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焦炉煤气变压吸附制氢工艺的应用
应用焦炉煤气变压吸附制氢工艺
随着经济快速发展和工业化进程的加速，能源供应已成为不可避免的重要问题。煤、油、天然气等传统能源不仅资源匮乏，而且排放大量的废气污染环境，如何寻找更加环保、可持续的能源形式成为全球共同的课题。其中，氢能作为一种零排放、高效节能、资源丰富的清洁能源，备受各国政府和企业的关注和研发。
作为一种主要的氢来源，焦炉煤气中的H2含量达到50-70％左右，因此焦炉煤气净化后生产氢已成为焦化化工企业的必然选择。焦炉煤气制氢的传统工艺一般以加热烧结石灰吸收剂来脱除CO2和H2S，并通过水煤气反应生产氢气，但是这种工艺存在固体吸收剂的反复替换和再生问题。而焦炉煤气变压吸附制氢工艺可将氢分离纯化，大量提高氢气产率，降低生产成本，减少对环境的污染和能源消耗，实现了高效纯净的氢气生产。因此，本文将简要介绍焦炉煤气变压吸附制氢工艺的应用及其优势。
1.焦炉煤气变压吸附制氢工艺的原理
变压吸附富氢干燥法作为焦炉煤气制氢的新技术，是将焦炉煤气先经过一系列预处理设备，去除粗杂质和水分。在变压吸附器（PSA）中，利用不同吸附材料对焦炉煤气中的杂质气体进行吸附分离，以空气作为气源实现富氢气体的干燥和纯化。通常采用的吸附材料主要有分子筛、活性炭、MOF（金属有机骨架材料）等。分子筛吸附强度较弱，但吸附速度较快；活性炭吸附效果稳定，吸附强度适中；而MOF由于有金属结构的参与，吸附能力较强，表现出优异的应用前景。
在变压吸附分离过程中，焦炉煤气流经吸附塔，分离掉C2H2、CO、H2S、N2和CH4等杂质气体，而富集了纯净的H2气体。当变压吸附管填有吸附材料时，吸附剂会对焦炉煤气中不同的杂质气体有不同的吸附能力。例如，在大气压下，CO有较大的吸附能力，因此第一段吸附管内主要吸附CO，第二段吸附管内主要吸附H2S等，而H2气体则可以相对纯净地通过吸附管，富集起来。
2.焦炉煤气变压吸附制氢工艺的应用
目前，在化工、石化、冶金等行业中广泛应用焦炉煤气变压吸附制氢工艺生产高纯氢气，取代传统氢气制备技术成为一种趋势。这种新型的氢气制备工艺在产氢效率、产品纯度、环境可持续性和经济性等方面优于传统的化学合成法和热化学方法。
以中海石油龙口炼化分公司焦化厂为例，该公司采用变压吸附富氢干燥法制氢工艺，其技术具有不需要外加能量，氢气产生比较稳定，氢气纯度高，操作简单便捷的优点。由于其生产的氢气纯度可达到99.999％以上，不仅大幅降低了运输和储存成本，而且在配合天然气使用时可获得更好的燃烧效果，具有重要的经济和环境价值。
3.焦炉煤气变压吸附制氢工艺的优势
相比于传统的氢气制备工艺，焦炉煤气变压吸附制氢工艺更加环保、高效，能够减少能源消耗和有害气体排放。它具有以下优点：
（1）采用焦炉煤气作为原料，降低了能源的消耗和成本；
（2）纯化阀、储气罐等设备不必过多考虑氢与其他气体的性质，因此系统可靠性提高；
（3）CO2的分离处理可同时进行，省去了制氢过程中CO2的去除，减少气体处理量，使运行和维护更加方便；
（4）对空气中的杂质气体进行干燥和纯化，也比传统的加热烧结石灰吸收法更加环保、高效，能降低废气的排放量。
总之，焦炉煤气变压吸附制氢工艺具有在氢气纯化方面具有优越性和高经济效益的特点。在考虑能源和环境综合利用的背景下，广泛应用焦炉煤气变压吸附制氢工艺将成为氢气制备的一个重要趋势。未来，设计更加高效、可持续的氢气生产技术和工艺将是一项重要的研究方向。