制氢装置工艺原理
制氢机的工作原理
制氢机的工作原理
一、制氢机的工作原理一般包括以下几个步骤：
1. 供气系统：制氢机通过引入气源，如天然气或水蒸气，提供原料气体。
2. 干燥系统：气源中可能含有水分，制氢机会使用干燥剂或者通过冷凝等方式去除水分，以保证制氢的质量。
3. 过滤系统：气源中可能存在杂质或微小颗粒物，制氢机会使用滤网进行过滤，以防止杂质进入关键部件并影响制氢效果。
4. 燃烧系统：将气源进行燃烧，产生高温高压的燃烧产物，如水蒸气。
5. 催化剂系统：制氢机通常使用催化剂，如镍基催化剂或铁基催化剂，来促进燃烧产物与气源中的气体反应，生成氢气。
6. 分离系统：通过分离技术，如压力摩擦、吸附或膜分离等，将产生的氢气与其他废气或杂质分离开来，保证氢气的纯度和质量。
7. 收集系统：将分离得到的纯净氢气收集起来，并送入储氢容器或管道中，供后续使用。
二、制氢机的不同类型和应用：
1. 水热法制氢机：利用水蒸气和金属或金属合金反应，生成氢气。
常用于实验室或小规模制氢。
2. 膜分离制氢机：采用特殊的膜材料，通过渗透和扩散原理，将氧气和氮气等其他气体与氢气分离，获得高纯度的氢气。
常用于氢气纯度要求较高的应用，如燃料电池。
3. 碱液电解制氢机：利用电解液中的氢离子和氢氧离子在电流作用下发生还原反应，产生氢气。
常用于工业规模的制氢。
4. 化学反应制氢机：利用特定的化学反应来产生氢气，如甲醇重整、乙烷催化裂解等，常用于石化工业或特定工艺领域。
制氢机的工作原理与具体类型和应用密切相关，但总体上都是通过特定的反应和分离过程，将气源中的氢气与其他气体分离出来，以获得高纯度的氢气供给需要的领域和行业。
水电解制氢装置 工作原理结构及工艺流程
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变压吸附制氢工艺
工艺技术说明1、吸附制氢装置工艺技术说明1）工艺原理吸附是指：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或液体）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。
变压吸附（PSA）气体分离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。
变压吸附气体分离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基本性质：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，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。
吸附剂：工业PSA-H2装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类吸附剂；另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO专用吸附剂和碳分子筛等。
吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。
不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。
吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线和动态下的穿透曲线来评价的。
优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。
同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。
水电解制氢装置工作原理结构及工艺流程
水电解制氢装置 工作原理结构及工艺流程1．水电解制氢装置工作原理水电解制氢的原理是由浸没在电解液中的一对电极中 间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池 ,当通以一定的直流电时,水就发生分解,在阴极析出氢气 ,阳极析出氧气。
其反应式如下:阴 极： 2H 2O ＋2e →H 2↑＋2OH -阳极:2OH -－2e →H 2O ＋1/2O 2↑直流额定电压（V ） 28 56总反应:2H 2O →2H 2↑＋O 2↑产生的氢气进入干燥部分，由干燥剂吸附氢气携带的水 分，达到用户对氢气湿度的要求。
本装置干燥部分采用原料氢气再生，在一干燥塔再生的 同时，另一干燥塔继续进行工作。
2．水电解制氢装置的用途与技术参数纯水耗量（kg/h） 5 10主电源动力电源容量40 75（KVA）原料水水质要电导率≤5μs/cm 氯离子含量<2mg/l 悬浮求物<1mg/l3冷却水用量（m/h）3整流柜冷却水出口背压<0.1Mpa电解槽直流电耗≤4.8KWh/m3H2碱液浓度26～30%KOH 自控气源压力0.5～0.7Mpa气源耗量 3.5m3/h主电源动力电电压N380V50HzC相～220V50Hz整流柜电源0.5KV380 三相四线50Hz控制柜电源AC220V50Hz冷却水温度≤32℃冷却水压力0.4～0.6MPa冷却水水质≤6德国度氢气出口温度≤40℃干燥温控温度250℃～350℃干燥加热终止温度180℃干燥器再生周期24h环境温度0～45℃表1 制氢装置主要技术参数表2.1设备的用途CNDQ系列水电解制氢干燥装置是中国船舶重工集团公司第七一八研究所新研制成功并独家生产的全自动操作的制氢干燥设备,其主要技术指标达到或超过九十年代末世界先进水平,适用于化工、冶金、电子、航天等对氢气质量要求高的部门,是目前国内最先进的并可替代进口的制氢设备。
2.2主要技术参数CNDQ5～10/3.2型水电解制氢干燥装置的主要技术参数如表1本装置采用微机控制，对本装置的主要的主要参数：压力、温度、氢氧液位差可进行自动调节;对干燥器的再生时间及再生温度进行自动控制。
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程清晰
一、天然气制氢工艺过程
1、原料：
天然气作为原料，其单位的能量超过木炭。
天然气中含氢量为3-7%，主要是由甲烷组成。
2、工艺流程：
（1）气液分离：
经热交换、放空等操作，天然气经液气分离装置分离，得到的气体为
纯净的天然气。
（2）燃烧：
经加热和压缩后，热能和机械能组合在一起，进行燃烧，产生大量的
高压热能烟气。
（3）回流：
将烟气经过扩散塔再燃烧，燃烧后的烟气进入回流管，分为气和水，
其中气液分离后的混合物进入洗涤装置，经过多次洗涤，得到纯净的氢气。
（4）冷凝：
气液分离出来的混合物经过冷凝，冷凝出的氢气填充到压缩氢气罐中，完成气体的回收。
（5）净化：
经压缩的氢气进入净化器，通过吸附塔相当于洗涤，捕集细颗粒，净化氢气。
（6）储存：
经过净化的氢气填充到存储罐中，进行氢气的长期储存，为用户提供及时的氢气供应。
二、天然气制氢装置技术参数
(1)天然气的比热容：1.9KJ/m3·K；
(2)氢的摩尔比：1.360；
(3)氢的密度：0.093Kg/m3；
(4)氢的比热容：2.98KJ/kg·K；
(5)氢的温度：-253℃；
(6)氢气的蒸汽压：1.5kPa；。
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
1.原料：
-天然气：天然气是制氢装置的主要原料，通过管道输送至装置。
天
然气主要成分为甲烷（CH4），其它成分包括乙烷、丙烷等。
-水蒸气：水蒸气用于促进气化反应和转化反应。
2.工艺流程：
(1)气化反应：天然气与水蒸气进行反应生成合成气。
在气化炉中，
天然气与水蒸气混合后加热至高温（一般800-1000℃），从而发生反应。
气化反应的方程式如下：
CH4+H2O→CO+3H2
反应中生成的一氧化碳（CO）主要用于后续反应的中间产物。
(2)水气转移反应：将合成气与水蒸气进一步反应得到更高含氢量的
气体。
水气转移反应的方程式如下：
CO+H2O→CO2+H2
(3)调整反应：在这一步骤中，通过控制温度和气体流量，将二氧化
碳（CO2）与一氧化碳（CO）进行反应转化，生成更多的氢气。
调整反应
的方程式如下：
CO+H2O→CO2+H2
(4)氢气纯化：通过纯化过程将合成气中的杂质去除，得到纯净的氢气。
常见的纯化方法包括吸收-洗涤法、膜分离法等。
这些方法可以去除
氢气中的二氧化碳、一氧化碳等杂质，获得高纯度的氢气。
(5)氢气储存：将纯净的氢气储存起来，以便后续使用。
常用的储氢方式包括压缩氢气储存和液态氢气储存。
以上是天然气制氢装置的工艺过程、原料及工艺流程的详细介绍。
该装置通过将天然气与水蒸气进行一系列反应和处理，最终得到纯净高纯度的氢气。
天然气制氢装置在能源转型和环保领域具有重要的应用价值。
制氢装置工艺流程
制氢装置工艺流程制氢装置工艺流程制氢装置是将天然气等原料转化为氢气的设备，制氢过程中参与的主要反应是蒸汽重整、蒸汽烷化和蒸汽水煤气变换反应。
下面以常用的蒸汽重整工艺为例，介绍制氢装置的工艺流程。
1. 原料净化天然气一般含有杂质如硫化氢、二氧化碳和水等，这些杂质对催化剂有破坏作用，需要进行净化处理。
原料首先经过中温变换反应塔，将二氧化碳转化为一氧化碳，然后进入高温变换反应塔，将硫化氢转化为硫化物。
此外，还需要对原料进行脱水处理，通过吸附剂吸附水分。
2. 原料预热净化后的原料进入加热炉，通过燃烧天然气等燃料进行预热，提高原料的温度。
预热后的原料进入重整炉。
3. 蒸汽重整在重整炉内，预热后的原料与加入的蒸汽混合，进一步提高温度。
在铂基催化剂的作用下，发生蒸汽重整反应，原料中的烃类分子与水蒸气在高温下发生破裂和重组，生成丰富的一氧化碳和氢气。
4. 变换经过蒸汽重整的气体还含有一定量的一氧化碳。
一氧化碳是有毒气体，需要进一步转化为二氧化碳和氢气。
在变换反应器中，通过添加催化剂，使一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。
5. 纯化转化反应后的氢气含有少量的气体杂质，如甲烷和二氧化碳等，需要进行纯化。
氢气首先经过冷却器，使其中的水蒸气凝结，然后进入吸附塔。
吸附塔中填充有吸附剂，能够吸附残余的烃类和二氧化碳等杂质，使氢气得到进一步纯化。
6. 储存纯化后的氢气经过压缩机进行压缩，使其达到规定的储气罐压力。
氢气储存在高压容器中，可以用于供应给用户或进一步的利用。
以上是一种常用的制氢装置工艺流程，不同的制氢装置工艺可能会有所差异。
制氢是一个复杂的过程，需要控制温度、压力和催化剂的选择等因素，以保证制氢装置的稳定运行和高效产氢。
随着技术的进步，制氢工艺将越来越多样化和高效化，以满足不同应用领域对氢气的需求。
制氢装置PSA氢提纯单元工艺过程说明
制氢装置PSA氢提纯单元工艺过程说明制氢装置中的PSA氢提纯单元是一种常用的氢气分离技术，通过物理吸附分离原理，将氢气与其他气体分离，从而提高氢气的纯度。
下面是PSA氢提纯单元的工艺过程说明。
1.原料气体净化：制氢装置通常使用自然气、煤气或重油等作为氢气的原料。
这些原料气体中含有杂质，如硫化物、氨、甲烷和水蒸气等，需要通过吸收、吸附和干燥等步骤对原料气体进行净化。
其中，常用的吸附剂有活性炭等。
2.压缩：经过净化后的原料气体被压缩到一定的压力。
压缩的作用是增加气体分子的密度，提高后续吸附步骤中气体分子与吸附剂之间的碰撞机会，以增加分离效果。
3.吸附：经过压缩的原料气体进入吸附器中，通过选择性吸附杂质气体，实现与氢分离。
这里通常使用分子筛作为吸附剂。
分子筛是一种多孔的固体材料，具有可调节的孔径，可以选择性吸附不同大小的气体分子。
4.脱附：吸附完杂质气体后，需要对吸附器进行脱附操作。
通常有两种方式进行脱附，即压力脱附和减压脱附。
压力脱附是通过减小吸附器内的压力，降低气体与吸附剂之间的吸附力，使吸附在吸附剂上的气体分子释放出来。
减压脱附是通过减小吸附器内的压力，使吸附在吸附剂上的气体分子在减压过程中直接从吸附剂上脱附出来。
5.氢气回收：脱附后的氢气进入氢气纯化装置进行进一步的氢气纯化，以提高氢气的纯度。
常见的纯化方法包括压力摩尔吸附（PSA）、液相吸附和热循环等。
6.氢气储存：纯化后的氢气被储存在高压储氢容器中，以备后续使用。
以上是PSA氢提纯单元的工艺过程说明。
通过这一单元，制氢装置能够从原料气体中分离出高纯度的氢气，以满足不同行业的需求，如化工、能源和电力等领域。
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制氢装置工艺原理2013-02-27 17:21:27| 分类：默认分类| 标签：制氢|举报|字号订阅⑴轻烃蒸汽转化反应①转化反应式转化反应是指水蒸汽和烃类进入转化炉炉管通过高温的催化剂作用，进行转化反应，生成H2、C0和CO2。
反应式： CnH2n ＋2＋nH2O＝nCO＋（2n＋1）H2 -Q CnH2n＋2＋2nH2O＝nCO2＋（3n＋1）H2 -Q ②主要参数对转化反应的影响: A 反应压力转化反应是体积膨胀的反应，提高压力对平衡不利，压力增加，转化率会降低。
但在工业实践中，转化增压有以下好处：1) 转化增压可节省动力，对制氢来说，转化增压可节省加氢压缩机的动力消耗。
2) 转化增压可以提高设备能力，操作的空间速度可以大一些，催化剂的利用率可以提高，设备制造材料较省。
3) 转化增压可以提高过剩蒸汽的热效率。
转化反应需要过量的蒸汽，高压蒸汽温度高，在变换后可回收的热能，从而降低了生产成本。
但是，对于定型装置来说，压力却不可以任意提高，只是随着阻力降的增大，前部压力被迫逐步提高到设计值。
B 反应温度因为转化反应是吸热反应，因此提高温度不仅可以加快反应速度，而且有利于反应平衡，即可以多生成CO和H2，降低转化尾气中残余CH4的含量。
但是，提高温度受到转化炉管的材料的限制。
对本装置Cr25Ni35Nb离心浇铸炉管，设计管外壁温度不允许超过 910℃，因此只能在设计允许的出口气体温度 820℃左右的一定范围内加以调节。
相反，为了延长价格昂贵的转化管的寿命，还应在满足工业氢质量的前提下，尽量采用较低的出口温度。
C 空间速度空间速度一般是进料的碳空速。
碳空速是用碳流量除以催化剂的体积来表示的。
空速对每个转化炉来说都有一定的范围，空速太大时，由于原料在催化剂床层中停留的时间太短，转化不完全，甚至会发生重烃穿透床层、引起催化剂结碳；但碳空速太小时有可能有些烃类进料在各炉管中分配不均匀，会出现炉管温度不同的现象。
D 水碳比水碳比是转化操作的一个重要参数，它是指进入转化炉的水蒸汽的流量和碳流量的比值。
因为水蒸汽是转化反应的反应物之一，增大水碳比即增大水蒸汽的流量，也就增加了一种反应物的浓度，平衡向右移动，有利于降低CH4，增加CO和H2的浓度。
水碳比的调节幅度较大，对于制氢纯度较高的氢气转化炉来说，多采用3.5～5.0的水碳比。
水碳比过小时结碳倾向增大，但H2O/C 过大亦不经济，会增加燃料消耗。
甚至会引起转化催化剂的钝化。
转化温度、压力、H2O/C对尾气组成的影响可简单表示如下： T ↑：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑ P↓：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑ H20/C ↑：CH4↓、CO↓、CO2↑、 H2↑⑵CO蒸汽变换反应①变换反应的基本原理变换是CO和水蒸汽作用生成H2和CO2的过程。
a) 变换反应式: C0 ＋ H2O = CO2＋H2 ＋410MJ/ g-mol /25℃b) 变换率的求法: 生产上对于变换反应进行的程度常用变换率来表示：ＶCO－ＶCO' 变换率(Ｘ)＝──────＊100………………………………(2) ＶC0＊（100＋ＶCO'）式中：ＶCO--------入口干气中CO的体积百分数; ＶCO--------'出口干气中CO的体积百分数。
②主要参数对变换反应影响a) 压力变换反应是一个等分子反应，压力对反应平衡无影响，但加压可增加反应速度，反应速度约与压力的平方根成正比，所以加压变换可采用较大的空速，即可以省催化剂，设备较紧凑。
本装置设计中变入口压力为 2.73MPa，床层总压降0.05MPa。
b) 温度变换反应是放热反应，温度越低越有利于变换反应的进行。
但降低温度必须与反应速度和催化剂的性能统一考虑，工业生产中，所有的催化剂都有一定的活性温度，低于它反应就不能进行或进行缓慢，而高于此温度会损坏催化剂。
由于变换反应开始时，CO浓度较高，为加快反应速度，采用在较高温度下进行反应。
本装置设计中变入口350，出口413℃如果变换反应已接近平衡，提高温度会使CO 变换率降低，降低温度，CO变换率增加；如果反应尚未接近平衡，提高温度CO变换率增加，降低温度CO变换率降低。
c) 水气比（水蒸汽/CO）增加水气比，即增加水蒸汽流量，可使反应向生成H2和CO2的方向进行；但如果变换反应已接近平衡，增加
蒸汽量CO变换率也增加，减少蒸汽量CO变换率降低；如果变换反应未接近平衡，增加蒸汽量CO变换率降低，减少蒸汽量CO变换率增加。
但变换反应所需要的水蒸汽是转化前加入的，由于制氢采用H2 O/C较大，故变换水气比很高，足够变换反应的需要。
碳空速：以碳数为基准，将含烃原料中所有烃类的碳数折算为甲烷的碳数，即每立方米催化剂每小时通过甲烷的标准立方米或公斤摩尔数。
计算公式为：
碳空速= 入口原料气体积流量/催化剂体积×∑C = 原料气空速×∑C
式中：∑C —原料气的总碳原子数，∑C = 1×C1+2×C2+3×C3+4×C4+5×C5+……
其中：C1、C2 、C3……分别为原料气中含有一个碳原子气体（如甲烷）、二个碳原子气体（如乙烷）、三个碳原子气体（如丙烷）……等烃类的体积百分含量。
碳空速是用来描述制氢转化炉生产强度的一个专用术语，即流过单位催化剂体积的碳流量。
碳空速简写为Vc，碳空速的计算通式。