煤制氢工艺的应用及改进措施黄志刚陈晓云

煤制氢工艺的应用及改进措施黄志刚陈晓云

黄志刚陈晓云

新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州841000

摘要：煤制氢是炼厂氢气来源的新兴选择。近年来我国各地炼厂建设了一系列大规模煤制氢装置。在氢气需求量大、天然气价格较高的情况下，煤制氢经济性更好。在油价和天然气价格高企，而煤炭价格相对平稳的现状下，大规模煤气化制氢不仅具备成本优势，而且可以优化炼厂的物料平衡，已经成为中国炼厂制氢的重要发展方向。本文主要分析了煤制氢工艺的应用，并针对其中存在的问题提出了些改进措施，希望能推进我国煤化工领域的清洁化发展进程。

关键词：煤制氢；应用；改进措施

随着科学技术的迅速发展，炼厂对氢气工业的稳定性要求越来越严格，炼厂建设煤制氢装置时，首先应确保装置的稳定性，确保原料性质和数量的稳定供应，同时选择成熟可靠的气化技术。目前，制氢技术包括炼厂废氢回收；烃类蒸汽转化制氢；以及非催化部分氧化制氢。其中，烃类蒸汽转化制氢工艺的优点是技术成熟，原料清洁环保，设备可靠，投资不高，装置可实现长周期运行。而相对的缺点是炼油厂烃类气体量受限制，天然气价格昂贵，氢气成本高。因此，煤制取氢气其最大的优点就是技术日臻成熟，原料成本低，装置规模大。但是由于现代技术的局限性，煤制氢还有以下缺点：其设备结构复杂、运转周期相对短、投资高、配套装置多。因此，随着技术的进步煤制氢工艺也在不断更新，只有不断完善制作工艺，煤化工的发展才能朝着经济、高效环保的道路发展。

一、煤制氢工艺的应用

（一）煤制氢技术的制氢方法

煤制氢的关键环节是煤气化的过程，该过程主要是通过高温将煤、煤焦与空气或氧气形成的气化剂进行氧化反应，从而将煤或者是煤焦转化成煤气。其主要的作用机理是使原料制备系统制备的煤粉或煤浆在气化剂或者相应蒸汽的作用下进行混合，而后经过雾化使其在高温气化炉中生成一氧化碳与氢气，利用低温甲醇将生成的物质中的酸性气体进行清洗与脱除，最终进行提纯氢气的工序。通过有顺序的处理及加工工艺，在气化的煤中可以成功的提取出较高纯度的氢气。但在煤制氢工艺加工过程中一定要强化煤气化技术的管理，因煤气化需要较大规模的装置，所以制取过程中逐渐形成了气流床气化制取形式，但气流床对煤炭的综合质量的要求较高，煤炭的含水量与水分的蒸发要较低，且煤炭的灰熔点与热点均要控制在适当的范围内，以促使煤制氢技术的制氢工艺的顺利开展。

（二）煤制氢工艺过程中的“三废”处理

煤制氢技术是通过将煤进行气化处理以煤气化的形成为制氢技术提供原材料，在煤气化与氢提取的过程会产生一定的废气、废水与废渣，如不及时处理同样会带来严重的大气、水等环境污染。因而在煤制氢技术发展过程中必须以科学合理的手段对“三废”问题进行处理。首先，在气化过程中产生的灰渣可以就近进行填埋。灰渣中各种有毒的成分已经被气化掉，残余的灰渣中的各种物质的成分已经控制在相关标准允许的范围内。其次，灰水要经过污水处理装置的严格处理，在达到相关的污水处理标准后将其进行排放或回收利用。第三，气化过程中会产生一定的废气，因煤炭中的硫成分较重，所以产生的废气多为酸性气体。针对于酸性气体的处理要将生产中产生的硫化氢送回硫黄回收装置中，使其制取硫黄的主要材料。另外，废气中还有一定的二氧化碳，针对于二氧化碳要利用冷却吸附工艺，对二氧化碳进一步的提纯使其可以到达市场需要的相关标准，如工业生产级或食品加工级。

二、煤制氢工艺的改进措施

（一）煤制氢工艺中存在的问题

煤制氢技术虽在生产过程中取得了一定的成绩，但由于技术等的缺陷，煤制氢工艺发展过程中还存在较大的不足，一定程度上制约着工艺的发展。

（1）煤气处理。煤炭在进过一般的粗处理后产生的煤气的质量远远没有达到提取高纯度氢气所要求的洁净程度。

（2）煤制氢系统存在的问题。①煤制氢技术在进行预处理的设计时在压缩机组的入口处，因压强的影响萘及焦油无法实现最好的脱出效果，致使煤气化中有大量的杂质萘及焦油的存在，大大降低了气化煤的纯度。②压缩机组的冷却器结构不合理，致使在进行高温加工过程中水走在壳程中而煤气走在管程中，二者容易发生堵塞的现象。③氢气的纯度较低，从①中可知煤气化过程中由于技术及设备的不完善，萘和焦油等物质大量的存在，甚至是超标，这样在制取氢气的过程中会对提纯造极大的影响。而进一步的杂质清理需要更高的技术，因而通常情况下对气化的煤再次进行杂质的清理工作不足，直接以煤气化的成分进行氢提取，大大降低了氢气的纯度。

（二）改进措施

（1）就煤气化的压缩系统进行改造，将原有的煤压机的连续压缩改为初步脱硫、脱萘，然后在进行压缩的工序，然后进入预处理系统对煤气中的各种物质进行处理，从而大大降低萘、煤焦油等的含量。

（2）就预处理工序系统进行改造。为强化煤气化预处理的功效要强化设备的安置，如增加程控阀，程控阀的增加要根据煤处理的具体量值进行设置。而预处理工序操作过程中要适当的提高操作的压强，以通过强化设备的压缩性能来提高预处理的效果。

（3）强化高效净化器的安装。为确保制取的氢气的质量，生产中要在设备适当位置安装净化装置，以进一步的除去氢气中的灰尘及焦油等杂质。

煤制氢工艺是氢气提取的主要方式，该种方法支撑的氢气可以投入到炼油厂等石化企业的发展中去，对化工企业的发展作用巨大。本文通过总结煤制氢技术及其存在的不足，并提出了改进措施，希望改进措施中有用的部分能为该项技术的改进提供指导。

结语

目前为止，我国依然是一个发展中国家，发展低碳洁净能源是保证我国经济可持续发展的必然选择。随着科技技术的不断发展，煤制氢工艺技术在我国有着很大的发展前景，同时已在我国各大企业中应用成功。与传统制氢工艺相比，煤制氢工艺技术条件更显成熟，经济成本较为优势，煤制氢的后期发展前景将会迈出新的一个台阶。

参考文献：

[1]刘书朋.煤和天然气制氢工艺技术经济分析[J].炼油技术与工程，2016，（07）.

[2]赵岩.煤制氢气――当今全加氢型炼油厂的发展方向[J].炼油技术与工程，2015，（04）.

[3]谢继东，李文华，陈亚飞.煤制氢技术的初步方案及性能分析[J].洁净煤技术，2011.

[4]陆雨林.新兴经济体煤制氢快速发展[N].中国石化报，2014.

[5]李兵，王培红.氢能经济发展现状及展望[J].上海电力，2010.