焦炉煤气制取氢气技术在工业中的应用

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摘 要：在煤炭炼焦工业生产过程中，会产生大量的焦炉煤气。往日工业技术不发达的时候，产生的焦炉煤气一般都是直接排放，这不仅是资源浪费现象，还造成了严重的生态环境污染。在对焦炉煤气的开发利用过程中，因其含有大量的氢气，而氢气作为清洁的能源以及在钢铁行业的广泛应用，所以对焦炉煤气制氢工艺的研究一直是焦炉煤气深度利用的重要技术之一。本文就焦炉煤气制氢工艺进行了简要介绍，并对其在工业中的应用进行了说明

关键词：焦炉煤气；氢气；工业应用

首先来说，氢气作为一种清洁能源，在日益注重环保的今天，其重要地位不得而知；其次，氢气作为还原气体，在钢铁行业中也有广泛的引用；另外，在双氧水项目中，氢气也是其主要的原料之一；最后，在焦化装置与焦油加氢工艺联产，能充分利用焦化装置的优势，通过一系列工艺程序制取氢气，为后续焦油加氢提供必备的原料。以上这些原因使得人们对氢气制取工艺的研究逐渐重视起来。对焦炉煤气的成分检测发现，焦炉煤气中含有大量的氢气，这就催生了一系列焦炉煤气制氢工艺的发展。常见的焦炉煤气制氢工艺主要有变压吸附法（PSA）、变温吸附法（TSA）、深度冷冻法、膜分离法等

一焦炉煤气制氢工艺简介

在实验室研究过程中，以甲烷为原料采用蒸汽转换法或者以液氨为原料采用氨裂解法等也能产生氢气，但这些方法的成本都太高，不值得推广应用。而焦炉煤气中的氢气含量丰富，焦化厂可以充分利用其工艺优势，将焦炉煤气净化、转化后提取氢气

1.焦炉煤气制氢原理

变压吸附（PSA）分离技术是一种非低温的分离技术，利用不同气体在吸附剂上吸附性能的差异，以及同种气体在吸附剂上的吸附性能随压力变化而变化的特性来实现混合气体中各种气体的分离。

2.工艺流程图

图1 焦炉煤气制氢工艺流程图

由图1可知，本制氢装置共分为6个主要工艺过程：预净化工序、精脱萘工序、PSA一1（PSA―c0：/R）工序、PSA一2（PSA―CH。）工序、净化压缩工序和转化变换工序以及PSA一3（PSA-H，）工序

二、焦炉煤气制氢技术应用

1.变压吸附法及其应用

目前工业上广泛使用变压吸附法（PsA）提取氢气，流程如图1所示。巾国西南化工研究设计院开发的真空变压吸附工艺，采用高活性炭/分子筛配比的吸附剂和真空冲洗解吸设备，省去了氢气精制工序，一步便呵提取纯度为99.999%氢气，且氢气酮收率提高l 5%～20%。

中国武钢硅钢厂、宅钢冷轧厂、石家庄焦化厂、邯钢相继建成了焦炉煤气变压吸附制氧装置，制氧成本仅相当于电解水成本的1/3～l/4。除了工业应用，氧气呵作为车用燃料电池的燃料，属于理想的清洁能源，但运输较为困难，因此，很多制氢工艺的投产都是为了本公司的大规模应用。

2.其余制氢工艺及其应用限制

变温吸附法（TsA）虽然在技术上较为成熟但到目前为止在很多钢铁企业仅作为焦炉煤气进行变压吸附制氢前的预处理过程；而深度冷冻法虽然历史最久，工艺成熟可靠，且具有容量大、收率高等特点，但工艺流程和设备复杂，当原料气组份较多时，往往要求预净化处理，该法适宜大型装置，且投资较高，目前在钢铁企业焦炉煤气制氢中还未得到使用

3新兴变压膜分离法提氢技术及其应用

混合原料气不同成分的气体在膜中扩散速率的不同产生了膜分离法制氢工艺。膜分离法制氢工艺原理十分简单，即预处理和膜分离两部分。膜分离法制氢具有投资少、操作方便、氢气回收率高、易于管理及使用寿命长等优点。但焦炉煤气用膜分离法制氢的应用较少，这 焦炉煤气的排放压力小，预处理过程麻烦密切相关。这成为限制膜分离法制氢的主要难题

近年来，随着气体分离膜材料性能的不断提高，膜分离在低于1.6MPa的操作压差下即可获得较高的H2回收率。同时，利用先进的气体净化技术可以低成本高效率的除去焦炉气中的有害杂质，为膜分离提供了清洁的进气条件，保证了膜的性能和使用寿命。这就为膜分离应用于焦炉煤气中提供了保障，同时膜分离技术已成功的应用于与焦炉煤气相似的甲烷重整气体、催化裂化干气、合成氨气体、苯脱氢气体中，为膜分离应用于焦炉煤气中提供了可行性

三焦炉煤气加氢技术给企业带来的实际经济效益

焦油加氢制备燃料油的过程中需要氢气量大，50万t/a煤焦油加氢装置需要氢气量40 000 ms/h，而且氢气不易外购。采用焦炉煤气为原料，经过净化、转化后，再最大限度地提取氢气，是较为经济合理、切实可行的。

以100万t/a焦化装置焦炉煤气制氢传统工艺为例：煤气发生量为50 000 ms/h，其中约25 000 mVh作为回炉燃料，可以富余焦炉煤气25 000 ma/h，经变压吸附生产氢气量约15 000 m3/h，远远不能满足加氢装置的需要量，而且氢气不易外购；另外传统制氢工艺还有大量的废气放空，污染环境。针对以上情况，将PSA提氢、转化、变换等成熟的工艺科学合理的组合在一起，可从50 000 m3/h的焦炉煤气中产出40 110m3/h纯度为99.9%的氢气，同时副产出22 508 m3/h热值为17.9 MJ/m3～19.4 MJ/m3的混合解吸气，满足焦炉燃料使用需求，氢气产量增加一倍，可以很好的满足本厂的应用

四、结语

焦炉煤气制氢技术的应用，可以是炼焦厂的产业链得到优化，能使原料的利用率达到最大并减少对环境的污染。焦炉煤气制氢技术是资源清洁化利用的有效途径之一，不仅能缓解供需矛盾，还能有利于生态的发展，因此我们要不断的研究焦炉煤气制氢新技术和新工艺，并将其推广到生产应用中，这是焦炉煤气利用的正确方向

参考文献

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