制氢工艺简介课件
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优点：煤炭资源丰富，在我国一次能源结构中一直占有举足 轻重的地位；洁净煤气化技术的兴起。
缺点：效率较低、污染严重，需对污染物进行处理，增加成本。
4.电解水制氢
理论分解电压1.23V，每1Kg氢电耗为 32.9 KWh 。实际为～46.8KWh。 机理：正极： 2OH－ H2O + ½ O2 + 2e φ = 0.401V
二、荒煤气预处理及压缩部分
脱氨脱水后的荒煤气进入荒煤气分液罐 （V2101）进行分液，含油污水排至污水总 管出装置。由于煤气中携带一部焦油、萘 等杂质进行，吸附分离，分离后的气相进 入荒煤气压缩机入口缓冲罐（V2102）进行 稳压、分液，罐顶出来的荒煤气进入荒煤 气压缩机，荒煤气压缩机共5台，其中三台 往复压缩机、两台离心压缩机，并联使用， 经荒煤气压缩机加压后，荒煤气压力升至 1.35 Mpa（G）进入变换部分。
美元/1kg浓缩铀,能量巨大，聚变能可用几亿年。
制氢技术简介
1
化石燃料制氢
2
电解水制氢
3
生物制氢
4
光催化制氢
1甲烷重整(Steam Methane Reformation,SMR )
优点：气体燃料重整制氢中最为经济合理的。 缺点：反应需吸收大量的热，能耗高；
反应速度慢，制氢能力低，需建大规模装置，投资 高。
神木锦界天元化工有限公司
一、高效集成脱氨脱水
来自焦化装置的0.3MPa（G）荒煤气含有一定量的氨，全部进入氨水 洗塔（T2001）进行洗氨。由塔顶喷淋下来的水洗涤气体中的氨，从 氨水洗塔顶出来的气体进入脱水塔（V2002）除去煤气中的小液滴。 从水洗塔底抽出的洗氨水一部分循环进入氨水洗塔中部进行重复吸收， 浓缩氨浓度，另一部分洗氨水送至焦化进行污水焚烧。
2甲烷催化部分氧化
机理:CH4+1/2O2→CO+H2
优点：自热反应，无需外界供热，装置的固定投资低。 缺点：通常采用纯氧，成本高；
催化材料的反应热稳定性问题，操作有爆炸的危险。
3煤气化制氢
机理: C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g） CO(g)+H2O(g)→ CO2(g)+H2(g）
5.光催化制氢
Z-型体系 光催化法
半导体光 催化制氢
悬浮体系 光催化法
光电化学 体系制氢
6.生物制氢
1生物制氢的发展历史
100年前，发现微生物的作用下，以酸钙的发酵可以水中制取氢。 1931年，发现氢酶（hydrogenase），可催化氢的可逆氧化还原反应。
1937年观察到光合细菌可在黑暗中放氢。 1942年，栅藻能在光合作用下放氢。 1949年，深红红螺菌，可以利用紫色光合制氢。 目前发现的制氢细菌大约１００种。
温预化
处碳
焦Байду номын сангаас
理变
空气 化
炉
换
煤原料
干
煤焦油
馏
炉
压
变
缩
压
及
吸
一
附
氧
V
氢
化
P
气
碳
S
变
A
换
兰炭（半焦）
一、装置的概述 陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司制氢装置于
2007年建成投产，2009年进行了技术改造，装置采用 水洗脱氨、全低温变换、变压吸附（V-PSA）提纯氢 气工艺技术路线。该技术采用上海华西化工科技有限 公司的专有技术。 本装置由荒煤气脱氨脱水、荒煤气压缩、全低温变换、 变压吸附、抽真空解吸等部分组成。 制氢装置的原设计生产规模为26000Nm3/h工业氢气， 副产解吸气53593Nm3/h，荒煤气处理量72000Nm3/h （干基）。装置操作弹性为30～110%，年生产时数 为8000小时。由于加氢装置扩建至40万吨/年，用氢 量随之增加，制氢装置在2009年也进行了改造，装置 改造后生产规模为30000Nm3/h工业氢气，副产解吸 气65000Nm3/h，荒煤气处理量86500Nm3/h（干基）。
1.制氢原理 煤干馏：是指煤在隔绝空气条件下加热、分
解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、 煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可 分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦 化；700～900℃为中温干馏；500～600℃ 为低温干馏。
90000Nm3/h荒煤气制氢装置
脱压
氨缩
冷脱及
却水一
降及氧
制氢工艺技术
国内现状制氢的现状
一、我国能源现状
中国
75%
煤
石油 17%
其他 2%
6% 天然气
世界
40%
石油
24%
天然气
其他 煤
10%
26%
氢能的利用
直接燃烧----------火箭推进剂，内燃机等 燃料电池------水热电联供系统 核聚变------------氢弹，300美元/1kg氘，1.2万
2生物制氢方法比较
两类：光解产氢生物（绿藻、蓝细菌和光合细菌）和发酵产氢细菌。 蓝细菌和光合细菌产氢能力是绿藻的１/１０００，无研发价值，而绿 藻产氢效率又很低，研发缓慢。 发酵法具有三大优点： a.产氢能力和菌种生长速度高于光合产氢菌种。 b.无需光源，操作管理简便。 c.原料来源广，成本低。
我公司的制氢方法
本单元的特点是采用一台全气量通过的水洗脱氨塔，水洗脱氨塔出口 氨含量≤20～50mg/Nm3,系统补入水量少。该技术采用了集成膜专利 技术中的部分技术：将水洗脱氨塔设计为一套集成分离装置，内件 （含浮阀吸收布气单元、航天雾化吸收单元、除沫单元），使工艺气 中的氨在低温、低速、多级、高效吸收、高精度条件下得到高效分离。 分离精度≤50цm ，DOP效率达90.0%以上，且压降≤20Kpa。洗涤水负 荷调节：采用设置上、下两层可单独运行的雾化器装置，使运行负荷 有较大的调解范围，即可从4.5吨/小时提高至10.50吨/小时。雾化器喷 头处雾化水与工艺气的压差保持在0.2～0.35 MPa。
三、变换部分
来自压缩部分的荒煤气，首先进入一级过滤器 （V2201），除去夹带的水分、油污等杂物后，然 后进入饱和塔内自下而上与循环热水逆向接触， 利用热水的潜热使部分热水转化为煤气中的饱和 蒸汽，出饱和塔的水煤气进入二级过滤器（V2207） 除去夹带的水分、油污及杂质后，经水煤气/变换 气换热器（E2204）换热，温度升至200℃后进入 煤气变换炉（R2201）一段除氧床层（开工时用煤 气升温电炉对煤气升温）进行脱氧反应，以除去 煤气中的氧。煤气在除氧剂的作用下发生剧烈的 氢氧反应：O2 + 2H2 ＝ 2H2O + Q
(1) 碱性水溶负液极电： 解2H2O + 2e 2OH－ + H(22) 质φ =子－膜0.8电28解V 水发生器
2OH- H2O ＋ ½O2+2e
2H2O+2e 2OH- + H2
采用Ni或Ni合金电极，效率～75％
SPE电解水技术的主要问题是质子交 换膜和电极材料的价格昂贵。
隔膜:全氟磺酸膜 (Nafion) 阴极:Pt黑 阳极:Pt、Ir等的 合金或氧化物
缺点：效率较低、污染严重，需对污染物进行处理，增加成本。
4.电解水制氢
理论分解电压1.23V，每1Kg氢电耗为 32.9 KWh 。实际为～46.8KWh。 机理：正极： 2OH－ H2O + ½ O2 + 2e φ = 0.401V
二、荒煤气预处理及压缩部分
脱氨脱水后的荒煤气进入荒煤气分液罐 （V2101）进行分液，含油污水排至污水总 管出装置。由于煤气中携带一部焦油、萘 等杂质进行，吸附分离，分离后的气相进 入荒煤气压缩机入口缓冲罐（V2102）进行 稳压、分液，罐顶出来的荒煤气进入荒煤 气压缩机，荒煤气压缩机共5台，其中三台 往复压缩机、两台离心压缩机，并联使用， 经荒煤气压缩机加压后，荒煤气压力升至 1.35 Mpa（G）进入变换部分。
美元/1kg浓缩铀,能量巨大，聚变能可用几亿年。
制氢技术简介
1
化石燃料制氢
2
电解水制氢
3
生物制氢
4
光催化制氢
1甲烷重整(Steam Methane Reformation,SMR )
优点：气体燃料重整制氢中最为经济合理的。 缺点：反应需吸收大量的热，能耗高；
反应速度慢，制氢能力低，需建大规模装置，投资 高。
神木锦界天元化工有限公司
一、高效集成脱氨脱水
来自焦化装置的0.3MPa（G）荒煤气含有一定量的氨，全部进入氨水 洗塔（T2001）进行洗氨。由塔顶喷淋下来的水洗涤气体中的氨，从 氨水洗塔顶出来的气体进入脱水塔（V2002）除去煤气中的小液滴。 从水洗塔底抽出的洗氨水一部分循环进入氨水洗塔中部进行重复吸收， 浓缩氨浓度，另一部分洗氨水送至焦化进行污水焚烧。
2甲烷催化部分氧化
机理:CH4+1/2O2→CO+H2
优点：自热反应，无需外界供热，装置的固定投资低。 缺点：通常采用纯氧，成本高；
催化材料的反应热稳定性问题，操作有爆炸的危险。
3煤气化制氢
机理: C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g） CO(g)+H2O(g)→ CO2(g)+H2(g）
5.光催化制氢
Z-型体系 光催化法
半导体光 催化制氢
悬浮体系 光催化法
光电化学 体系制氢
6.生物制氢
1生物制氢的发展历史
100年前，发现微生物的作用下，以酸钙的发酵可以水中制取氢。 1931年，发现氢酶（hydrogenase），可催化氢的可逆氧化还原反应。
1937年观察到光合细菌可在黑暗中放氢。 1942年，栅藻能在光合作用下放氢。 1949年，深红红螺菌，可以利用紫色光合制氢。 目前发现的制氢细菌大约１００种。
温预化
处碳
焦Байду номын сангаас
理变
空气 化
炉
换
煤原料
干
煤焦油
馏
炉
压
变
缩
压
及
吸
一
附
氧
V
氢
化
P
气
碳
S
变
A
换
兰炭（半焦）
一、装置的概述 陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司制氢装置于
2007年建成投产，2009年进行了技术改造，装置采用 水洗脱氨、全低温变换、变压吸附（V-PSA）提纯氢 气工艺技术路线。该技术采用上海华西化工科技有限 公司的专有技术。 本装置由荒煤气脱氨脱水、荒煤气压缩、全低温变换、 变压吸附、抽真空解吸等部分组成。 制氢装置的原设计生产规模为26000Nm3/h工业氢气， 副产解吸气53593Nm3/h，荒煤气处理量72000Nm3/h （干基）。装置操作弹性为30～110%，年生产时数 为8000小时。由于加氢装置扩建至40万吨/年，用氢 量随之增加，制氢装置在2009年也进行了改造，装置 改造后生产规模为30000Nm3/h工业氢气，副产解吸 气65000Nm3/h，荒煤气处理量86500Nm3/h（干基）。
1.制氢原理 煤干馏：是指煤在隔绝空气条件下加热、分
解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、 煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可 分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦 化；700～900℃为中温干馏；500～600℃ 为低温干馏。
90000Nm3/h荒煤气制氢装置
脱压
氨缩
冷脱及
却水一
降及氧
制氢工艺技术
国内现状制氢的现状
一、我国能源现状
中国
75%
煤
石油 17%
其他 2%
6% 天然气
世界
40%
石油
24%
天然气
其他 煤
10%
26%
氢能的利用
直接燃烧----------火箭推进剂，内燃机等 燃料电池------水热电联供系统 核聚变------------氢弹，300美元/1kg氘，1.2万
2生物制氢方法比较
两类：光解产氢生物（绿藻、蓝细菌和光合细菌）和发酵产氢细菌。 蓝细菌和光合细菌产氢能力是绿藻的１/１０００，无研发价值，而绿 藻产氢效率又很低，研发缓慢。 发酵法具有三大优点： a.产氢能力和菌种生长速度高于光合产氢菌种。 b.无需光源，操作管理简便。 c.原料来源广，成本低。
我公司的制氢方法
本单元的特点是采用一台全气量通过的水洗脱氨塔，水洗脱氨塔出口 氨含量≤20～50mg/Nm3,系统补入水量少。该技术采用了集成膜专利 技术中的部分技术：将水洗脱氨塔设计为一套集成分离装置，内件 （含浮阀吸收布气单元、航天雾化吸收单元、除沫单元），使工艺气 中的氨在低温、低速、多级、高效吸收、高精度条件下得到高效分离。 分离精度≤50цm ，DOP效率达90.0%以上，且压降≤20Kpa。洗涤水负 荷调节：采用设置上、下两层可单独运行的雾化器装置，使运行负荷 有较大的调解范围，即可从4.5吨/小时提高至10.50吨/小时。雾化器喷 头处雾化水与工艺气的压差保持在0.2～0.35 MPa。
三、变换部分
来自压缩部分的荒煤气，首先进入一级过滤器 （V2201），除去夹带的水分、油污等杂物后，然 后进入饱和塔内自下而上与循环热水逆向接触， 利用热水的潜热使部分热水转化为煤气中的饱和 蒸汽，出饱和塔的水煤气进入二级过滤器（V2207） 除去夹带的水分、油污及杂质后，经水煤气/变换 气换热器（E2204）换热，温度升至200℃后进入 煤气变换炉（R2201）一段除氧床层（开工时用煤 气升温电炉对煤气升温）进行脱氧反应，以除去 煤气中的氧。煤气在除氧剂的作用下发生剧烈的 氢氧反应：O2 + 2H2 ＝ 2H2O + Q
(1) 碱性水溶负液极电： 解2H2O + 2e 2OH－ + H(22) 质φ =子－膜0.8电28解V 水发生器
2OH- H2O ＋ ½O2+2e
2H2O+2e 2OH- + H2
采用Ni或Ni合金电极，效率～75％
SPE电解水技术的主要问题是质子交 换膜和电极材料的价格昂贵。
隔膜:全氟磺酸膜 (Nafion) 阴极:Pt黑 阳极:Pt、Ir等的 合金或氧化物