背景

随着环保法规的日益严格以及对油品质量要求的不断提高和含硫原油、重质原油数量的不断增加，使得加氢精制、加氢裂化等深加工技术成为各炼厂重要的加工工艺， 进而促使对氢气的需求量迅速增长， 新建和拟建的制氢装置的能力大大超过以往任何一个时期。就大多数炼厂来说， 所需氢气绝大部分靠制氢装置提供， 而在制氢装置中原料费用占了氢气成本的65%~ 85 %左右。由于大多数炼厂均采用轻油作为制氢原料（即采用轻烃水蒸汽转化工艺）， 每年消耗大量宝贵的轻质油品， 这使得氢气生产成本居高不下， 成为限制加氢工艺发展的重要因素。因此， 如何显著有效地降低制氢成本， 已成为石油化工领域迫切需要解决的问题。

现阶段， 国内外制氢装置仍以烃类蒸汽转化法制氢占主导地位， 无论在催化剂方面、工艺技术方面以及装置的可靠性方面均达到较高水平， 已为石油炼制、石油化工、精细化工的迅速发展做出了较大的贡献。国内所采用的制氢催化剂已全部实现国产化， 其中， 烃类蒸汽转化、变换、脱毒、甲烷化等催化剂均达到国际先进水平。

研究内容

为了有效地降低制氢成本， 国内外的研究人员主要针对下列有关制氢技术的三个方面进行了大量的研究和开发工作。

（1）原料。

目的在于拓宽制氢原料， 由轻油转换为价格低廉且供应充足的炼厂干气， 如焦化富气等，从而达到降低制氢成本的目的。

烃类蒸汽转化制氢可采用的原料有天然气、油田气、石脑油、液化石油气和炼厂各种尾气等。在国内制氢装置中， 绝大部分采用轻油为原料， 包括石脑油、抽余油、饱和液化气等。近年来， 由于轻烃作为宝贵的化工原料和市场紧缺的商品燃料， 价格不断上涨， 使以石脑油等轻烃为原料的制氢成本增高。

由于炼厂气具有价格低廉且产氢率高等优点， 在制氢装置上的用量日益扩大， 品种也在不断拓宽。因此， 国内外化工行业近期都特别重视炼油厂副产的富烃气体作为制氢（或制氨）原料的利用。然而， 由于炼厂气中的烯烃及硫的含量较高， 必须经过脱硫、烯烃饱和等处理， 才能满足蒸汽转化催化剂对此类原料的各种要求。因此， 如何改进劣质原料的脱毒及精制方法， 优化烃类蒸汽转化制氢的工艺流程， 为制氢装置开辟多种廉价的原料来源， 以弥补制氢原料的短缺并最终降低氢气的生产成本， 已成为开发研究的重要课题。

（2）工艺。

以节能、扩产、缩小装置尺寸、降低投资费用和延长开工周期为目标进行工艺改进， 包括预转化工艺（低温蒸汽转化）、自热转化工艺（部分氧化和绝热蒸汽转化）以及先进的可用于净化炼厂气使之满足于蒸汽转化催化剂要求的气体净化工艺等， 达到最终降低制氢成本的目的。

（3）催化剂。

围绕着不同原料、不同工艺而开发的配套的系列化催化剂， 具体包括催化剂载体、助剂及活性组分的选择、含量等， 以提高催化剂活性、选择性、抗积炭性和抗硫中毒性为目标， 在此基础上，尽可能降低催化剂制备成本。另外， 载体材料的新途径、催化剂的异型化也是关注的内容之一。

多年来， 蒸汽转化催化剂在合成氨、制氢、甲醇及城市煤气工业上一直占据着重要的地位。世界上各个催化剂供应商都在对其催化剂进行不断的改进， 使其能够更好地适应于多变的工况、恶劣的原料等情况。现阶段， 以镍作为活性组分的蒸汽转化催化剂在制氢工业上被广泛采用， 其优势在于催化剂活性高， 能够较好地满足转化工艺的要求， 而且制备成本较低。不利因素是， 对于高碳烃的转化， 易于发生积炭， 造成催化剂失活。为了克服积炭， 在催化剂中加入碱性助剂（例如钾碱）， 明显地改善了催化剂的抗积炭性能。但随着原料烃类的日益恶化以及重质化， 催化剂上的积炭也就日趋严重， 为此， 迫使工业上采用高汽/碳进行转化， 这就增加了单位产品的能耗。

烃类蒸汽转化工艺

1、城市煤气制造工艺

日本专利公开了一种由脱硫后的石油基烃类原料蒸汽转化制备城市煤气的工艺方法。该方法包括：对脱硫后的石油基烃类进行低温蒸汽转化， 得到含有CH4 、CO2 、H2 等气体的低温转化气， 将其导入膜分离装置， 在膜的非渗透侧得到富甲烷气体， 然后把来自PSA 装置的H2与之混合， 再将该混合气进行甲烷化反应， 使CO2 转变为CH4 ， 由此得到高热值城市煤气的原料气。把低温蒸汽转化后的气体分出一部分使之进行高温蒸汽转化， 然后接着进行变换反应， 把变换后的富含H2 的气体分成两路， 一路作为低热值城市煤气的原料气， 一路作为PSA 气体净化装置的原料气。该方法的优点在于可以同时制备高热值及低热值的城市煤气。

2、采用PSA 净化技术的制氢工艺