可不生成二氧化碳的将甲烷低成本转化为氢气的新技术

<正>美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)在探索一些方法,藉此可使目前廉价和丰富的甲烷还原为可清洁燃烧的氢气,同时也可防止温室气体二氧化碳的生成。其报告"催化熔融金属用于使甲烷直接转化为氢和可分离的碳"已刊登在《Science》杂志上。蒸汽甲烷重整(SMR)是最常见的生产氢气的商业过程。然而,该过程消耗大量能源,通常向大气释放CO_2。SMR操作     

氢气资源平衡与调度优化技术的应用研究

基于齐鲁公司氢气资源管理现状分析,提出了集产氢、耗氢成本核算、氢气网络设计优化、氢气管网在线模拟、耗氢装置氢气需求预测以及氢气系统调度优化于一体的氢气平衡与优化整体解决方案,用信息技术优化调度氢气资源,寻求新的效益增长点。该方案实施后,将实现齐鲁公司产氢耗氢装置成本的在线、实时计算,为齐鲁公司技术和调度人员提供实时的氢气资源平衡信息和成本信息,为降低产氢耗氢成本提供决策依据,从而可以提高氢气利用效率,有效降低用氢成本,实现降本增效。     

炼油企业氢气系统优化研究

原油劣质化和油品清洁化的趋势导致炼厂对氢气的需求日益增加。为降低氢气成本,当前对氢气系统的优化多集中在以氢源、氢阱构成的氢气网络优化匹配方面,对包含用氢装置、氢气回收装置和相关设备在内的企业氢气系统优化论述较少。本文在分析氢气优化的措施基础上,提出了一种系统化的氢气系统优化方法和策略,包括优化装置用氢的纯度与总量、提高副产氢量、优化管网级数、按氢气纯度合理匹配氢源和氢阱、回收利用氢气资源、优化制氢工艺和原料、提高关键设备效率等。对从实际操作角度优化企业氢气系统、合理利用氢气、降低氢气成本具有一定的指导作用。     

千万吨级炼厂氢气管网优化方案的研究

氢气管网是连接炼油厂供氢装置、耗氢装置的桥梁,其运行状况的优劣对整个氢气系统具有重要影响。本文以国内某千万吨级炼厂为例,分析了供氢装置、耗氢装置、氢气管网的特点及存在问题,找出氢气系统优化的瓶颈,提出氢气管网优化方案。该方案能满足氢气系统供需平衡、高效用氢的要求,可为耗氢装置下一步优化运行提供技术指导。     

氢夹点原理及其应用

文中介绍了氢夹点的基本概念和原理，将氢气网络中的装置分为氢源和氢阱，以最小公用工程最小为目标，以求得最优的氢气供应方式。并以国内某炼油厂的氢气网络为例，给出该氢气网络的优化结构，为系统的合理用氢提供了理论依据。     

加氢裂化装置氢气流路压力控制

对加氢裂化工艺过程来说,反应压力十分重要。鉴于整个反应系统的氢气流路为闭环回路,氢气流路的压力控制决定整套装置的反应压力。氢气流路的压力控制包括废氢排放控制、循氢机负荷控制及防喘振控制、新氢机自动补氢控制。在该流路中,循氢机为流路中的心脏,为氢气循环提供动力,新氢机则起着维持反应系统压力的作用。在阐述加氢裂化装置氢气流路的压力控制的过程中,对流路中循氢机压缩机的防喘振控制和新氢机的自动补氢控制作了重点介绍。     

氢夹点原理及其应用

本文介绍了氢夹点的基本概念和原理，采用剩余氢量法计算氢气网络系统的氢气公用工程最小化的方法，以获得最优的氢气供应方式。并以国内某炼油厂的氢气网络为例，给出该氢气网络的优化结构，为系统的合理用氢提供了理论依据。     

某炼油厂氢气网络集成优化研究

针对现有氢气系统优化技术存在的优化过度、模型难收敛等问题,研究开发了基于分区建模协同优化的氢网络集成优化技术。以某炼油厂氢气网络实际运行优化研究为例,在氢气系统现状分析基础上,将氢气系统分解成供氢单元、用氢单元、氢回收单元3个子系统,在用氢单元、氢回收单元优化基础上,构建了以氢气供应成本最低为目标函数的氢气网络集成优化模型。应用研究开发的模型,设计了制氢装置产能优化、氢气梯级利用、氢气回收、集成优化等4项优化方案。方案实施后,回收氢气资源7 270 m³/h,外购氢量由20 000 m³/h减少至4 500 m³/h,氢气利用效率由83.33%提升至92.01%,节省氢气成本3 953万元/a。该优化方案提高了氢气系统用氢安全性、稳定性、经济性。     

基于回声状态网络的炼油厂氢气网络动态用氢成本预测及应用

炼油厂实际生产方案随着原油的种类以及产品需求的变化而变化,氢气网络的耗氢量和产氢量也会随之变化。笔者在详细分析了某炼油厂氢气网络成本特点的基础上,考虑制氢装置产氢量的动态变化,首次采用预测精度较高的回声状态网络对氢气网络动态用氢成本进行数据驱动建模及预测,然后根据预测出的成本在不同工况下最小用氢成本的优化操作区域中的位置,对氢气网络中氢气流量的合理配置提供决策支持。     

基于机会约束MINLP模型的多工况氢气网络操作优化技术

随着日益严格的环保标准以及新能源需求的不断增加,氢气已经成为炼油厂的重要资源。针对炼油厂存在多种工况的情况,在氢源产氢量、氢阱耗氢量、市场价格不确定的环境下,以氢气网络运行与CO₂排放成本(TOEC)之和为目标,考虑氢源标况流量、氢阱标况流量、氢气含量、压缩机、变压吸附(PSA)装置、燃料和管道约束,建立了多工况机会约束混合整数非线性规划(MCC-MINLP)氢气网络操作优化模型。对某炼油厂涉氢装置运行数据进行拟合,得到不同工况下产氢量与耗氢量的分布情况后,在不同置信水平下求解MCC-MINLP模型,得到了各工况的氢气网络最优操作方案。计算结果表明,通过增加一套PSA装置以及对应管道,可以减少15.17%～16.68%的新氢使用量并优化原氢气网络结构,优化后氢气网络的TOEC降低了2.19%～2.34%。     

炼厂副产氢生产燃料电池用氢气应用研究

在分析燃料电池用氢气的标准要求以及深冷分离法、膜分离法和PSA法三种提纯氢气方法的基础上,研究并确定了适合于工业富氢气生产燃料电池用氢的PSA技术,并在中国石化燕山分公司成功应用;建成了一套规模2000 Nm~3/h、采用炼厂副产氢提纯燃料电池用氢的PSA装置。结果表明,产品氢的各项指标均达到燃料电池用氢气的要求。     

炼化企业氢气系统优化和资源综合利用

通过对塔河炼化公司供氢装置和耗氢装置存在的问题进行分析,提出优化氢气管网流程和综合利用氢气资源的措施,可以降低汽柴油加氢装置能耗,回收排放废氢,降低公司制氢成本,从而提高公司经济效益。     

国内外氢气长输管道发展现状及分析

氢能作为重要的二次清洁能源,受到世界各能源国的高度重视,随着氢能发展、利用技术的不断成熟和完善,对于大规模集中制氢和长距离输氢来说,管道运输是最经济的方式。国外氢气管道研究起步较早,北美和欧洲等地区先后建成多条氢气长输管线,总里程逾千公里。国内氢能源开发利用较晚,氢气长输管道规模较小,目前仅建成三条几十公里长的氢气长输管道和两条上百公里的煤制气、氢气混合输送管道。在标准体系方面,欧美等地区以ASME B31.12和CGA G-5.6为基础,形成了比较完善的氢气长输管道标准体系,而国内仅有GB 50177和GB 4962用于氢气站的建设和氢气储存等,氢气长输管道领域的标准体系尚属空白。鉴于氢能源的技术、发展优势和国家氢能产业发展规划的需要,建议尽快建立国内氢气长输管道配套标准体系。     

基于热力学影响的氢气与掺氢天然气管道工艺安全问题探讨

天然气管道中掺入氢气输送或纯氢输送是推进氢能大规模利用的有效途径。由于氢气与天然气物性存在较大区别,氢气与掺氢天然气管道的运行安全是不可回避的问题。近年来,国内外开展了天然气管道掺氢输送的前期理论研究、输送工艺影响分析、末端适应性与低压先导试验,也建设了部分代表性的氢气管道,但尚未完全结合氢气物性对工艺安全问题进行深入研究,氢气与掺氢天然气管道的工艺安全问题值得进一步探讨。借鉴天然气管道设计与运行场景,从热力学对氢气与掺氢天然气物理特性的影响出发,对氢气与掺氢天然气管道工程设计面临的关键问题进行了梳理,通过理论分析与模拟研究探讨了热力学对管道工艺安全的影响规律,提出了工程设计的建议。研究表明：在相同压力下,较低的运行温度将增大氢气与掺氢天然气的绝热系数,导致泄漏质量流量升高;在相同泄漏场景下,较低的运行温度对泄漏后介质的热辐射、水平扩散和爆炸均具有正向提升作用;现有标准规范提出的潜在影响半径评价方法未充分考虑温度的影响,实际工程精细化评价中宜进一步考虑;紧急泄放下,氢气设备将面临更低的介质温度。研究成果为后续氢气与掺氢天然气管道的工程设计提供了借鉴。     

混氢站内天然气掺氢工艺及其安全控制研究

为了解决制约氢能产业发展的氢气运输成本问题，利用现有较完善的天然气管网，掺入一定比例的氢气进行输送具有较大的工程应用价值，得到了广泛关注。而且一定掺氢比例下的掺氢天然气燃料可以直接应用，有利于提高氢能源消费占比和降低氮氧化物的排放。针对天然气和氢气的掺混工艺设计及掺氢系统运行安全控制展开了重点讨论，研究成果可为天然气掺氢工艺的推广应用提供参考。     

不同馏分及渣油在临氢热改质过程中供氢能力研究

为了考察重油在临氢热改质过程中的供氢能力,将委内瑞拉原油切割为3个馏分及渣油作为油样,蒽作为夺氢探针,分别研究了氢气、油样以及油样临氢体系的供氢能力,采用反应叠加法分析了临氢热改质过程中油样与氢气之间的协同效应,间接考察了油样组成结构对氢分子活化的影响。结果表明：油样中烷烃、环烷烃以及环烷、芳香结构对油样的供氢能力有积极影响;临氢条件下,整个反应体系的供氢能力较油样和氢气单独供氢能力之和提升一倍左右,可见油样与氢气之间存在着积极的协同效应。另外,从油样性质的差异性角度分析,油样组成,如多环芳烃、硫、金属等,对氢分子的活化有着促进作用。     

百万吨级煤焦油加工项目氢气系统设计方案优化研究

介绍了以悬浮床加氢装置为龙头的工艺装置,采用全加氢路线加工煤焦油时,在设计过程中为减少炼油厂氢气损失、降低氢气系统能耗,通过设定合理的炼油厂氢气管网运行压力、回收各加氢装置排放富氢气体中的氢气、煤制氢系统氢气提纯方案优化、集中供应高压新氢等设计优化,以1.5 Mt/a煤焦油加工量计算,每年可回收各加氢装置排放富氢气中氢...     

重整氢气优化应用试验分析

氢气是炼油厂提升效益的必要资源,合理利用氢气资源,降低生产成本是所有炼油厂的重要课题。某石化企业为了提高氢气利用率,提出重整氢优化方案,将重整氢送蜡油加氢装置、焦化汽油加氢装置做部分氢源。实施效果表明,重整氢送蜡油加氢装置做部分氢源效益明显,为企业充分实现氢资源的“高质高用,低质优用”起引领作用。     

齐鲁石化氢气系统优化利用

介绍齐鲁石化氢气网络系统优化利用情况。在氢气资源平衡数据的基础上,对企业的产氢、用氢平衡情况进行了分析及预测,通过使用过程集成方法对氢气系统优化,降低了制氢装置的负荷,减少了加工成本和能耗,效益显著。     

掺氢天然气分离工艺方案及经济性分析

目的天然气管道掺氢输送被认为是氢能大规模、低成本、长距离运输的重要途径之一。为了获得高纯度氢气,需要在终端将掺氢天然气进行分离。目前,单一的氢气分离手段难以直接适用于低含量氢的掺氢天然气分离。 方法对比了几种常见的氢气分离技术的原理、工艺参数、优缺点等,结合掺氢天然气的特点,选定了“膜分离+变压吸附”耦合工艺路线,并针对掺氢比(摩尔分数,下同)分别为10%、15%、20%的掺氢天然气分离工艺方案进行了经济性分析,获得了各分离方案的成本。 结果 掺氢比为10%、15%、20%的综合分离成本分别为0.846 7 元/m³氢气、0.519 7 元/m³氢气、0.382 6 元/m³氢气。 结论较低含量的掺氢天然气分离成本较高,大规模推广应用仍面临经济性制约和诸多挑战。 