氢气的基本性质及焦炉煤气制氢工艺

氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密 度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气 轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另 外，在101千帕压强下，温度-252. 87℃时，氢气可转变成无色的液体; -259. 时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟 其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化 剂等），情况就不同了。如氢气被杷或铛等金属吸附后具有较强的活 性（特别是被杷吸附）。金属杷对氢气的吸附作用最强。当空气中的 体积分数为4%-75%时，遇到火源，可引起爆炸。 物理性质

无色无味的气体，标准状况下密度是0. 09克/升（最轻的气体）， 难溶于水。在-252℃,变成无色液体，-259c时变为雪花状固体。 分子式：H2

沸点：-252. 77℃ （20. 38K） 熔点:-259. 2℃ 密度：0. 09 kg/m3 化学性质

氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发 生化学反应。 ①可燃性（可在氧气中或氯气中燃烧）

2H2+02=点燃=2H20 （化合反应）

（点燃不纯的氢气要发生爆炸，点燃氢气前必须验纯）］

H2+C12=点燃=2HC1 （化合反应）

②还原性（使某些金属氧化物还原）

H2+Cu0=加热△=Cu+H20 （置换反应） 3H2+Fe203=高温=2Fe+3H20 （置换反应） 3H2+W03=加热△Wf3H20 （置换反应） 焦炉煤气变压吸附制氢工艺 1. 1工艺原理

变压吸附工艺过程的工作原理是：利用吸附剂对气体混合物中各 组份的吸附能力随着压力变化而呈现差异的特性，对混合气中的不同 气体组份进行选择性吸附，实现不同气体的分离。

为了有效而经济地实现气体分离净化，除了吸附剂要有良好的吸 附性能外，吸附剂的再生方法具有关键意义。吸附剂的再生程度决定 产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力；吸附剂的再生时间决定了吸 附循环周期的长短，从而也决定了吸附剂的用量。因此选择合适的再 生方法及吸附周期时间，对吸附分离法的工业化起着重要的作用。

变压吸附过程在加压下进行吸附，减压下进行解吸。由于吸附循 环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热

引起的吸附床温度变化一般不大，波动范围仅为几度，可近似看做等 温过程。变压吸附工作状态是在一条等温吸附线上变化。

1.2装置工艺框图如下:

点①②③间为本装置界区范围

1. 3装置工艺描述

本装置由原料气精脱紫除油、预处理工序、变压吸附提氢工序、除 氧干燥工3个工序组成。

1.3. 1焦炉煤气精脱蔡除油工序：

木工序由2台焦炉煤气压缩机（1开1备）组成，在压缩机一段出 口压力

为：0.22Mpa串联精脱蔡系统，目的是进一步脱除蔡保证压缩 机能稳定运行,经精脱蔡后的焦炉煤气再返回到压缩机2段人口，经3 级压缩至1. 80Mpa再送往2台并列操作的除油过滤器系统,其中1台进 行焦炉煤气除油，另1台再生后备用后续的预处理工序。

1. 3. 2焦炉煤气预处理工序：

压缩后的焦炉煤气在本工序中得到进一步净化，主要是将压缩后 焦炉煤气同时

将有害杂质脱除到后续变压吸附过程允许的要求。经过 除蔡、焦油和脱硫初步处理的焦炉煤气，除氢以外还含有不少于20 种的杂质组分，其中微量或少量的戊烷、苯族化合物、蔡、硫化物、 氮氧化合物、氨、焦油等组分，对于变压吸附工艺采用的吸附剂来说, 吸附能力相当强，以致难于解吸，即使含量甚微，也容易在吸附剂上 逐渐积累导致吸附剂性能下降。

本工序就是为焦炉煤气在进入变压吸附提取纯氢工序之前将这 些杂质进一步净化而设置的。

焦炉煤气在1.80Mpa压力下进入由2台吸附器所构成的变温吸附 系统，用于除去剩余的硫化物、NOx、苯和其它高烧组分。变温吸附 系统的2台吸附器中，总是有

1台处于吸附（脱除原料气中杂质）步骤， 另1台处于再生（脱除吸附材料中杂质）

步骤，准备再次进行吸附步骤。

再生用的气体来自变压吸附系统排出的解吸气。解吸气被加热器 由蒸汽升温到大于150℃,进入处于加热再生步骤的吸附器将吸附材 料中吸附的杂质组分解吸出来。

预处理系统工作顺序如下:

A塔 B塔 注：A

A D C R H A C R D H 一吸附 D一排放 H—加热 C—冷却 R—充压

1.3.3 变压吸附(PSA)工序

净化后的焦炉煤气在本工序采用变压吸附技术除去焦炉煤气中 经预处理后剩余的所有杂质，氢组分得到浓缩。由于氧是难吸附组分, 因此本工序获得的氢气中还含有少量的氧(含氧约0.1%),这些氧 是通过下一工序进行除去。

变压吸附系统采用6-2-3工艺。变压吸附系统由6台吸附器和一系 列程序控制阀门构成。在任一时刻总是有2台吸附器处于吸附步骤， 通过原料而获得氢气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附(A)、第1 级压力均衡降(E1D)、第2级压力均衡降(E2D)、顺向降压(PP)、第3 级压力均衡降(E3D)、逆向放压(D)、冲洗(P)、第3级压力均衡升(E3R)、 第2级 压力均衡升(E2R)、第1级压力均衡升(E1R)和最终升压(FR)。 吸附器所有的压力均衡降是用于其它吸附器的压力均衡升以充分回 收将被再生的吸附器中的氢气。逆放步骤排出了吸附器中吸留的大部 分杂质组分，剩余的杂质用顺向降压排出的氢气进行冲洗解吸。

变压吸附过程排出的解吸气通过1台解吸气缓冲罐和自动调节

系统在较为稳定流量下送往预处理工序用作再生气。

步位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时间S 30 30 60 30 30 60 30 30 60 30 30 60 30 T0401A A EID E2D PP E3D D P E3R T0401B E1R FR A EID E2D PP E3D T0401C E3R E2R IS E1R FR A EID T0401D E3D D p E3R E2R IS E1R FR A T0401E E1D E2D PP E3D D p E3R E2R IS E1R FR T0401F A EID E2D PP E3D D p E3R E2R IS E1R 注：A—吸附 E1D/E1R一一次均压降/升 E3D/E3R—三次均压降/升 D—排放

P-冲洗 FR一终充

14 15 30 60 E2R IS D P E2D PP 16 17 18 30 30 60 E1R FR E3R E2R IS E3D D p EID E2D PP A FR A E2D/E2R一二次均压降/升 PP-顺放 1.3.4 脱氧干燥工序

从变压吸附工序获得含有少量氧的粗氢产品气，通过催化反应， 氧与氢生成水。混合气中的水分采用变温吸附技术干燥除去。

由变压吸附工序输出氢气经过加热器预热，在除氧器中通过杷催 化剂床层，混合气中的氢和氧反应生成水（2压+。2=2压0）,又通过冷 却器和气液分离器分离除去被冷凝水分。接下的过程中采用等压变温 方法进行干燥除水。

等压变温系统由2台干燥器、1台辅助干燥器、1台加热器、1 台冷却器、1

台气液分离器和3台4通程序控制阀门构成。1台干燥器处 于吸附（干燥）步骤时，另一台干燥器处于再生（加热或冷却）步骤，2 台干燥器压力始终相同。再生气取自还未被干燥的氢气，先后经辅助 干燥器和加热器除去水分并升温（〜160C）后，用于干燥器的加热再 生。冷却干燥器带出的热量用于辅助干燥器的再生。再生气中所含的 水分经冷却器和气液分离器排出，其中氢气再返回未被干燥的氢气流 中。经干燥后氢气露点W —60C。 产品氢干燥系统工作顺序如下:

T0501A T0501B T0502 注：A—吸附 D

一排放 H A A C H H—加热 C—冷却 H A C A H 1.3.5 6-2-3/P工艺的特点

变压吸附提氢工序采用6-2-3/P运行方式，即有6个吸附床，其中 始终有2个吸附器处于不同的吸附阶段，实现3次压力均衡过程。同时 采用冲洗步骤，有效地利用顺向降压的氢气使吸附床实现最大限度的 再生。

采用以6-2-3/P运行方式为主的工艺流程，当与某一吸附床相连 的程序控制阀或控制阀门开关的元件出现故障时，可根据对产品气的 要求情况，自动（或人为）地转换为5-2-2/P、4-1-2/P等运行方式，特 别值得提出的是，采用以6-2-3/P工艺，可将6台吸附塔分成3组（每2 台1组），当某台程控阀外部元件出现故障致使程控阀动作不正常，可 切换为5-2-2/P工艺运行；当某组程控阀自身等执行机构出现故障需 拆修时,可以完全切除1组而运行4-卜2/P流程，达到真正不停产检修

的目的，从而大大增加了装置长期稳定运行的可靠性。