理后的天然气进入甲烷重整器。
甲烷重整是将甲烷与水蒸气
经过催化剂的作用，产生一系列的化学反应，生成氢气和一定量的二氧化碳。
甲烷重整过程中，需要控制温度、压力和催化剂的选择，以提高产氢
效率和选择性，并使产物中的二氧化碳含量降低。
3.气体净化：
重整产物中含有一定的二氧化碳、一氧化碳和水蒸气等杂质，这些杂
质需要进行净化。
常用的气体净化方法包括低温脱水、吸附除CO、催化
转化等。
通过这些净化方法，可以将氢气的纯度提高到99.9%以上。
4.氢气纯化：
在气体净化的基础上，对氢气进行进一步的纯化处理。
纯化过程通常
采用压力摩阻吸附法，利用特定的吸附剂吸附其他杂质，从而提高氢气的
纯度。
纯化过程中需要控制吸附剂的选择、操作条件的控制和再生操作等。
通过以上工艺过程，天然气中的甲烷被转化为高纯度的氢气，同时还
可以获得一定量的二氧化碳。
这些氢气可以被用作燃料电池、化工合成以
及其他行业的应用。
注：以上内容仅为简要描述，实际的天然气制氢装置工艺过程可能会因不同的工艺流程和设备配置而有所不同。
天然气制氢工艺及设备简介
三、工艺过程
高温变换
由转化气蒸汽发生器来的340℃转化气进入高温变 换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应，将变换 气中CO降至3%左右。为了提高CO的变换率，增加产品 氢的收率，变换部分设置两段反应器。第一段反应器 出口残余CO含量约为4.4%，出口温度约416℃。第一段 反应器出口变换气经过冷却至340℃后，进入第二段反 应器进一步发生变换反应，反应出口温度为352℃，残 余CO含量降至3.0%左右，变换气经一系列的换热器冷 却降温至40℃，并经分水后进入PSA部分。
二、工艺原理
轻烃蒸汽转化法 制氢过程 核心反应
原料净化
蒸汽预转化
蒸汽转化
CO高温变换
原料气在一定 的温度、压力和空 速条件下，借助加 氢催化剂、脱硫剂、 脱氯剂作用，把原 料气中硫化物、氯 化物脱除，以保护 后续催化剂的正常 运行。
精制原料 气在预转化催 化剂的作用下， 烃类发生一系 列的热裂解、 脱氢、甲烷化 反应，生成甲 烷和氢气。
三、工艺过程
预转化 原料气升 压及精制
转化
生产工 艺过程 高温变换
PSA
三、工艺过程
自系统管网来的干气经压缩机升压 后，与自界区来的天然气混合进入装置， 预转化 混合后原料压力4.0MPa（G）。
进入脱硫部分的原料气，首先经过钴钼加氢反应器，在钴钼催化 生产工 剂的作用下发生氢解反应，把有机硫转化为无机硫，有机氯转化 艺过程 为氯化氢。然后，加氢后的原料气通过脱硫反应器床层，在加氢 反应器氯化氢与氧化钠反应，生成氯化钠，在脱硫反应器氧化锌 与硫化氢发生反应，生成硫化锌，达到脱氯、脱硫的目的。精制 PSA 高温变换 后的气体中硫含量小于0.1ppm，进入预转化部分。
炉型结构比较 热强度及壁温分布
天然气制氢技术简介及应用中的关键问题
天然气制氢技术简介及应用中的关键问题薛瑶;贾建成【摘要】大型化工行业中以天然气为原料的制氢工艺主要是天然气蒸汽转化，该工艺流程主要由原料气预处理、蒸汽转化、一氧化碳变换和氢气净化提纯四大单元组成，其中转化炉是蒸汽转化的技术核心和关键设备。
本文主要对上述四个单元的作用原理、工艺流程及关键操作参数进行了详细的介绍，并依据作者的工作经验，提出了天然气蒸汽转化制氢技术在工程化和试车过程中要注意的关键问题。
%With natural gas as raw material, natural gas steam reforming of hydrogen production process is mainly used in large chemical industry.This process is mainly composed by four units, feed gas pretreatment, steam reforming, carbon monoxide conversion and hydrogen purification.The conversion furnace is the core technology and key equipment in steam reforming.The principle, process flow and key operating parameters on the role of the above four units were introduced in detail.Based on work experiences, the key problems about the natural gas steam reforming hydrogen production technologies in engineering and commissioning in the process were put forward.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)015【总页数】2页(P191-192)【关键词】天然气蒸气转化;一氧化碳变变换;氢气提纯【作者】薛瑶;贾建成【作者单位】陕西延长石油集团延安炼油厂，陕西延安 716000;陕西延长石油安源化工有限公司，陕西神木 719319【正文语种】中文【中图分类】TE646氢气作为重要的工业原料和还原剂，广泛用于石油化工、冶金、化肥等工业中，其中用量最大的为石油化工行业。
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程1.1工艺原理1.天然气脱硫本装置采用干法脱硫来处理该原料气中的硫份。
为了脱除有机硫，采用铁锰系转化吸收型脱硫催化剂，并在原料气中加入约1-5%的氢，在约400℃高温下发生下述反应：RSH+H2=H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2O经铁锰系脱硫剂初步转化吸收后，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应而被吸收：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要求。
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—蒸汽转化反应，主要反应如下：CH4+H2O= CO+3H2-Q (1)一氧化碳产氢CO+H2O=CO2+H2+Q (2)前一反应需大量吸热，高温有利于反应进行；后一反应是微放热反应，高温不利于反应进行。
因此在转化炉中反应是不完全的。
在发生上述反应的同时还伴有一系列复杂的付反应。
包括烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢，积碳，氧化等。
在转化反应中，要使转换率高，残余甲烷少，氢纯度高，反应温度要高，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，增加收率，要控制较大的水碳比。
3.变化反应的反应方程式如下：CO+H2O=CO2+H2+Q这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸气，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反应速度。
使最终CO浓度降到低的程度，且为生产过程中的废热利用创造了良好的条件4.变压吸附原理变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程。
该工艺是以多孔性固体物质（吸附剂）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态直接工作的可逆的物理吸附过程。
它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力，在低压下又有较小的吸附能力，而理想组分H2无论在高压下还是在低压下都具有较小的吸附能力的原理。
天然气重整制氢方法
天然气重整制氢方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊天然气重整制氢这个超有意思的事儿！你知道吗，天然气就像一个神奇的宝库，里面藏着制造氢气的秘密呢！想象一下，天然气就像是一个装满了各种奇妙元素的大箱子，而我们要做的就是把其中制造氢气的那部分给找出来。
天然气重整制氢啊，简单来说，就是通过一些办法把天然气变成氢气。
这就好比是一场魔法变身，把一种东西变成另一种超级有用的东西。
这过程可不简单哦！首先呢，得有合适的温度和压力条件，就像人要在合适的环境里才能舒服地生活一样。
温度不能太高也不能太低，压力也要恰到好处。
然后呢，还需要一些催化剂来帮忙，这些催化剂就像是魔法的小助手，能让整个过程变得更加顺利。
你说这是不是很神奇？就好像变魔术一样，天然气进去，氢气就出来啦！而且啊，这个氢气用处可大了。
它可以用来驱动汽车，让车子跑得飞快；还可以用来发电，给我们的生活带来光明和温暖。
咱再想想，要是没有天然气重整制氢这一招，那我们得少了多少便利呀！那我们的生活岂不是会变得没那么精彩啦？在这个过程中，每一个环节都很重要哦！就像搭积木一样，一块一块都要放对地方，才能搭出漂亮的城堡。
温度、压力、催化剂，一个都不能少，少了哪一个都可能出问题呢。
比如说吧，如果温度不合适，那可能就变不出足够的氢气，那不就白忙活啦？或者催化剂不好使了，那也会影响整个过程的效率呀。
所以啊，这可真是个需要精心照料的事儿呢！咱中国人不是常说嘛，慢工出细活。
这天然气重整制氢也是一样，不能着急，得一步一步来，把每一个细节都做好。
你说，这天然气重整制氢是不是特别有意思？它就像是一个隐藏在我们生活中的小秘密，等着我们去发现和利用。
所以啊，大家可得好好了解了解，说不定以后还能靠这个做点什么大事情呢！总之，天然气重整制氢是个很有前途的领域，值得我们好好去研究和探索。
让我们一起期待它能给我们的生活带来更多的惊喜和便利吧！。
《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。
天然气制氢的原理及其主要化学反应
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。
天然气化工工艺学天然气转化PPT课件
《天然气化工工艺学》第3章
• 合成气—CO和H2的混合物。
合成气用途—不仅是纯H2和纯CO的来源，也用以衍生 多种化工产品。如 F-T合成制汽煤柴油、MTG、MTO/ MTP等过程。
• 不同的合成气衍生化工产品需要不同的H2和CO摩尔比 (简写H2/CO比)的合成气，通常H2/CO→ 2 （摩尔比）。
ln K p1 T
23829.4 T2
3.3066 T
ln K T
p2
4
856.8 T2
1.11 T
8
7
0 0
If T, then Kp1 . If T↓, then Kp2 .
第6页/共57页
《天然气化工工艺学》第3章
3.1.1.2 平衡组成计 算 若进气中只含甲烷和水蒸汽，设nm和nw分别为进气中
ln
Kp2
4865 .8 T
1.1187
LnT
3.6574
10 3 T
1.2817
10 6 T
2
2.1845
10 10 T
3
0.5686
当温度>900K (623oC)时，占优势的反应为：
CH4 H2O( g )＝CO 3H2 206.4kJ.mol1 (1)
当温度<900K (623oC)时，占优势的反应为：
CO H2O( g )＝CO2 H2 41.2kJ.mol1 (2)
第5页/共57页
《天然气化工工艺学》第3章
温度T对Kpi的影响（分析）
• Kp1、 Kp2和T单位
ln
Kp1
23892 .4 T
3.3066 LnT
2.2103 103T
1.2881106T 2
我国制氢技术与工艺路线
我国制氢技术与工艺路线一、背景氢能应用：氢能已经横跨电力、供热和燃料3个领域，新能源制氢补充发电、燃料电池汽车、分布式发电等众多应用模式。
氢能技术包括：制氢、储氢、输氢和燃料电池技术等。
制氢技术包括：化学、生物、电解、光解和化学热处理过程。
二、制氢工艺路线1、石化资源制氢主要包括煤制氢及天然气制氢两种工艺，技术路线成熟，研究方向主要集中在新型催化剂及效率提升方面。
煤制氢可分为焦化和气化两种，煤气化技术是我国制氢最主要的方式之一，工业应用广泛。
天然气制氢工艺有蒸汽转化法、部分氧化法、催化裂解法、甲烷自热催化重整法。
其中蒸汽转化工艺在制氢工业上占有较大优势。
总体来看，石化资源制氢商业化技术成熟，但制取过程比较复杂，氢气成本较高。
同时，制氢过程中主要排放CO2，需要结合CO2捕获与封存（CCS）技术。
2、水解制氢包括电解水及太阳能水解，电解水制氢技术研究方向有3种：碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢、高温固体氧化物电解水制氢。
工业上大规模的电解水制氢基本上都是采用碱性电解池水电解制氢，其电能消耗较大，电费占总费用的80%左右。
固体聚合物电解水制氢（SPE）不需要液态电解液，电解液为酸性聚合膜，相对成本高、容量小、效率低和使用期短，薄膜电解工艺还不成熟。
高温固体氧化物电解水制氢是基于高温燃料电池技术，是固体氧化物燃料电池（SOFC）的逆向应用。
太阳能制氢主要有：太阳能发电电解水制氢、太阳能热解水制氢、太阳能热化学循环裂解水制氢等。
研究重点是对太阳能光热的利用和光催化效率的提升。
总体来看，尽管电解水制氢工艺不复杂，但需要消耗较多的电能，太阳能光解水技术处于发展初期，需要解决原料成本和转换效率低、高温材料问题等。
3、生物质制氢包括生物法制氢和热化学法制氢两种。
生物法制氢是利用生物自身的代谢作用将有机质或水转化为氢气。
热化学制氢技术可以细分为气化制氢、超临界水气化制氢、高温等离子体制氢、微波热解气化制氢和热解制氢等多种工艺。
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天然气制氢工艺流程图
天然气制氢是一种通过天然气催化蒸汽重整法制取氢气的工艺。
本文将简要介绍天然气制氢的工艺流程。
天然气制氢的工艺流程主要包括前处理、重整、变换、纯化和压缩等几个关键步骤。
首先是前处理，即对原料天然气进行除尘、除水、除硫等处理，以保证进入重整阶段的天然气质量合格。
前处理阶段还可以通过洗涤来去除一部分CO2。
接下来是重整阶段。
在重整炉中，通过添加催化剂，将天然气中的甲烷和水蒸汽在高温和高压的条件下发生气相催化反应，产生氢气和一氧化碳。
反应的化学方程式如下：
CH4 + H2O → CO + 3H2
然后是变换阶段。
在这一阶段，将重整产生的气体通过变换反应器，使一氧化碳与水蒸汽发生变换反应，生成二氧化碳和氢气。
变换后的反应气体中的一氧化碳含量将大大降低，达到了制氢的纯化要求。
变换反应的化学方程式如下：
CO + H2O → CO2 + H2
继而是纯化阶段。
在这一步骤中，变换后的气体需要通过一系列的纯化设备进行处理。
首先通过压缩冷却的方式，将气体中的水和二氧化碳等杂质分离出去，得到较为纯净的氢气。
最后一个步骤是压缩。
由于制氢过程中得到的氢气通常为低压气体，需要通过压缩设备将氢气压缩到需要的压力，以满足使用的需要。
需要注意的是，天然气制氢工艺中的每个步骤都是复杂而关键的，需要使用高科技设备和高效催化剂来保证反应的效果和气体的纯化度。
综上所述，天然气制氢的工艺流程包括前处理、重整、变换、纯化和压缩等步骤。
通过以上的流程，天然气中的甲烷可以被转化为高纯度的氢气，具有广阔的应用前景。