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煤制氫工藝分析與控制措施

文檔作者：趙巖張智田德文文檔來源： 1．遠東頁巖煉化有限責(zé)任公司 2．佳木斯大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月28日
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8
煉油與化工
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 第26卷
煤制氫工藝分析與控制措施
趙巖。，張智 ，田德文
(1．遠東頁巖煉化有限責(zé)任公司，遼寧撫順113115；2．佳木斯大學(xué)，黑龍江佳木斯154007)
摘要：催化裂化裝置的能耗占煉油綜合能耗的40％以上，隨著催化裂化原料性質(zhì)劣質(zhì)化、重質(zhì)化和
反應(yīng)溫度等操作條件苛刻度的提高，使裝置能耗持續(xù)增加。重油催化裂化裝置能耗主要是燒焦能
耗，其次是公用工程消耗和熱回收部分。通過技術(shù)改造、優(yōu)化操作，可有效地降低裝置能耗。
關(guān)鍵詞：煤制氫；工藝過程；成本控制；探討
中圖分類號：TQll6．2 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1671—4962(2015)03—0008-03
Analysis of coal-to—-hydrogen process and control measure
，,~fuzngZhi1，Tian Dewen2
(1．YuanDongShaleOilRefining＆ChemicalCo．，Ltd Fushun 113115，China；2．JiamusiUniversicy，Jiamusi 154007，China)
Abstract：From the production technology control point of view，this paper made more scientific classification to the coal—to—
hydrogen reaction．By reclassification of the reaction equation。it directly revealed the scientific control method of coal—to—
hydrogen production，put forward brand new control philosophy，and can help production enterprise to further reduce coal
consumption and cost．
Keywords：coal—to—hydrogen；process；cost control；discussion
一種手段，目前可將以下有機物從水中去除，如
苯、甲苯、醋酸乙酯、丙酮等有機溶劑。用滲透膜
分離技術(shù)使有機物優(yōu)先透過膜從而能夠?qū)U水中
的有機物脫除，只要水中的有機物含量符合標(biāo)準
便可進行排放b 。如果有機水溶液中含有的有機
溶劑含量為1％～5％之間，可將傳統(tǒng)分離技術(shù)(如精
餾)與滲透汽化膜分離技術(shù)結(jié)合進行有機溶劑的
脫除。兩者分離技術(shù)的結(jié)合能夠降低分離過程的
操作費用，是單純精餾的112左右，生產(chǎn)裝置的投
資費用也比較低。
2．3對有機混合物的分離
石油化工生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的需要，大量
的有機混合物需要分離 ]。有些有機混合物可采
取傳統(tǒng)手段進行分離，但往往會遇到一些有機混
合物有相當(dāng)多的部分為近沸點混合物、恒沸}昆合
物，采用傳統(tǒng)的分離技術(shù)如精餾方法難以分離，需
要加入第3組分進行分離。采用滲透膜分離技術(shù)
避免第3組分的加入，同時過程比較簡單，能耗也
比較低。異丁烯、異戊烯等物質(zhì)與甲醇反應(yīng)可以
制取MTBE等產(chǎn)品，在其生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的醚化
產(chǎn)物含有醚、醇以及烴類混合物，采用傳統(tǒng)工藝進
行分離所損耗的能耗較大，而采用滲透膜分離技
術(shù)卻能減少能耗25％。
3結(jié)束語
做為一種新型的分離技術(shù)，滲透汽化膜分離
技術(shù)需要克服汽化膜開發(fā)應(yīng)用等技術(shù)問題，從而
使?jié)B透汽化膜分離技術(shù)更好地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
隨著滲透汽化膜分離技術(shù)的發(fā)展，在石油化工方
面的應(yīng)用也將更加成熟，滲透汽化膜分離技術(shù)應(yīng)
用于石油化工能夠降低生產(chǎn)過程中的能源消耗，
保護環(huán)境，同時能夠提高生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟效益。
參考文獻：
【1]索繼栓，彭小芝，鮮建，等．滲透汽化膜分離技術(shù)及其在石油化工
中的應(yīng)用[J]．石油化工，2013，42(4)：361-367．
[2]張慶武，曹蕊，陳翠仙，等．滲透汽化膜技術(shù)及其在有機溶劑脫水
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[3]王晴，李玉洲，魏建紅．滲透汽化膜技術(shù)回收含水異丙醇的工業(yè)
研究[J]．河北科技大學(xué)學(xué)報，2011(2)：47-50．
[4]洪厚勝，陳龍祥，由濤，等．滲透汽化復(fù)合膜[J]．化學(xué)進展，
2009(10)：37—41．
[5]賀李．滲透汽化膜技術(shù)在醫(yī)藥化工中的應(yīng)用[J]．山西化工，
2012(5)：23—25．
[6]周小龍，楊艷，谷圣軍，等．滲透汽化膜處理低濃度甲醇廢水的研
究進展[J]．安徽化工，2011(3)：59—62．
收稿日期：2015-414—20
作者簡介：姜曉強，男，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工程
與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事化工工藝管理工作。
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2015年第3期 趙巖，等．煤制氫工藝分析與控制措施 9
由于氫能量的轉(zhuǎn)換產(chǎn)物只有水，所以氫作為
一種新型能源可實現(xiàn)零污染排放，氫能的制備和
利用已引起各國的廣泛重視n]。發(fā)達國家圍繞著
制氫、儲氫、用氫制定了相應(yīng)的開發(fā)計劃。如美國
能源部的“氫能計劃”，日本新日光計劃中的“氫能
世界能源網(wǎng)絡(luò)計劃”等。由于受資源量和技術(shù)條
件的限制，煤制氫工藝已經(jīng)是各國研究者研究的
熱點 。
氫氣用途廣泛，不僅可以作為高能燃料、保護
氣、石化工業(yè)原料、冶金工業(yè)還原劑，及金屬高溫
加工過程中的保護氣等，還可以作為氣象觀測中
氣球的填充氣，分析測試中的標(biāo)準氣等。氫的另
一個重要用途是對人造黃油、食用油、洗發(fā)精、潤
滑劑、家用清潔劑及其它產(chǎn)品中的脂肪氫化。液
氫還可用于火箭燃料和航天器的推進劑，也可用
于低溫材料性能試驗及超導(dǎo)研究b]。
1氫氣的特性
在所有元素中，氫排在元素周期表中的第1
位，這就賦予氫氣獨一無二的特性。
1．1熱值高
由于氫氣的分子量最小，單位重量的熱值最
高，單位熱值下的重量也就最小，是理想的航空動
力燃料。
1．2可壓縮性強
由于氫原子核最小，所以可壓縮性非常強，在
高壓下，氫氣的液相和氣相的差別也最小，更為特
殊的是，其它氣體在高溫下不易被壓縮，而氫氣恰
好相反，越是高溫，可壓縮性越強，這有助于對高
溫高壓下氫氣狀態(tài)的理解 。
1．3粘度低
由于氫氣的分子重量和分子體積都很小，高
溫下分子間作用力很小，所以粘度很低，穿透力
強，這一特性使氫氣在高溫高壓下具有腐蝕性。
1．4高溫溶解性能強
普通氣體在高溫下溶解能力變?nèi)?，與所有其
它氣體性質(zhì)相反，溫度越高，氫氣的溶解性反而越
強，這有助于高溫高壓下氫氣與油品的混合 ]。
2煤制氫工藝原理
理論上的煤制氫工藝主要有2種：外熱式工藝
和自供熱工藝。
外供熱工藝是靠外部提供熱量來實現(xiàn)煤的氣
化反應(yīng)，該方法不需要氧氣參與，主要煤和水蒸氣
的反應(yīng)，產(chǎn)生氣體主要是H：和CO，CO通過之后的
變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氫氣。該氣化方法由于不需要燃
燒掉一部分煤來供熱，提高了煤炭向目的氣體的
轉(zhuǎn)化率，同時，由于過程不需要氧氣，使復(fù)雜的工
藝得以簡化，產(chǎn)生氣化量也大大減少，提高了單位
時間和空間下氫氣的產(chǎn)量。該工藝的關(guān)鍵是如何
有效地供給反應(yīng)體系需要的熱量，使反應(yīng)能夠順
利進行，這樣該工藝才可能實現(xiàn)工業(yè)化，由于很多
工程問題無法得到解決，目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模
的工業(yè)化。
自供熱工藝是通過燃燒一部分煤放出熱量，
供給反應(yīng)體系來實現(xiàn)煤的氣化反應(yīng)，這種氣化方
法的不足之處是要燃燒掉一部分煤，這部分煤約
占總煤量的1／4，從而降低了目的產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率；同
時還要通入大量的氧氣，不但使工藝變得復(fù)雜，而
且產(chǎn)生了大量CO 氣體，增大了氣體處理量，其優(yōu)
點是工藝條件成熟，易于生產(chǎn)控制，目前的大多數(shù)
氣化方式都是采用這種方法 。
在煤制氫工藝中，很多學(xué)者將氣化和變換分
割開來，這樣不利于生產(chǎn)成本控制和工藝條件優(yōu)
化，從整體成本控制來講，氣化和變換是密不可分
的一個整體。
煤制氫的主要反應(yīng)包括：與水有關(guān)的反應(yīng)，與
氧有關(guān)的反應(yīng)和消耗氫的反應(yīng)。
2．1與水的反應(yīng)
氣化反應(yīng)中，在一定溫度下，碳與水蒸汽間發(fā)
生反應(yīng)見(1)～(3)式：
C+2H：0 CO：+2H：一Q (1)
C+H20_ CO+H2一Q (2)
co+H20 COz+H +Q (3)
在(1)式中，1個c原子直接生成了2個氫氣分
子，是生產(chǎn)中最想要的反應(yīng)；反應(yīng)式(2)中，1個C
原子直接生成了1個氫氣分子，然后經(jīng)過(3)式又
生成了1個氫氣分子，是僅次于(1)式的反應(yīng)，(1)
和(2)式2個反應(yīng)都發(fā)生在氣化，都是吸熱反應(yīng)。
反應(yīng)式(3)發(fā)生在變換過程，理論上1個co分
子經(jīng)過變換生成1個氫氣分子。這個反應(yīng)是變換
的最主要反應(yīng)，也是變換的目的反應(yīng)。
這3個反應(yīng)是煤制氫的3個目的反應(yīng)。
2．2與氧有關(guān)的反應(yīng)
C+02-*c02+Q (4)
2co+o2---2C0：+Q (5)
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煉油與化工
10 REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 第26卷
反應(yīng)式(4)是碳完全燃燒的反應(yīng)，消耗的碳全
都用于產(chǎn)生熱量，對生成氫氣無任何貢獻。反應(yīng)
式(5)是CO燃燒的反應(yīng)，不一般不作為獨立反應(yīng)
考慮，反應(yīng)常數(shù)的計算中合并到反應(yīng)(4)進行。
2C+O：—斗2C0+Q (6)
C+co2-~2co—Q (7)
反應(yīng)式(6)是碳不完全燃燒的反應(yīng)，與反應(yīng)
(1)消耗的碳全部用于轉(zhuǎn)化成氫相比，反應(yīng)(6)消
耗的碳只有一半用于最終轉(zhuǎn)化成氫氣，另一半最
終單獨變成了CO 而用于產(chǎn)生熱量。反應(yīng)(7)一般
不作為獨立反應(yīng)考慮，反應(yīng)常數(shù)的計算合并到(6)
反應(yīng)進行。
(4)式和(6)式是2個需要嚴格控制的反應(yīng)，從
經(jīng)濟角度來講，煤制氫生產(chǎn)中既要保證造氣過程
需要的熱量，又要保證適當(dāng)?shù)亟档兔汉摹?
2．3消耗氫的反應(yīng)
CO+3Hr CH4+H20+Q
CO2+4H2一CH +2H20+Q
C+2H2_+CH4+Q
2co+2H2— CH4+co2+Q
C+2H20—斗CH4+co2+Q
這5個反應(yīng)中，前4個是直接消耗氫的反應(yīng)，
最后1個反應(yīng)由于消耗的碳而沒能夠產(chǎn)生氫，屬于
間接消耗的氫的反應(yīng)，這5個都是不希望發(fā)生的反
應(yīng)，在生產(chǎn)工況下，這5個反應(yīng)會不同程度的發(fā)生，
要做的是盡可能降低這5個反應(yīng)發(fā)生的強度 。
3措施與對策
3．1造氣和變換工藝指標(biāo)
目前，煤制氫的設(shè)計和生產(chǎn)還存在一些誤區(qū)，
對于煤制氫造氣和城市煤氣造氣的理念區(qū)分不是
很清楚。因此，很多煤制氫工藝指標(biāo)沒有實現(xiàn)更
好的優(yōu)化，由于煤制氫造氣和變換的共同目的是
最終獲得更多的H：，因此可以統(tǒng)籌考慮，使得煤制
氫在技術(shù)和經(jīng)濟方面都能實現(xiàn)更好的優(yōu)化。
3．2相關(guān)工藝參數(shù)的建立和修正
3．2．1原料煤質(zhì)量指標(biāo)的修正
(1)水分指標(biāo)的強制要求
由于熱容量很大，如果水分含量大，在造氣之
前，原料煤在造氣爐中要消耗大量的熱值來實現(xiàn)
自身干燥，這樣會造成煤耗偏高，如果能夠利用裝
置的余熱對原料煤進行適當(dāng)?shù)母稍?，對降低煤?
消耗是十分有利的，目前，國內(nèi)很多煤制氫裝置雖
然設(shè)計上有干燥流程，但大多數(shù)都處于閑置狀態(tài)，
原因就是對水含量影響煤耗的認識不足。
(2)重金屬指標(biāo)的的建立
目前，在國內(nèi)煤制氫裝置的設(shè)計中，沒有原料
煤的重金屬含量指標(biāo)要求，由于重金屬含量高的
煤，在造氣過程中更容易發(fā)生消耗氫的反應(yīng)，如
鐵、鎳、銅、釩等，這些重金屬的化合物在高溫下充
當(dāng)了加氫反應(yīng)催化劑的角色，使得一部分氫氣在
高溫下轉(zhuǎn)化成了甲烷，如果制氫裝置能夠使用重
金屬含量低一些的煤，對降低煤耗是非常有利的，
建立重金屬含量控制指標(biāo)是未來煤制氫裝置的發(fā)
展方向。
3．2．2造氣技術(shù)指標(biāo)的修正
(1)原料煤消耗指標(biāo)的建立
以生產(chǎn)1 m 的H：所消耗的干煤炭量是裝置操
作考核的的重要指標(biāo)，這也是所有企業(yè)經(jīng)營者都
關(guān)心的指標(biāo)"· ，但大多數(shù)煤制氫的操作規(guī)程中都
沒有這一項指標(biāo)要求，原因是煤消耗受原料煤質(zhì)
量和批次的影響比較大；技術(shù)出讓方為了保證裝
置的順利驗收而故意隱瞞。
(2)有效氣含量指標(biāo)的修訂
大多數(shù)煤制氫裝置有效氣含量的指標(biāo)是以
H：+CO來衡量，如恩德爐的有效氣含量指標(biāo)要求
H +CO>~68％，看似科學(xué)，但經(jīng)過仔細推敲，發(fā)現(xiàn)確
實不夠?qū)I(yè)，原因是在后面的變換中，實際生產(chǎn)中
CO變換成H。的效率大約75％～80％ ，H +CO不能
夠科學(xué)地反映煤制氫裝置的工作狀況，應(yīng)該對CO
含量的有效性進行適當(dāng)?shù)男拚＝ㄗh以“H：+
0．8CO~>”來考核裝置的即時運行狀況，因為制氫裝
置的最終目標(biāo)產(chǎn)品是純H 。
H：+CO指標(biāo)的長期使用，反映了國內(nèi)在造氣
和變換在設(shè)計理念上是嚴重脫節(jié)的，修改這一指
標(biāo)是裝置設(shè)計與操作優(yōu)化的必然結(jié)果，也是裝置
設(shè)計和優(yōu)化的發(fā)展方向。
4結(jié)論
(1)將煤制氫的反應(yīng)與水有關(guān)的反應(yīng)、與氧有
關(guān)的反應(yīng)和消耗氫的反應(yīng)，表達的更直觀，有利于
指導(dǎo)設(shè)計與生產(chǎn)的優(yōu)化。
(2)增加煤耗指標(biāo)和原料煤重金屬含量指標(biāo)，
是企業(yè)降低成本的發(fā)展方向。
(3)煤耗指標(biāo)是衡量煤制氫裝置操作狀況的
第1指標(biāo)，應(yīng)早日建立煤耗控制指標(biāo)。
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2015年第3期
煉油與化工
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY
熱收縮膜專用料2420D的研究開發(fā)
李傳明
(大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶163714)
摘要：通過對熱收縮膜專用料的結(jié)構(gòu)分析，進行了高壓低密度聚乙烯熱收縮膜專用料2420D的結(jié)構(gòu)
設(shè)計，確定了其性能指標(biāo)。研究了聚合工藝條件，結(jié)合2420D性能指標(biāo)，確定了2420D的生產(chǎn)工藝
條件，制定工業(yè)化生產(chǎn)方案，試驗產(chǎn)品達到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：LDPE；熱收縮膜；專用料；工藝條件
中圖分類號：TQ320．6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：167l一4962(2015)03—0011—04
Research and development of special resin 2420D for heat shrinkable film
LiChuanming
(Plastics Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China)
Abstract：By structural analysis to the special resin for heat shrinkable film ，the structural design was made to the special
resin 2420D used for heat shrinkable LDPE film ．a(chǎn)nd its performance index was determined．Polymerization process
condition was researched，production process condition of 2420D was determined，industrialization production plan was
made．The experimental product met the design requirement，and application experiment and test were made to the heat
shrinkable film．
Keywords：LDPE；heat shrinkable film；special resin；process condition
高壓低密度聚乙烯(LDPE)的化學(xué)穩(wěn)定性好，
一般酸堿對其無明顯的破壞作用，可應(yīng)用于化工
生產(chǎn)中，良好的介電性能又使其在電氣方面用作
絕緣材料。我國正成為世界上最大的聚乙烯薄膜
和包裝袋出口國，大量供應(yīng)北美、13本和西歐。但
由于我國石化企業(yè)的自身研發(fā)能力有限，產(chǎn)品多
集中在通用料級別上。國內(nèi)目前已經(jīng)建成的18套
裝置生產(chǎn)高壓低密度聚乙烯，大部分都應(yīng)用于薄
膜、重包裝膜和農(nóng)用薄膜的通用產(chǎn)品上，特種專用
料和高端專用料的生產(chǎn)較少，大部分靠進口。
某石化企業(yè)綜合分析了多種專用料開發(fā)難
度、裝置設(shè)備改造費用、市場需求、同行業(yè)競爭等
因素后，決定開發(fā)高壓低密度聚乙烯熱收縮膜專
用料樹脂?。由于目前國內(nèi)同類裝置還未生產(chǎn)出
熱收縮膜專用料，因此暫時沒有可借鑒的生產(chǎn)經(jīng)
驗。只能通過對國內(nèi)外已有的市場反應(yīng)較好的熱
收縮膜專用料進行結(jié)構(gòu)剖析，對裝置聚合工藝條
件進行研究，確定2420D的生產(chǎn)工藝。
1生產(chǎn)裝置及工藝
1．1生產(chǎn)裝置
(4)強化水含量指標(biāo)控制和修訂有效氣含量
指標(biāo)，是煤制氫裝置成本管理與經(jīng)濟優(yōu)化的必然
結(jié)果，也是裝置優(yōu)化必然的發(fā)展方向。
參考文獻：
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2007(6)：335—338．
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收稿日期：2015—03— 17
作者簡介：趙巖，男，工程師，2001年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院精細化工專
業(yè)，現(xiàn)從事化工設(shè)計與生產(chǎn)研究工作。

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