煤制氫工藝的應用及改進措施

馬天笑 王鐵成

中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司 廣東揭陽 5 2 2 0 0 0

隨著世界煤和石油儲量的減少和需求的增加，工業發展的需求是利用先進技術開采各種新能源。氫作為主要的能源載體，是所有氣體中最有效的綠色能源之一。氫氣燃燒的產物是水，不會對環境造成污染。煤炭作為制氫的主要原料，在提高其在制氫中的應用價值的同時，還可以減少燃燒不足對環境造成的污染。煤制氫工藝技術的不斷發展也在不斷的發展和更新。要實現煤化工的持續發展，必須不斷改進生產工藝。

1 煤制氫工藝的應用

1.1 煤制氫技術的制氫方法

煤氣化過程是煤制氫生產的重要環節。煤氣化的過程是利用高溫氧化煤、煤焦和氣化器，由空氣或氧氣形成，然后將煤或煤焦轉化為氣體。該方法的主要作用是將原料制備系統制備的煤粉在氣化劑的作用下進行混合，然后通過霧化使高溫氣化爐產生一氧化碳和氫氣。用低溫甲醇對所產生物料中的酸性氣體進行凈化、脫除，最后進行氫氣凈化處理。通過連續處理和加工，可以成功地從煤氣化中提取高純度氫氣。但在煤制氫過程中，必須加強對煤氣化技術的管理。由于大型設備的需要，氣流床氣化在所有生產過程中逐漸形成。但是，引氣流量對煤的綜合質量要求較高，煤的含水量和蒸發量較低，應將煤的灰熔點和熱點控制在適當的范圍內，以促進煤制氫技術的發展[1]。

1.2 煤制氫工藝過程的“三廢”處理

煤制氫技術是以煤氣化的形式通過煤氣化為制氫技術提供原料的技術。在煤氣化和提氫過程中，會產生一定的廢氣、廢水和廢渣。如果不及時處理，還會帶來嚴重的空氣、水等環境污染。因此，在煤制氫技術的發展中，必須用科學合理的手段解決“三廢”問題。首先，氣化過程中產生的灰燼可以就近掩埋。灰渣中的各種有毒成分已被汽化，殘余灰分中的各種物質的成分在相關標準允許的范圍內被控制。其次，灰水由污水處理廠嚴格處理，達到相關污水處理標準后排放或回用。第三，氣化過程中會產生一些廢氣。由于煤中硫含量高，產生的廢氣大部分是酸性氣體。對于酸性氣體的處理，生產中產生的硫化氫應送回硫磺回收裝置，使之成為硫磺生產的主要原料。此外，廢氣中也含有一定量的二氧化碳。對于二氧化碳，應采用冷卻吸附法。二氧化碳的進一步凈化可以滿足市場所要求的相關標準，如工業生產水平或食品加工水平[2]。

2 煤制氫工藝中存在的問題及改進措施

2.1 煤制氫工藝中存在的問題

（1）煤制氫技術雖在生產過程中取得了一定的成績，但由于技術等的缺陷，煤制氫工藝發展過程中還存在較大的不足，一定程度上制約著工藝的發展。如表1所示，煤的簡單處理所產生的氣體質量遠遠達不到提取高純度氫氣所要求的清潔度。表1一般處理后煤氣化的組成。

煤制氫系統存在的問題。① 在煤制氫工藝的預處理設計中，由于壓力的影響，萘和焦油在壓縮機組入口不能達到最佳的去除效果，導致煤氣化過程中存在大量的萘和焦油雜質，大大降低了煤氣化的純度。② 壓縮機組冷卻器結構不合理，使高溫處理過程中殼程水和管程氣容易堵塞。③ 氫氣的純度相對較低。從中可以看出，由于技術和設備的不完善，萘、焦油等物質大量存在，甚至超過了標準，這對制氫過程中的凈化有很大影響。但是，進一步的雜質處理需要更高的技術，所以在正常情況下，再對氣化煤中的雜質進行凈化是不夠的。氫氣直接從煤氣化組分中提取，大大降低了氫氣的純度[3]。

表1 一般粗處理后的煤氣化組成

2.2 改進措施

（1）本文對煤氣壓縮系統進行了改造，將原煤氣壓縮機的連續壓縮改為初始脫硫脫萘，然后進行壓縮處理，再進行預處理系統處理煤氣中的各種物質，從而大大降低萘和煤焦油的含量。

（2）對前處理工藝系統進行了改造。為了加強煤氣化預處理的效果，必須加強設備的布置，如增設程控閥等。程控閥的增加應根據煤處理設備的具體數量而定。在預處理過程中，適當提高操作壓力，可以通過加強設備的壓縮性能來提高預處理效果[4]。

（3）加強高效凈化器的安裝。為保證制氫質量，應在生產設備的適當位置安裝凈化裝置，進一步除去氫氣中的粉塵、焦油等雜質煤制氫工藝是制氫的主要途徑。這種方法所支持的氫氣可以用于煉油等石化企業的發展，對化工企業的發展起著巨大的作用[5-6]。

3 結語

煤制氫工藝是制氫的主要途徑。這種方法所支持的氫氣可以用于煉油等石化企業的發展，對化工企業的發展起著巨大的作用。本文總結了煤制氫技術及其存在的不足，并提出了改進措施，希望對改進措施中有用的部分能為該技術的改進提供指導。