天然气制氢技术应用于浮法玻璃行业初探

张森 晏涛 王硕

河北南玻玻璃有限公司 河北廊坊 065600

1 天然气蒸汽转化制氢具体方案

1.1 天然气压缩方面

在制氢装置中，一般会采用PSA净化流程方式，其中中压转化是当前国内外常见的一种工艺技术方案，该方案可以有效降低设备尺寸，节省装置、设备的占地面积；有效提升在PSA中的氢气回收率，从而大大降低氧气装置中氢气压缩机的压缩力度；而在装置原料消耗的逐渐提升下，装置的外补燃料则会趋于下降状态，；但是尾气热值的提升，导致转化炉火嘴设计方面越发困难。

1.2 天然气的精制方面

转化催化剂会因原料气中的硫化物二失去活性，由此天然气则需要脱硫，需要将原料其中所包含的硫有效控制在0.2×10-6以下。由于原料其中所包含的硫量各有不同，因此脱硫方案也存在多种。一般优先选择的脱硫方案为钴钼加氢脱硫方案，该方案需一定的压力及温度下，在原料气中加入钴钼加氢催化剂从而将有机硫逐渐转化为无机硫；在有机硫转化，原料还会在氧化锌脱硫剂下，将自身的H2S脱至0.2×10-6以下，以此达到蒸汽转化催化剂对硫的目标，由此得出反应，以硫醇和噻酚为例：

1.3 天然气蒸气转化

在天然气精制后，需要依照一定水碳比与水蒸气混合在一起，通过转化炉对流段进行相应的预热，将烃类物质运用镍催化剂来将其转化，由此职称以氢气为主的转化其，得出以下反应：

天然气中，甲烷为主要成分的天然气的蒸汽转化过程相对简要，主要反应与上述一致。利用蒸汽进行天然气转化，其反应是在体积增大后所产生的强吸热反应，同时在高温、低压、高水碳比的作用下更利于以上反应的进行。在上述反应过程中，其需要的热量是由转化炉顶端的气体燃料的烧嘴部分供给，经过转化炉后的高温气需要通过转化蒸汽的发生器换热，在温度下降后才能进入变换阶段。

1.4 变换阶段

富氢气转化气来源于转化部分，在其进入变换反应器后，经过催化剂的催化而产生以下反应：

使变换气中含有的一氧化碳降低，并继续生产氢气。在热交换回收剩余余热之后的中变气，还会在冷却器中冷却，然后进入PSA阶段。一氧化碳转换放热反应之后，其低温状态有利于变换的平衡，由此获取相对较高的一氧化碳转换率，提高氢气产量。为了能够进一步将制氢工艺流程简单化，使其操作更为你简便，在PSA净化制氢过程中只运用阶段性的变换工艺，没有对低温变换进行设置。假如想要获取更高的一氧化碳变换率，进一步节省原料，就一定要进行低温变换的反应设置，使变换气中的一氧化碳含量将至于0.3%左右。在对低温变换的反应设置后，变换率很快提高，由此降低原料的消耗。但是在PSA的解吸气过程中，会增加二氧化碳的浓度，导致热值下降，而外补燃料提升。进而增加投资。这样的低温变换需要在燃料气价格低于原料价格时才见效益。

1.5 PSA净化工艺

中变气在冷区及分水之后进入PSA，吸附并除去氢气之外的一些杂质，从而起到更好的净化作用。PSA净化工艺是一套在程序控制系统下自动循环进行的工艺，通过净化的氢气纯度在99．999%以上，方可出装置。

2 氢气品质对玻璃生产工艺的影响

运用天然气制氢工艺的整个过程中除了会产生氢气之外，还会出现其他组分，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气以及水等物质，所以想要获得更高纯度的氢气，需要利用吸附的方式，将产生的氢气以外的杂质控制在有效范围内。结合相关工业实际应用的相关证明以及变压吸附的原理，想要获取纯度为99．999%以上的氢气很容易，但是结合产生的杂质来看，增加了以往电解水产生的氢气中不包含的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气等杂质，而这些杂质是否对玻璃的生产过程的影响还有待探究。首先，在浮法玻璃的锡槽中主要的保护气体为氮气，而氮气也是所包含的一种杂质，不会在玻璃的生产中产生不良影响；其次，一氧化碳属于还原性气体，也不会影响玻璃的生产。此外，二氧化碳、甲烷等属于惰性气体，基于玻璃生产中其包含的含量来讲是存在一定益处的；锡槽中的电热元件以碳质元件或碳涂层材料构成的，而对气体中氢气的保护对高温暴露状态下的电极元件可起到防火的保护性。而锡槽温度下的碳会逐渐与水蒸气及氢气产生反应，形成甲烷，进而成为碳氢化合物。因此保护气体中包含二氧化碳及甲烷，能够防止氢和碳间的反应，同时也对水蒸气及暴露的碳元件之间的反应起到阻止作用。氢气能够在浮法玻璃生产中起到还原气氛的作用，所以要控制好氧化气氛的水。吸附剂对水的吸附能力非常强，尤其是硅胶、活性炭、一氧化铝等吸附剂，其在吸附过程中的吸附能力很大，正常情况下，水分温度在-70℃以下即可生成，要比电解水纯化系统中的氢气水分含量更低[2]。

3 结语

采用天然气蒸汽重整制氢达到了无污染、零排放等环保要求，同时所成产出的氢气纯度很高，且成本低廉，非常适用于高档玻璃的生产，对玻璃生产企业而言具有客观的经济效益。