烃类蒸汽转化制氢装置设计改造研究

田 都，李东生

（陕西氢能产业发展有限公司，陕西 榆林 719000）

摘  要：为提升烃类蒸汽转化制氢装置的运行效率和产氢性能，针对反应器结构、催化剂性能及工艺参数进行了系统优化和实验研究。通过在反应器内部设置倾斜导流片和翅片管结构，优化流场分布和传热效果，减少气体滞留和温度梯度;采用Ni-Mo-Co/AL₂O₃,催化剂,提高甲烷转化率和抗积碳能力，延长催化剂使用寿命;结合长短期记忆(LSTM)模型对工艺参数进行动态调控，优化进料比和吸附周期，提升变压吸附(PSA）系统的提纯效果。实验结果表明，改造后装置的产氢量由85%提升至92%,氢气纯度由98.5%提升至99.9%，系统能耗降低14.7%，热效率提升至85%。采用流场优化、催化剂改性及余热回收的联合调控策略，能够有效提升烃类蒸汽转化制氢装置的整体性能和经济性。

关键词：烃类蒸汽转化法;反应器结构优化;Ni -Mo-Co/AL₂O₃催化剂;变压吸附(PSA);余热回收

0 引言

随着环保法规的日益严格和加工原油劣质化，各种加氢技术得到了快速发展，甚至出现了全加氢型炼厂，石油加工耗氢量不断增加，制氢规模不断扩大，装置大型化成为发展趋势。烃类蒸汽转化法＋变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA）系统氢提纯是目前国内外炼厂制氢的主要工艺技术。烃类蒸汽转化法通过在催化剂作用下，将天然气或轻烃与水蒸气在高温条件下反应生成氢气和一氧化碳,随后通过变压吸附技术分离和提纯氢气，以获得高纯度氢气。该工艺具有制氢成本低、规模化程度高、技术成熟度高等优点，广泛应用于石油炼制、合成氨和甲醇生产等领域。然而，传统烃类蒸汽转化制氢工艺中存在反应器结构设计不合理、催化剂活性衰减、传热效率低以及氢气提纯损耗率高等问题，制约了制氢装置的运行效率和经济性。因此，针对这些问题，本文通过对反应器结构、催化剂性能及工艺参数进行系统优化，提出了流场优化、催化剂改性及余热回收的联合调控策略，并通过实验验证改造效果，为制氢工艺的优化和工业化应用提供技术支撑。

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