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2200Nm3天然气制氢方案

摘要：687-H-0401132200Nm3/h天然气制氢技术方案

1、前言

以轻烃为原料制取工业氢，国内外均认为蒸汽转化法为最佳方案。大型合成氨厂以及炼油厂

和石油化工厂的制氢装置，其造气工艺大多为水蒸汽转化法。经过多年的生产实践，目前已积累

了许多成功的工程设计和操作经验。因此本方案采用水蒸汽转化法造气工艺。国内外蒸汽转化制

氢的净化工艺主要有两种。即化学净化法和变压吸附净化法（PSA净化法）。国内早期建设的制

氢装置均采用化学净化法。由于近年PSA技术的进步（多床多次均压，吸附剂性能的改进等），

使氢的回收率最高达95%，加之PSA技术的国产化，极大降低了PSA装置的投资以及其操作

成本，使该技术在新建制氢装置中占主导地位。由于装置采用价格较低而且产氢量高的天然气为

原料。选择PSA净化气体，其制氢成本比采用化学净化法的制氢成本低。同时采用PSA技术具

有流程简单、自动化程度高、产品氢纯度高（纯度可达99.999%）等特点，因此，我们推荐用

户采用PSA净化技术。综上所述，以天然气为原料的制氢装置采用水蒸汽转化法加PSA净化工

艺。

2、原料天然气组成及产品方案

2.1原料气组成本方案以天然气为原料。

其组成如下表：

天然气组成名称甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷组成（V%）96.971.750.330.10.03

0.01名称氧氮水硫化氢二氧化碳氩、氦、氢组成（V%）0.480.240.090进

装置温度：常温进装置压力：常压

2.2生产规模2200Nm3/h纯氢

2.3产品方案产品

压力：～0.3MPa

产品H2气体组成

组成H2N2O2CH4CLC2CO2S

含量，%981.60.4210ppm10ppm10ppm0.1ppm

3、工艺流程

3.1工艺概述

本制氢装置是以天然气为原料，采用蒸汽转化造气工艺制取转化气，回收部分热量后，经变

换得粗氢气，粗氢经PSA除去杂质得纯H2。转化压力～1.9MPa（A）。

3.2基本原理

3.2.1天然气脱硫(注：硫含量以管输天然气标准计)

本装置选用行之有效的干法脱硫来处理原料气中的硫分，根据原料气中硫组分和含量，在一

定温度、压力下，原料气通过氧化锰及氧化锌脱硫剂，将原料气中的有机硫、H2S脱至0．2PPM

以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求，其主要反应为：

3.2.2烃类的蒸汽转化

烃类的蒸汽转化是以水蒸汽为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到制取氢气

的原料气。这一过程为吸热过程，故需外供热量，转化所需的热量由转化炉辐射段提供。在镍催

化剂存在下其主要反应如下：

3.2.3转化

气中CO变换变换工序的作用是使CO在变换催化剂存在条件下，与水蒸汽反应而生成CO2

和H2，既降低后工序分离CO负荷，更增加了氢气产量降低了原料消耗。其反应式如下：以上

反应是可逆的放热反应，降低温度或增加H2O蒸汽用量，均有利于变换反应进行。

3.2.4变压吸附提氢

吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面

被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，

被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，

即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。PSA氢提纯装置中的吸附主要为物理吸附。

物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特

点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬

间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附

剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂

上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，

可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，