作者-李卓謙 -FindBook 找書網

圖書名稱：製氫工藝與技術

探索多元製氫技術，解鎖未來清潔能源新藍圖
從理論到實踐，成為氫能產業的核心推動者

　　本書作為氫能技術領域的重要教材，旨在全面介紹各種製氫方法及其應用，特別適合新能源科學與工程科系的師生及科學研究人員使用。隨著全球減碳目標的推進和氫能產業的快速發展，氫能已被視為未來清潔能源的重要一環，對高端技術人才的需求也隨之提升。因此，內文根據大學人才培養方案及氫能行業的最新需求編寫而成，力求幫助讀者掌握多元化的製氫技術及其產業應用。

　　內容涵蓋煤、天然氣、甲醇等傳統化石燃料製氫技術，以及電解水、太陽能、生物質等可再生能源製氫技術，深入探討每種製氫技術的基本原理、工藝流程、關鍵設備與催化劑應用，並輔以典型案例和技術展望，為讀者提供豐富的實際參考。此外，書中亦納入工業副產製氫技術與未來製氫技術，包括氨分解製氫、微生物製氫、超臨界水氣化製氫等，展示氫能技術的多樣化發展路徑。

　　本書在編寫過程中特別強調理論與實踐的結合，每章節均設有相關習題，以鞏固學習成果、培養學生的思維能力與實際操作技能。這種設計不僅有助於學生系統化地理解各類製氫技術，亦能提升其在實際工作中解決問題的能力。

　　本書適用於多層次的讀者群體，既可作為高等院校氫能課程的教學教材，亦可供碩博士生、科學研究與技術人員參考使用。無論是希望深入學習氫能技術的學生，還是致力於推動氫能產業創新的專業人士，都能從中獲益，掌握最新的技術理論與應用趨勢。希望透過本書的學習與應用，讀者能在氫能領域取得更深層次的知識累積與職業發展。

作者簡介：

易玉峰，工學博士，碩士生指導教授，高級實驗師，曾任加拿大新布藍茲維大學訪問學者。從事綠色精細化學品方面的研究，近幾年開展儲氫材料等研究。編寫《製氫儲氫技術》專著。

黃龍，教授，氫能科技公司首席技術專家。目前從事綠色化工產品和儲氫材料方面的研究。

李卓謙，高級工程師，總經理。從事天然氣製氫、甲醇製氫的生產工藝設計、施工及技術維護等方面的工作。主要研究方向和工作領域為：甲醇裂解製氫、天然氣蒸汽重整製氫。

余曉忠，高級工程師，總工程師。從事煤化工方面的研究和生產工藝設計、施工及技術維護等方面的工作。主要研究方向和工作領域為：煤炭間接液化、煤炭熱解、煤製甲醇、煤製二甲醚等。

杜小澤，工學博士，博士生指導教授。

毛志明，長期從事節能環保、氫能與燃料電池專案研發。編著出版《氫氣生產及熱化學應用》。

余皓，化學工程博士，博士生指導教授，曾在美國加州大學洛杉磯分校化工系訪問研究。主要研究方向：奈米材料及其催化特性、可再生資源催化製氫新技術等。

章節試閱

6.3　石化企業副產氫氣

　　煉油廠加氫裝置副產含有氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等的煉廠乾氣，煉廠乾氣的產量約占整個裝置加工量的5％。以往很多企業將煉廠乾氣排入瓦斯管網作為燃料，實際上同樣沒有利用煉廠乾氣的最大價值。氫氣作為煉廠重要原料的用量占原油加工量的0.8％～1.4％。煉油廠生產裝置中，連續重整裝置副產的氫氣是理想的氫源。隨著加工原油的日益劣質化，重整氫氣的產量只能提供占原油加工量需要的0.5％。因此連續重整裝置副產的氫氣遠不能滿足煉油廠日益增加的氫氣需要。多數煉油廠只能通過新建天然氣或煤製氫來彌補氫氣的不足。面對質量越來越差的原油和越來越高的產品質量要求，以及越來越嚴格的環保要求等多重壓力，煉廠應當優先考慮充分利用本廠的氫氣流股和優質輕烴原料生產氫氣。

　　煉廠含氫氣體主要有重整PSA解吸氣（氫純度25％～40％）、催化乾氣製乙烯裝置甲烷氫（氫純度30％～45％）和焦化乾氣製乙烷裝置甲烷氫（氫純度25％～40％）、加氫裝置乾氣（氫純度60％～80％）和加氫裝置低分氣（氫純度70％～80％）、氣櫃火炬回收氣（氫純度45％～70％）等。回收煉廠含氫氣體通常採用的技術有PSA、膜分離和深冷分離等。

　　該組合工藝技術有以下優點：（1）將煉廠乾氣中C1～C5「吃乾榨盡」，解決煉廠「乾氣不乾」的問題。甲烷氫經過膜分離氫氣提濃後，膜尾氣作為製氫裝置原料。C2通過焦化乾氣回收乙烷裝置進行回收，是乙烯裝置的優質裂解原料；C3、C4在輕烴回收裝置中進行回收，液化氣外送或者作為優質裂解原料；C5組分通過輕烴回收裝置碳五分離塔進行正異構C5分離，正構C5及以上組分外送至罐區儲存。異構C5作為優質汽油調和組分，直接調和汽油。（2）組合工藝將煉廠乾氣中氫氣回收達到極致。①兩次氫氣提濃。加氫乾氣回收C3以後，氫氣第一次提濃；重整PSA解析氣回收C2後，在膜分離裝置進行了第二次提濃。②兩次H2提純。加氫乾氣回收C3^＋後，進入重整PSA進行第一次提純。膜尾氣中少量H2（體積分數15％）進入製氫裝置PSA進行第二次提純。經歷兩次提濃和兩次提純後，煉廠乾氣中氫氣基本上被回收。只有製氫裝置PSA解吸氣作為燃料燒掉為轉化爐提供熱量。

　　該組合工藝投產後，緩解了廠內氫氣不足的矛盾，也減少了製氫裝置因原料不足導致的跑龍套造成的能源消耗損失。

　　中國工業副產氫種類多、資源量大，在氫能產業發展起步階段可以起到助推作用，但氫能行業的長期發展無法完全依賴副產氫。原因是：一方面副產氫資源分布不均，如副產氫最豐富的焦炭行業與中國煤炭產地高度重合，基本分布在西北地區，而用氫大戶則分布在沿海經濟發達地區，因此副產氫無法覆蓋用氫大戶。另一方面，隨著環保和節能要求的提高，以及企業精細化管理水準的提高，絕大多數副產氫都配套了回收裝置，大部分已經內部消化。如焦化企業利用焦爐煤氣生產合成氨、甲醇、LNG或用於煤焦油加氫。氯鹼行業使用副產氫氣生產聚氯乙烯或鹽酸等。所以實際可外供的副產氫並沒有預計的那麼多。因此副產氫只能作為氫能發展的臨時性的局部性的補充，無法全面支撐未來氫能產業
的發展。

6.4　弛放氣回收氫氣

　　弛放氣是化工生產中不參與反應的氣體或因品位過低不能利用而在化工設備或管道中積聚而產生的氣體。由於弛放氣影響設備的傳熱效果、反應速率和進度，降低生產效率等，因此必須定期排放。但弛放氣並非完全無用，為降低生產成本，工業上對弛放氣的利用主要有兩種途徑：一種是經壓縮加壓或升溫後可以繼續利用；另一種是直接在另外的工序中利用其可利用的成分。

6.4.1　合成氨弛放氣

　　合成氨生產中使用的氮氣來自空氣分離，因此空氣中的氬氣將隨著一起被帶入反應系統。氬氣在空氣中含量（體積分數）為0.93％。又由於原料氫氣中的甲烷不能完全變換，或者造氣工藝中採用了甲烷化工序，使原料中甲烷含量增加。由於氬氣和甲烷在合成氨反應中屬於不發生反應的惰性氣體，會在反應系統中不斷積累，因此合成系統必須經常排出一部分弛放氣。合成氨工藝中，每生產1tNH3能得到約200m³的尾氣。其中主要含CH4、N2、Ar、NH3、H2等氣體。有的公司把合成氨弛放氣送到三廢爐燃燒，既造成資源浪費，又因為熱值高影響三廢爐的操作。因此，對合成氨弛放氣中的氫氣進行有效回收，具有重大的現實意義。

　　使用低壓膜提氫裝置分離提純弛放氣中的氫氣。氨儲槽弛放氣經高效低溫等壓氨回收裝置處理後除去弛放氣中大量的氨，經等壓氨回收後的弛放氣作為系統原料氣，以30℃左右的溫度和1.2MPa的壓力經調節閥進入膜分離氫氣回收裝置。氫氣回收的工藝流程分為兩個基本過程：①弛放氣的預處理過程，包括氣液分離、預熱及預放空。弛放氣經吸收氨後先進入氣液分離器將夾帶的霧滴除去，再進入過濾器，將氣體中夾帶的微小霧滴及粉塵雜質除去，潔淨的原料氣送加熱器加熱到50℃左右，以保證進膜前的氣體遠離露點，否則冷凝下來的液滴會在膜分離器的纖維表面冷凝，導致回收率降低，甚至對膜造成損害。最後送入膜分離器組進行氫分離。②弛放氣的膜分離過程，原料氣進入膜分離器後，在恆定壓差的作用下，氫氣以較快的速率通過纖維膜，形成高濃度的氫從膜分離器側面輸出，稱為滲透氣，送入合成氨系統供生產利用，而含有大量甲烷和部分未被回收氫氣的尾氣由調節閥減壓後作為燃料氣送入三廢爐。

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推薦序

緒論（節錄）

　　第一次工業革命以來，人類大量焚燒石油、煤炭、天然氣等化石燃料產生大量溫室氣體CO2。200多年前大氣中CO2濃度約為280×10-6，而近年來世界氣象組織全球大氣監測網的多個監測站測得大氣中CO2濃度均已超過400×10-6。CO2對太陽輻射的可見光具有高度通過性，而對地球發射出的長波輻射具有高度吸收性，能強烈吸收地面輻射的紅外線，導致地球大氣溫度上升，全球暖化。2019年，全球平均溫度較工業化前水準高出約1.1℃。全球暖化會改變全球降水量分布，造成冰川和凍土融化、海平面上升等，不僅危害自然生態系統的平衡，甚至威...

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第1章　緒論
　　1.1　碳排放的挑戰和氫能的機遇
　　1.2　主要製氫方法
　　1.3　氫能產業政策和前景展望
　習題
第2章　煤製氫
　　2.1　煤製氫名詞術語
　　　　2.1.1　與煤相關的術語
　　　　2.1.2　相關設備術語
　　　　2.1.3　煤製氫過程的相關術語
　　2.2　煤製氫工藝過程
　　　　2.2.1　固定床工藝流程
　　　　2.2.2　流化床工藝流程
　　　　2.2.3　氣流床工藝流程
　　2.3　其他煤製氫技術
　　2.4　煤製氫 HSE和發展趨勢
　　習題
第3章　天然氣製氫
　　3.1　天然氣蒸汽重整製氫
　　　　3.1.1　天然氣蒸汽重整製氫的反應...

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