煤制氢工艺分析与控制措施

炼油与化工

煤制氢工艺分析与控制措施

赵岩1，张

智1，田德文2

（1.远东页岩炼化有限责任公司，辽宁抚顺113115；2.佳木斯大学，黑龙江佳木斯154007）

摘要：催化裂化装置的能耗占炼油综合能耗的40%以上，随着催化裂化原料性质劣质化、重质化和反应温度等操作条件苛刻度的提高，使装置能耗持续增加。重油催化裂化装置能耗主要是烧焦能耗，其次是公用工程消耗和热回收部分。通过技术改造、优化操作，可有效地降低装置能耗。关键词：煤制氢；工艺过程；成本控制；探讨中图分类号：TQ116.2

文献标识码：B

文章编号：1671-4962（2015）03-0008-03

Analysisofcoal-to-hydrogenprocessandcontrolmeasure

ZhangZhi1，TianDewen2

ZhaoYan1，

一种手段，目前可将以下有机物从水中去除，如苯、甲苯、醋酸乙酯、丙酮等有机溶剂。用渗透膜分离技术使有机物优先透过膜从而能够将废水中的有机物脱除，只要水中的有机物含量符合标准便可进行排放［5］。如果有机水溶液中含有的有机溶剂含量为1%~5%之间，可将传统分离技术（如精馏）与渗透汽化膜分离技术结合进行有机溶剂的脱除。两者分离技术的结合能够降低分离过程的操作费用，是单纯精馏的1/2左右，生产装置的投资费用也比较低。

术却能减少能耗25%。

3结束语

做为一种新型的分离技术，渗透汽化膜分离技术需要克服汽化膜开发应用等技术问题，从而使渗透汽化膜分离技术更好地应用于各个领域。随着渗透汽化膜分离技术的发展，在石油化工方面的应用也将更加成熟，渗透汽化膜分离技术应用于石油化工能够降低生产过程中的能源消耗，保护环境，同时能够提高生产过程中的经济效益。

参考文献：

［1］索继栓，彭小芝，鲜建，等.渗透汽化膜分离技术及其在石油化工

中的应用［J］.石油化工，2013，42（4）：361-367.

［2］张庆武，曹蕊，陈翠仙，等.渗透汽化膜技术及其在有机溶剂脱水

领域的应用［J］.过滤与分离，2008（1）：19-22.

［3］王晴，李玉洲，魏建红.渗透汽化膜技术回收含水异丙醇的工业

研究［J］.河北科技大学学报，2011（2）：47-50.

［4］洪厚胜，陈龙祥，由涛，等.渗透汽化复合膜［J］.化学进展，［5］贺李.渗透汽化膜技术在医药化工中的应用［J］.山西化工，［6］周小龙，杨艳，谷圣军，等.渗透汽化膜处理低浓度甲醇废水的研

究进展［J］.安徽化工，2011（3）：59-62.收稿日期：2015-04-20

作者简介：姜晓强，男，工程师，2004年毕业于大庆石油学院化学工程与工艺专业，现从事化工工艺管理工作。

2012（5）：23-25.2009（10）：37-41.

2.3对有机混合物的分离

石油化工生产中，由于生产工艺的需要，大量的有机混合物需要分离［6］。有些有机混合物可采取传统手段进行分离，但往往会遇到一些有机混合物有相当多的部分为近沸点混合物、恒沸混合物，采用传统的分离技术如精馏方法难以分离，需要加入第3组分进行分离。采用渗透膜分离技术避免第3组分的加入，同时过程比较简单，能耗也比较低。异丁烯、异戊烯等物质与甲醇反应可以制取MTBE等产品，在其生产过程中，产生的醚化产物含有醚、醇以及烃类混合物，采用传统工艺进行分离所损耗的能耗较大，而采用渗透膜分离技

赵岩，等.煤制氢工艺分析与控制措施

由于氢能量的转换产物只有水，所以氢作为一种新型能源可实现零污染排放，氢能的制备和利用已引起各国的广泛重视［1］。发达国家围绕着制氢、储氢、用氢制定了相应的开发计划。如美国能源部的“氢能计划”，日本新日光计划中的“氢能世界能源网络计划”等。由于受资源量和技术条件的限制，煤制氢工艺已经是各国研究者研究的热点［2］。

氢气用途广泛，不仅可以作为高能燃料、保护气、石化工业原料、冶金工业还原剂，及金属高温加工过程中的保护气等，还可以作为气象观测中气球的填充气，分析测试中的标准气等。氢的另一个重要用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家用清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。液氢还可用于火箭燃料和航天器的推进剂，也可用于低温材料性能试验及超导研究［3］。

1氢气的特性

在所有元素中，氢排在元素周期表中的第1位，这就赋予氢气独一无二的特性。1.1热值高

由于氢气的分子量最小，单位重量的热值最高，单位热值下的重量也就最小，是理想的航空动力燃料。

1.2可压缩性强

由于氢原子核最小，所以可压缩性非常强，在高压下，氢气的液相和气相的差别也最小，更为特殊的是，其它气体在高温下不易被压缩，而氢气恰好相反，越是高温，可压缩性越强，这有助于对高温高压下氢气状态的理解［4］。1.3粘度低

由于氢气的分子重量和分子体积都很小，高温下分子间作用力很小，所以粘度很低，穿透力强，这一特性使氢气在高温高压下具有腐蚀性。1.4高温溶解性能强

普通气体在高温下溶解能力变弱，与所有其它气体性质相反，温度越高，氢气的溶解性反而越强，这有助于高温高压下氢气与油品的混合［5］。2煤制氢工艺原理

理论上的煤制氢工艺主要有2种：外热式工艺和自供热工艺。

外供热工艺是靠外部提供热量来实现煤的气化反应，该方法不需要氧气参与，主要煤和水蒸气

的反应，产生气体主要是H2变换反应转化成氢气。该气化方法由于不需要燃和CO，CO通过之后的烧掉一部分煤来供热，提高了煤炭向目的气体的转化率，同时，由于过程不需要氧气，使复杂的工艺得以简化，产生气化量也大大减少，提高了单位时间和空间下氢气的产量。该工艺的关键是如何有效地供给反应体系需要的热量，使反应能够顺利进行，这样该工艺才可能实现工业化，由于很多工程问题无法得到解决，目前还无法实现大规模的工业化。

自供热工艺是通过燃烧一部分煤放出热量，供给反应体系来实现煤的气化反应，这种气化方法的不足之处是要燃烧掉一部分煤，这部分煤约占总煤量的1/4，从而降低了目的产品的转化率；同时还要通入大量的氧气，不但使工艺变得复杂，而且产生了大量CO2点是工艺条件成熟，气体，易于生产控制，增大了气体处理量，目前的大多数其优

气化方式都是采用这种方法［2］。

在煤制氢工艺中，很多学者将气化和变换分割开来，这样不利于生产成本控制和工艺条件优化，从整体成本控制来讲，气化和变换是密不可分的一个整体。

煤制氢的主要反应包括：与水有关的反应，与氧有关的反应和消耗氢的反应。

2.1与水的反应

气化反应中，在一定温度下，碳与水蒸汽间发生反应见C（1）~（3）式：

C＋CO＋2H＋H2OH→→COCO＋2＋H2H2－Q（（12）2O2－Q）2O→CO2＋原子直接生成了H2在（1）式中，1个C＋Q2个氢气分（3）子，是生产中最想要的反应；反应式（2）中，1个C原子直接生成了1个氢气分子，然后经过（3）式又生成了1个氢气分子，是仅次于（1）式的反应，（1）和（2）式2个反应都发生在气化，都是吸热反应。

反应式（3）发生在变换过程，理论上1个CO分子经过变换生成1个氢气分子。这个反应是变换的最主要反应，也是变换的目的反应。

这3个反应是煤制氢的3个目的反应。2.2与氧有关的反应

C2CO+O+2→COO→2CO2+Q（4）22+Q（5）

炼油与化工

反应式（4）是碳完全燃烧的反应，消耗的碳全都用于产生热量，对生成氢气无任何贡献。反应式（5）是CO燃烧的反应，不一般不作为独立反应考虑，2C反应常数的计算中合并到反应+O（4）进行。

2反应式C＋CO→2CO+Q2（→2CO6）是碳不完全燃烧的反应，－Q

（（76）

）

与反应（1）消耗的碳全部用于转化成氢相比，反应（6）消耗的碳只有一半用于最终转化成氢气，另一半最终单独变成了CO2不作为独立反应考虑，而用于产生热量。反应反应常数的计算合并到（7）一般（6）

反应进行。

（4）式和（6）式是2个需要严格控制的反应，从经济角度来讲，煤制氢生产中既要保证造气过程需要的热量，又要保证适当地降低煤耗。

2.3消耗氢的反应

COCO＋3H2→CH4＋H2O＋QC22CO＋＋2H4H2→CH4＋2H2O＋QC＋22H→CH4＋Q

2→CH4＋这＋52HCO2＋Q2个反应中，O→CH4＋前CO24个是直接消耗氢的反应，＋Q最后1个反应由于消耗的碳而没能够产生氢，属于间接消耗的氢的反应，这5个都是不希望发生的反应，在生产工况下，这5个反应会不同程度的发生，要做的是尽可能降低这5个反应发生的强度［6］。3措施与对策

3.1造气和变换工艺指标

目前，煤制氢的设计和生产还存在一些误区，对于煤制氢造气和城市煤气造气的理念区分不是很清楚。因此，很多煤制氢工艺指标没有实现更好的优化，由于煤制氢造气和变换的共同目的是最终获得更多的H2氢在技术和经济方面都能实现更好的优化。，因此可以统筹考虑，使得煤制3.2相关工艺参数的建立和修正3.2.1原料煤质量指标的修正

（1）水分指标的强制要求由于热容量很大，如果水分含量大，在造气之前，原料煤在造气炉中要消耗大量的热值来实现自身干燥，这样会造成煤耗偏高，如果能够利用装置的余热对原料煤进行适当的干燥，对降低煤炭消耗是十分有利的，目前，国内很多煤制氢装置虽

然设计上有干燥流程，但大多数都处于闲置状态，原因就是对水含量影响煤耗的认识不足。

（2）重金属指标的的建立

目前，在国内煤制氢装置的设计中，没有原料煤的重金属含量指标要求，由于重金属含量高的煤，在造气过程中更容易发生消耗氢的反应，如铁、镍、铜、钒等，这些重金属的化合物在高温下充当了加氢反应催化剂的角色，使得一部分氢气在高温下转化成了甲烷，如果制氢装置能够使用重金属含量低一些的煤，对降低煤耗是非常有利的，建立重金属含量控制指标是未来煤制氢装置的发展方向。

3.2.2造气技术指标的修正

（1）原料煤消耗指标的建立

以生产1m3的H2作考核的的重要指标，所消耗的干煤炭量是装置操这也是所有企业经营者都

关心的指标［7，8］

，但大多数煤制氢的操作规程中都没有这一项指标要求，原因是煤消耗受原料煤质量和批次的影响比较大；技术出让方为了保证装置的顺利验收而故意隐瞒。

（2）有效气含量指标的修订

H大多数煤制氢装置有效气含量的指标是以H2＋CO来衡量，如恩德炉的有效气含量指标要求2实不够专业，＋CO≥68%CO够科学地反映煤制氢装置的工作状况，变换成H原因是在后面的变换中，，看似科学，但经过仔细推敲，实际生产中发现确2的效率大约75%~80%，H2＋应该对CO不能CO含量的有效性进行适当的修正。建议以0.8CO≥“H2＋置的最终目标产品是纯”来考核装置的即时运行状况，H因为制氢装和变换在设计理念上是严重脱节的，H＋CO指标的长期使用，2。

2反映了国内在造气修改这一指标是装置设计与操作优化的必然结果，也是装置设计和优化的发展方向。4结论

（1）将煤制氢的反应与水有关的反应、与氧有关的反应和消耗氢的反应，表达的更直观，有利于指导设计与生产的优化。

（2）增加煤耗指标和原料煤重金属含量指标，是企业降低成本的发展方向。

（3）煤耗指标是衡量煤制氢装置操作状况的第1指标，应早日建立煤耗控制指标。

炼油与化工

热收缩膜专用料2420D的研究开发

李传明

（大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆163714）

摘要：通过对热收缩膜专用料的结构分析，进行了高压低密度聚乙烯热收缩膜专用料2420D的结构设计，确定了其性能指标。研究了聚合工艺条件，结合2420D性能指标，确定了2420D的生产工艺条件，制定工业化生产方案，试验产品达到了设计要求。关键词：LDPE；热收缩膜；专用料；工艺条件中图分类号：TQ320.6

文献标识码：A

文章编号：1671-4962（2015）03-0011-04

Researchanddevelopmentofspecialresin2420Dforheatshrinkablefilm

LiChuanming

（PlasticsPlantofDaqingPetrochemicalCompany，Daqing163714，China）

Abstract：Bystructuralanalysistothespecialresinforheatshrinkablefilm，thestructuraldesignwasmadetothespecial

resin2420DusedforheatshrinkableLDPEfilm，anditsperformanceindexwasdetermined.Polymerizationprocessconditionwasresearched，productionprocessconditionof2420Dwasdetermined，industrializationproductionplanwasmade.Theexperimentalproductmetthedesignrequirement，andapplicationexperimentandtestweremadetotheheatshrinkablefilm.Keywords：LDPE；heatshrinkablefilm；specialresin；processcondition

高压低密度聚乙烯（LDPE）的化学稳定性好，一般酸碱对其无明显的破坏作用，可应用于化工生产中，良好的介电性能又使其在电气方面用作绝缘材料。我国正成为世界上最大的聚乙烯薄膜和包装袋出口国，大量供应北美、日本和西欧。但由于我国石化企业的自身研发能力有限，产品多集中在通用料级别上。国内目前已经建成的18套装置生产高压低密度聚乙烯，大部分都应用于薄膜、重包装膜和农用薄膜的通用产品上，特种专用料和高端专用料的生产较少，大部分靠进口。

某石化企业综合分析了多种专用料开发难

度、装置设备改造费用、市场需求、同行业竞争等因素后，决定开发高压低密度聚乙烯热收缩膜专用料树脂［1］。由于目前国内同类装置还未生产出热收缩膜专用料，因此暂时没有可借鉴的生产经验。只能通过对国内外已有的市场反应较好的热收缩膜专用料进行结构剖析，对装置聚合工艺条件进行研究，确定2420D的生产工艺。

1生产装置及工艺1.1生产装置

（4）强化水含量指标控制和修订有效气含量指标，是煤制氢装置成本管理与经济优化的必然

结果，也是装置优化必然的发展方向。

参考文献：

［1］乔春珍.含碳能源制氢的现状及发展［J］.交通节能与环保，［2］谢继东.煤气化制氢新技术的探讨［J］.现代化工，

［3］郑秋艳.氢气的生产方法综述［J］.低温与特气，2009（6）：12-15.

2007（6）：335-338.2010（2）：40-43.

［4］马捷.氢气机循环的热力学分析及其变化特征［J］.上海交通大学

学报，2001（5）：787-790.

［5］郑青榕.氢分子在活性炭上的吸附特性分析［J］.西安交通大学学

报，2008（4）：505-508.

［6］李永恒.降低造气煤耗的途径［J］.专家论坛，2005（2）：1-4.［7］黄金亮.如何稳定炉况降低煤耗［J］.中氮肥，2012（1）：20-22.［8］苏月清.造气降低煤耗措施的探讨［J］.小氮肥，2006（6）：10-13.收稿日期：2015-03--17

作者简介：赵岩，男，工程师，2001年毕业于吉林化工学院精细化工专业，现从事化工设计与生产研究工作。