制氢工艺设计毕业论文.doc

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1、枣庄职业学院毕 业 设 计（论 文）制氢工艺设计姓 名 罗衍言 系 部 化工系 专 业 应用化工技术 班 级 10高职一班 学 号 指导老师 李颖 2013年5 月摘要 氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 依据原料及工艺路线的不同，目前

2、氢气主要由以下几种方法获得：电解水法；氯碱工业中电解食盐水副产氢气；烃类水蒸气转化法；烃类部分氧化法；煤气化和煤水蒸气转化法；氨或甲醇催化裂解法；石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。关键词 原料气精制 转化 中温变 PSA单元目录一、装置概述41、装置概况42、装置工艺技术特点4二、制氢工艺设计61、工艺过程62、制氢的反应机理63、变压吸附原理7三、生产工艺过程81、工艺流程简述82、装置物料平衡及工艺操作条件11(1) 装置生产物料平衡11(2) 主要工艺

3、操作条件11四、设计结果和设计讨论191、设计结果192、设计讨论20五、存在的问题及解决方法211、（瞬时）紧急停电事故处理21（1）恍电现象：21（2）停电原因：21（3）紧急处理：21（4）需注意的问题:212、低风压紧急处理22（1) 供风要求22 (2) 低风压现象：22 (3) 低风压原因：22 (4) 紧急处理（一般情况按维持装置运行处理，特殊情况按紧急停工处理）22 (5) 需注意的问题:22六、总结与展望231、国内外催化剂概况及发展趋势23(1)国内外概况23(2)发展趋势23致 谢25参考文献26制氢工艺设计一、 装置概述1、装置概况20000m3N/h干气制氢装置由海工

4、英派尔工程设计院承担设计，由中国十化建负责施工。装置由原料气压缩、原料气精制、转化中温变换、PSA、余热锅炉等部分组成.装置产氢能力为20000NM3/h, 可供100万吨/年加氢精制装置用氢，装置年运转时间为8000小时。装置于2011年8月破土动工，2012年10月竣工投产。2、装置工艺技术特点1.制氢装置设计以催化干气为原料，原料蒸汽是由本装置余热锅炉供给。2.制氢装置PSA采用上海华西化工科技有限公司专有技术，选用国内研制生产的新型净化催化剂、转化催化剂及中温变换催化剂。装置采用先进工艺流程及设备。3.工艺上选择合理的工艺操作参数，采用较高的转化温度（840 ），提高转化深度，增加产氢

5、率。4. 转化选用较低的水碳比（3.5），有效降低了转化炉燃料消耗。5.在原料精制方面，为适应装置对原料多方面需求，采用固定床轴向变温加氢绝热反应器及脱硫反应器并串联工艺。6.装置原料选择方面，可选用催化干气、焦化干气作制氢原料气。7.装置选用了成熟可靠的催化剂，提高了装置操作稳定性，确保长周期运转。8.CO变换部分采用中温变换，进一步提高氢气的收率。9.氢气净化选用PSA工艺技术，简化流程提高了氢气质量。10.利用转化炉烟道气高温位余热预热原料气，利用烟道气和转化气的高温位余热发生3.5MPa中压饱和蒸汽，一部分作为装置自用蒸汽，另一部分并入全厂中压蒸汽管网。11.回收工艺未反应水，降低了除

6、盐水耗量。 在中变气冷却、分离过程中，冷凝一定量的未反应水。水中除含有微量CO2等有物质外，还含有少量金属离子。这部分酸性水不能直接排放，将会污染环境或增加污水处理场负担。这部分酸性水经汽提脱除CO2等杂质后，需经除氧可作锅炉给水的补充用水。本设计采用了这一先进成熟的回收技术，工艺未反应水经汽提后直接进入除氧器除氧，除氧后可作为锅炉给水。这样，既保护了环境，又减少了脱盐水用量。 12. 转化炉设计结构。 转化炉采用顶烧炉，对流段横卧于地面。这种炉型具有以下特点：. 热效率高，在对流段尾部设置空气预热器，使燃烧空气与烟道气换热后进入烧嘴 助燃。. 采用顶部火嘴。. 对流段设置于地面，便于安装和检

7、修，同时又降低了汽包安装高度。. 转化炉管的热补偿形式，采用弹簧吊架，借上尾管吸收热膨胀量，改善了炉管及下集合管的受力情况，降低了工程造价。. 采用新型顶烧燃烧器，对燃料的适应性强，既可单烧高压瓦斯，又可混烧高、低压瓦斯。. 转化炉选用新型耐火及保温材料，如轻质浇注料、锆铝陶瓷纤维模块、摩根热陶瓷耐火砖。. 为了充分利用高温烟道气热量，提高传热效率，对流蒸发段采用钉头管，空气预热器采用新型板式空气预热器。13. 提高自动控制水平. 本设计采用集散型计算机控制系统（DCS）。以提高装置运行安全可考靠性。. 设置连锁自保系统，提高装置安全运行的考靠性。二、制氢工艺设计1、工艺过程 制氢工艺采用轻烃

8、蒸汽转化法制氢。转化制氢过程可分为原料净化、轻烃蒸汽转化、CO中温变换等过程。制氢装置全系统包括原料气压缩、原料气精制、轻烃蒸汽转化、CO中温转换、余热锅炉、PSA等部分。 1.原料气净化是原料气进入精制系统加氢、脱硫反应器，在一定的操作温度、氢气压力和空速条件下，在加氢、脱硫、脱氯催化剂作用下，进行加氢烯烃饱和 脱硫、脱氯化学反应，把原料气中有机硫化物、氯化物脱除，烯烃完全饱和。 精制后硫含量可降至0.5PPm，氯含量降至0.2PPM，烯烃含量可降至零。确保后序催化剂的正常运行。 2.精制原料气进入转化炉炉管反应器，并在一定压力、温度、空速、水碳比条件下，通过转化催化剂作用，原料气与蒸汽进行

9、转化反应，生成氢气和一氧化碳、二氧化碳和少量的甲烷。 3.转化气中含有一氧化碳，进入中变反应器，在一定的温度、压力、空速、水碳比的条件下，通过中温变换催化剂的作用,使CO与水蒸汽 进行中温变换反应生成氢气和CO2。 4.原料蒸汽来源于余热锅炉，一是余热锅炉利用高温转化气，通过E2201蒸汽发生器，利用转化气高温热发生3.5Mpa蒸汽供转化用汽。二是通过对流段高温烟气加热余热锅炉蒸发段发生蒸汽。 5.中变气进入PSA氢提纯装置，进行变压吸附脱除中变气中杂质，得到纯度99.9%的高纯度氢气。2、 制氢的反应机理 原料烃中的硫化物以多种形态存在，一般分为无机硫化物和有机硫化物, 有些硫化物不能被氧化

10、锌脱硫剂直接反应脱除，必须经加氢生成无机硫化物方可被氧化锌脱硫剂吸附脱除，原料气中有机硫化物一般是指硫醇、硫醚、二硫化物和环状硫化物等，原料气中的硫化物绝大部分是有机硫化物。 加氢脱氯过程是将有机氯转变为无机氯，采用高活性的金属氧化物为活性组分，氯化物反应后，被吸附固定载体上，达到脱出氯化物目的。硫醇加氢: R-SH+H2=RH+H2S硫醚加氢: R-S-R+H2=RH+RH+H2S噻吩加氢: C4H4S+2H4=C4H10+H2S氧化锌脱硫： H2S+ZnO=ZnS+H20a.烃类的蒸汽转化是将烃类与蒸汽转化为H2和CO少量残余CH4 CH4+H20=CO+3H2 CO+H20 =CO2+H

11、2 b.CO中温变换是将转化气中的CO与水蒸气继续反应生成CO2和氢气 CO+H20 =CO2+H23、变压吸附原理 制氢的PSA氢提纯装置就是将含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气的混合气经变压吸附达到对混合气体进行分离提纯氢纯度的工艺过程，该工艺原理是多孔性固体物质内部表面对气体分子的物理吸附。混合气体中的杂质组分在高压具有较大的吸附能力，在低压下具有较小的吸附能力，PSA装置就是利用这一原理，通过吸附剂对混合气进行循环吸附，解析，达到氢提纯目的。 分子筛对一般气体分子的吸附顺序: H2N2CH4COCO2 活性炭对一般气体吸附顺序: H2N2COCH4CO2 制氢PSA技术特点：1.

12、 产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎都可除去其中所有杂质，得到纯度为99.9%高纯氢。2. 工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下，变压吸附都可一步将多种杂质脱除而获的高纯氢。3. 原料气适应性强：对于氢含量从1598%，杂质包括 H2O、N2、O2、CO、CO2、烃类、硫化物、氮氧化合物等复杂气源 ，均可以利用变压吸附予以提纯。4. 操作弹性大：变压吸附氢提纯的操作弹性一般可为30120%。5. 产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装置 即可得到各种不同纯度的产品氢。6. 操作简便：变压吸附氢提纯置流程简单，运行设备少，操作全部自动化，装置容易开停，所用时间较

13、短。三、 生产工艺过程1、工艺流程简述1.原料气压缩部分 来自装置外的0.5MPa催化干气进入原料油缓冲罐(D-2201)，经原料气压缩机(K-2201)升压至3.1MPa后进入原料预热炉(F-2201)，预热至250进入加氢脱硫部分。2.加氢脱硫部分 经压缩的原料气进入加氢脱硫部分，首先经加热炉预热后进入变温反应器，在其中有机硫加氢转化为硫化氢，烯烃加氢饱和，有机氯的转化反应，该反应器反应放热由壳程导热油取走，使反应器出口温度为250左右，然后经绝热反应器R-2201，原料气在加氢催化剂的作用下，反应不完全的烯烃进一步加氢饱和反应及有机硫、有机氯的转化反应，使有机硫转化为无机硫，有机氯转化为

14、无机氯。然后再进入氧化锌脱硫反应器(R-2202A/B)，在氧化锌脱硫反应器中首先进入脱氯阶段，脱除原料中的氯，最后进入氧化锌脱硫段，在此氧化锌与硫化氢发生脱硫反应，脱除原料中的硫，精制后的气体硫含量小于0.5PPm，氯小于0.2ppm，烯烃含量小于1%进入转化部分。3.转化部分 精制后的原料气在进入转化炉F-2202之前，按一定的水碳比与3.5Mpa的水蒸气混合，再进入转化炉对流段（原料预热段）预热到500，由上集合管进入转化炉炉管。转化炉管内装有转化催化剂，在催化剂的作用下，原料气与水蒸气发生复杂的转化反应，从而产生出氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和水的平衡混合物，整个反应过程表现为强吸热

15、过程，反应热由转化炉燃烧脱附气、高压瓦斯气供给。出转化炉的高温转化气经转化蒸汽发生器发生中压蒸汽后，温度降350-380进入中温变4.中温变换部分 由转化气蒸汽发生器(E-2201)来的350转化气进入中温变换反应器，在中变催化剂的作用下，CO与水蒸汽的发生变换反应后出R-2203，变换气中一氧化碳的含量降至3%左右，同时继续产生氢气，再经锅炉给水第二预热器预热锅炉给水、锅炉给水第一预热器预热锅炉给水换热，经除盐水预热器对除盐水换热，再经中变气空冷器、水冷器降温至40，中变气经换热及四级分水后进入PSA部分进行氢气提纯。5.PSA部分 （1）流程简述：来自界区外的压力2.1MPa(G)、温度4

16、0的变换气从塔底部进入吸附塔中正处于吸附工况的塔(始终有3台)，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，一次性除去氢以外的几乎所有杂质，直接获得纯度大于99.9%的产品氢气从塔顶排出，然后经吸附压力调节阀稳压后送出界区。PSA单元除送出产品氢外，还产生逆放解吸气和冲洗解吸气。逆放解吸气来自于吸附床的逆放步骤，冲洗解吸气产生于冲洗步骤，所有解吸气最后均送解吸气混合罐。逆放解吸气和冲洗解吸气在混合罐中混合后送往转化炉。 （2）吸附塔的工作过程依次如下：a. 吸附过程 原料气自塔底进入PSA吸附塔中正处于吸附状态的三台吸附塔，其中除H2以外的杂质组分被装填的多种吸附剂依次吸附，得到纯度大于99

17、.9%的产品氢气从塔顶排出，经程控阀和吸附压力调节阀后送出界区。b. 均压降压过程 这是在吸附过程完成后，顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程，这一过程不仅是降压过程，而且也回收了吸附床层死空间内的氢气，本装置主流程共包括四次连续均压降压过程，分别称为：一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、四均降（E4D）。c. 顺放过程 均压过程结束后，吸附塔压力仍有0.4MPa左右，而此时的杂质吸附前沿仍未到达床层顶部，故可通过顺放获得冲洗再生气源。顺放过程通过相应程控阀进行，顺放气进入顺放气罐。d. 逆放过程 这是吸附塔在完成顺放过程后，逆着吸附方向将塔

18、内压力降至0.05MPa的过程，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经程控阀门及调节阀放入逆放缓冲罐。e. 冲洗过程 在这一过程中，用来自于顺放气罐的氢气逆着吸附方向对吸附床冲洗，使吸附剂中的杂质得以完全解吸。冲洗通过调节阀、相应程控阀进行，冲洗解吸气进入解吸气混合罐。 逆放和冲洗解吸气于解吸气混合罐中混合后送出界区去制氢转化炉。f. 均压升压过程 该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中，分别利用其它吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行升压。本装置主流程共包括四次连续均压升压过程，依次称为：四均升（E4R）、三均升（E3R）、二均升（E2R）和一均升（E1R）。h.

19、 产品气升压过程 经过四次均压升压过程后，再用产品氢经调节阀将吸附塔压力升至吸附压力。经这一过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。6.工艺冷凝水回收系统 在转化炉前引入的工艺蒸汽，一部分参与转化反应，变换反应生成H2 、CO 、CO2另外一部分则在热量交换过程中被冷凝，并经中变气三级分水罐被分离出来。中变气四个水分罐D-2204、 D-2205、 D-2206、D-2207将水相继冷却分离后送入酸性水汽提塔(C-2201)。工艺冷凝水经汽提塔除去微量的CO2等杂质后的净化水由塔底泵P-2201送入除氧器，除氧后作为锅炉给水回收利用。（取样合格送入除氧器或加氢装置注水罐；取

20、样不合格则在装置内排入循环水回水管网）7.热回收及产汽系统除盐水除氧系统 自动力车间锅炉水处理装置来的除盐水经液控调节阀进入除盐水预热器(E-2204)预热至100左右，然后与酸性水汽提塔底来的净化水混合后进入除氧器，用进入除氧器的蒸汽量来控制除氧器的压力。除氧水经过锅炉给水泵(P-2202/AB)升压后送至中压产汽系统。中压产汽系统 来自中压锅炉给水泵P-2202/AB的除氧水经过锅炉给水第一预热器E-2203，导热油除氧水换热器E-2206，锅炉给水第二预热器E-2202预热至饱和温度后进入中压气水分离器(D-2210)中，饱和水通过自然循环方式进入转化炉对流段的蒸发段及转化蒸汽发生器(E

21、-2201)发生饱和蒸汽。该蒸汽一部分供转化炉配汽用，另一部分经进入装置至3.5Mpa中压蒸汽管网。.加药系统及排污系统 固体的磷酸三钠加入(D-2216)中，用来自中压锅炉给水泵除氧水溶解。然后用加药泵(P-2204)把药液送至中压汽水分离器(D-2210)，为了减少系统的热损失和保护环境，系统设置连续排污扩容器和定期排污扩容器，由于中压产汽系统的排污水温度高，首先送至连续排污扩容器，扩容蒸汽再返至除氧器与除氧水加热混和。连排扩容器污水送入定期排污扩容器，并加新鲜水冷却至50以下排入下水。8、导热油系统 变温反应器管内的加氢反应所放出的热量由导热油取热，导热油取热后温度达到270左右，然后去

22、导热油-除氧水换热器换热至240 左右 后，进入导热油缓冲罐，再经导热油泵抽出升压至0.7MPa后，去变温反应器壳程循环取热。 2、 装置物料平衡及工艺操作条件(1) 装置生产物料平衡项目 Kg/hNM3/h(碳流量)入方催化干气73808521水蒸汽21229合计28679出方工业氢179920000脱附气1499511662未反应水11885合计28679(2) 主要工艺操作条件.变温加氢反应器（R-2204） 绝热反应器 （R-2201） 入口温度：220280 260 出口温度：220280 380 入口压力Mpa：3.05 3.02 加氢催化剂装入量：9.3m3 10 m3 6瓷球：

23、0.13m3 15瓷球：0.22m3.氧化锌脱硫剂反应器（R-2202AB） 入口温度：360340 出口温度：360340 入口压力Mpa：2.9 出口压力Mpa：2.75 入口硫含量：150PPm（wt） 出口硫含量：0.5PPm（wt） 出口氯含量：0.2PPm（wt） 脱氯剂装入量6m3 氧化锌脱硫剂装入量：20.1 m36瓷球：0.13m32 15瓷球：0.22m32.转化炉辐射段 入口温度：500 出口温度：840 入口压力Mpa：2.75 出口压力Mpa：2.5 碳空速h-1：812 水碳比：3.5 催化剂装入量：9.6m3. 中温变换反应器 入口温度：360 出口温度：421

24、入口压力Mpa：2.4 出口压力Mpa：2.2 CO出口含量：3% 空速n-1 ：1730 催化剂装入量：18.1m3 6瓷球：0.25m315瓷球：0.53m3.PSA部分工艺操作参数序号步序操作压力MPa.G温度1吸附 （A）2.1常温2一均降压 （E1D）2.11.68常温3二均降压 （E2D）1.68 1.26常温4三均降压 （E3D）1.26 0.84 常温5四均降压 （E4D）0.84 0.42 常温6顺放 （PP）0.42 0.2常温7逆放 （D）0.2 0.05 常温8冲洗 （P）0.05 常温9四均升压 （E4R）0.05 0.42 常温10三均升压 （E3R）0.42 0.

25、84常温11二均升压 （E2R）0.84 1.26 常温12一均升压 （E1R）1.26 1.68 常温13产品气升压 （FR）1.68 2.1 常温 吸附-解吸压力曲线压力MPa压力MPa0.050.200.420.841.681.262.1TIMER A E1D E2D E3D E4D PP D D P P E4R E3R E2R E1R FR A1.单机试运标准a.机泵 电机轴承温度65 （滑动） 85 （滚动） 电机机身温升按规定不超过以下指标：允许温升 60 电机电流不大于额定电流。 泵轴承温度65（滑动） 70（滚动） 机身振动值转/分 3000 1500 1000 750以下mm

26、/100 6 10 13 16 泵的扬程，流量达到名牌规定。 注塞泵，计量泵出口压力及流量达到名牌规定。 润滑油，冷却水系统工作正常，不堵不漏。 机泵运转平稳无杂声b.引风机（Y4-73-11NO.8D）鼓风机(G6-41-11-8.5A)转数：1450/分电机轴承温度65 （滑动） 85（滚动）电机温升 : 65电机电流额定电流机身振动6微米（引风机） 10微米（鼓风机） 鼓风机流量：10874m3/h 引风机流量：20329m3/h，转数：1450风量调节蝶阀控制好用。风机无载运行4小时。风机负荷试车2小时c.单机试运 制氢装置锅炉给水泵P-2202/AB、酸性水泵P-2201/AB、导热

27、油泵P-2203/AB加药泵P-2204/AB要进行单机试运。 考核机泵各项技术性能指标是否达到出厂名牌要求。机泵试运过程要按上述标准进行试运。出口流量、压力满足工艺要求。试运严防烧电机，损坏机泵。d.锅炉给水泵P2202/AB试运流程见图-6 由装置外引进除盐水经液控伐进除盐水预热器E-2204再进除氧器D-2211,启动P-2202,出口通过最小流量返回线返至D-2211,建立水循环试泵。e.导热油泵P-2203/AB试运流程见图-7 由导热油泵P-2203入口接临时补水线补水，将R2204壳程补满水，D-2215液位补至50%。启动导热油泵P-2203建立水循环试泵。f.加药泵P2204

28、试运流程见图-8 将D2213加满新鲜水，启动P-2204,将水打至汽包D-2210，用出口阀调整出口压力至达到出厂名牌压力要求。g.汽提塔底P-2201/AB试运流程见图-9 由第四分水罐D2206出口放空接临时水线给水进汽提塔，由P2201出口接临时线去塔进口，启动P2201建立水循环试泵。2.原料气压缩机试运a.原料气压缩机技术参数型 号2D32-39/431结 构 形 式对称平衡二列二级无油润滑活塞式介 质氢烃类混合气体容积流量标准状态（NM3/h）8542入口状态 (m3/h)39进口压力Mpa0.4出口压力Mpa3.1进口温度40排气温度135传动方式刚性直联转速 转/分370活塞

29、行程 mm280润 滑 方 式运动机构压力油循环润滑气缸及填料无油润滑转动方向从电机端看为逆时针轴功率810电机型号YAKK800-16名称增安型异步电机额定功率KW900额定电压V10000防爆等级eT3防护等级IP54重量KG16900b.压缩机操作参数油压：正常0.15Mpa 报警0.15Mpa 辅助油泵自启动 联锁停机0.1Mpa 0.4Mpa 辅助油泵自停油温：正常27 报警27不能启动主机，启动油箱加热器 35停油箱加热器 报警值：a 油压低 0.15Mpa b 压差大 0.05Mpa c油温高 60d 新氢机一级排气温度高 120二级排气温度 高150e 循环机出口高80 f 压

30、缩机轴承温度高 70g主电机定子温度高 110 h 主电机轴承温度高 70c. 试运步骤清洗稀油站清洗稀油站油箱，酸洗、面粘。清洗油路，解体油路管线，进行酸洗。恢复油路，油箱加入清洗油。清洗压缩机运动部件油路 压缩机油路：曲轴箱稀油站油箱油泵冷却器过滤器集合管曲轴两端轴承曲轴箱滑道十字头衬套钻孔连杆小轴承连杆大轴承曲轴箱。清洗运动部件油路，稀油站回油入口加好80目滤网，启动润滑油泵，调整油压0.35Mpa,观察曲轴轴承回油情况及十字头、滑道回油情况。压缩机空负荷试运主电机通电（220V）加热干燥24小时。 主电机运行8小时，检查电机两端轴承、定子温度情况。电机与压缩机连接，投冷却水、氮封。汽缸

31、进、出气阀卸开。稀油站入口加过滤网。放掉清洗油，加入润滑油。开机空运24小时，检查润滑油系统运行及各部件润滑情况。检查机身振动及轴承温度情况，检查电机振动及温度情况。负荷试车步骤负荷试车流程见图-10 F2201 K2201 E2208 D2208 按图9改好试运流程，氮气进入D2208，经压缩机压缩进入加热炉，再进入R2201再进入E2208直至返回D2208，形成循环回路。 装好汽缸进出口气阀，投冷却，开压缩机出口阀放空，投用卸荷阀。启动润滑油泵，油压控制在0.20.35Mpa.启动压缩机。 启动压缩机主电机。观察主机传动部件及润滑油系统运行及各部件润滑情况、轴承温度情况。 开压缩机出、入

32、口阀，关放空，调整卸荷阀，压缩机带负荷运行。 观察一、二级气缸出口温度，调节二返一控制出口温度不能超过120。 按负荷试车压力标准试车。（0.5Mpa1.0Mpa2.0Mpa3.1Mpa）(24h)四、设计结果和设计讨论1、设计结果 1.制氢装置设计以催化干气为原料，原料蒸汽是由本装置余热锅炉供给。 2.制氢装置PSA采用上海华西化工科技有限公司专有技术，选用国内研制生产的新型净化催化剂、转化催化剂及中温变换催化剂。装置采用先进工艺流程及设备。 3.工艺上选择合理的工艺操作参数，采用较高的转化温度（840 ），提高转化深度，增加产氢率。 4. 转化选用较低的水碳比（3.5），有效降低了转化炉燃

33、料消耗。 5.在原料精制方面，为适应装置对原料多方面需求，采用固定床轴向变温加氢绝热反应器及脱硫反应器并串联工艺。 6.装置原料选择方面，可选用催化干气、焦化干气作制氢原料气。 7.装置选用了成熟可靠的催化剂，提高了装置操作稳定性，确保长周期运转。 8.CO变换部分采用中温变换，进一步提高氢气的收率。 9.氢气净化选用PSA工艺技术，简化流程提高了氢气质量。 10.利用转化炉烟道气高温位余热预热原料气，利用烟道气和转化气的高温位余热发生3.5MPa中压饱和蒸汽，一部分作为装置自用蒸汽，另一部分并入全厂中压蒸汽管网。 11.回收工艺未反应水，降低了除盐水耗量。在中变气冷却、分离过程中，冷凝一定量

34、的未反应水。水中除含有微量CO2等有物质外，还含有少量金属离子。这部分酸性水不能直接排放，将会污染环境或增加污水处理场负担。这部分酸性水经汽提脱除CO2等杂质后，需经除氧可作锅炉给水的补充用水。本设计采用了这一先进成熟的回收技术，工艺未反应水经汽提后直接进入除氧器除氧，除氧后可作为锅炉给水。这样，既保护了环境，又减少了脱盐水用量。 12. 转化炉设计结构。转化炉采用顶烧炉，对流段横卧于地面。这种炉型具有以下特点：. 热效率高，在对流段尾部设置空气预热器，使燃烧空气与烟道气换热后进入烧嘴助燃。这样，一方面将烟道气的低位热能转化为高位热能，提高了火焰温度，降低了燃料消耗；另一方面降低了排烟温度减少

35、了排烟热损失，提高了热效率。. 采用顶部火嘴。由于采用顶部火嘴，火焰向下与物流并流，更适合于转管内反应的要求。. 对流段设置于地面，便于安装和检修，同时又降低了汽包安装高度。. 转化炉管的热补偿形式，采用弹簧吊架，借上尾管吸收热膨胀量，改善了炉管及下集合管的受力情况，降低了工程造价。. 采用新型顶烧燃烧器，对燃料的适应性强，既可单烧高压瓦斯，又可混烧高、低压瓦斯。. 转化炉选用新型耐火及保温材料，如轻质浇注料、锆铝陶瓷纤维模块、摩根热陶瓷耐火砖。. 为了充分利用高温烟道气热量，提高传热效率，对流蒸发段采用钉头管，空气预热器采用新型板式空气预热器。 13. 提高自动控制水平. 本设计采用集散型计

36、算机控制系统（DCS）。以提高装置运行安全可考靠性。. 设置连锁自保系统，提高装置安全运行的考靠性。 14. 采用PSA净化工艺，简化了制氢装置流程，提高了氢气质量。降低装置能耗。. 本PSA装置运行程序 采用10-3-4运行程序。并设置了（9-1-3、8-1-2、5-1-2）10塔操作切换至9塔8塔7塔操作的功能，大大提高装置的可靠性。. PSA装置程控阀为气动程控阀，体积小，重量轻，运行准确，平稳，开关速度快。2、设计讨论 1.利用炼厂气作为制氢原料与以轻油为原料相比可大幅度降低氢气成本作为炼厂气中来源最广泛的催化裂化干气制氢的开发成功大大拓宽了炼厂气制氢的选择范围在实现制氢成本廉价化方面

37、开创了新的途径。 2.采用列管式和绝热加氢反应器串联的两段加氢流程可以完全满足以催化裂化干气为原料制氢的净化要求工业装置运转表明该技术可行经济合理操作平稳调节灵活可以适应原料的波动性。 3.T-205 /205A钛基加氢催化剂具有良好的低温活性具有较好的烯烃饱和和有机硫加氢转化的能力同时具有较强的抗甲烷化性能。 4对于有催化裂化干气又缺乏轻质烃类原料的国内绝大多数炼油厂在扩大制氢原料制取廉价氢气方面提供了切实可行的经验可考虑采用上述流程。五、存在的问题及解决方法1、（瞬时）紧急停电事故处理（1）恍电现象：装置照明眨闪。转化炉鼓风机、引风机自停。锅炉给水泵、汽提塔底、导热油泵、加药泵泵停止运转。

38、装置机械噪音突然减小。（2）停电原因： 运行供电母线故障跳闸，备用供电母线切入并投入运行。 系统电网电压波动。 系统电网线路切换。（3）紧急处理：（瞬间停电按恢复装置运行处理） 立即启动原料气压缩机机润滑油泵。 迅速启动转化炉鼓风机、引风机调整好炉膛负压。 迅速启动锅炉给水泵、保证汽包液位。 启动汽提塔底泵、加药泵、导热油泵。 检查原料气压缩机运行情况。 严密注视转化炉入炉原料气量、配汽量、炉出口温度及炉膛温度。 严密注视R-2204、R-2201、R-2202AB、R-2203运行情况。 严密注视D-2210、 D-2211、D-2215的液位。（4）需注意的问题:原料气机设置瞬时停电自启动

39、，虽不受瞬时停电影响。但要注意压缩机厂家没有配置轴头泵，设置单独稀油站，瞬时停电润滑油泵自停，所以首先要先启动润滑油泵，保证压缩机安全运行。启动锅炉给水泵，应先关出口阀再启动电机，严防带负荷启动。 2、低风压紧急处理（1)供风要求装置仪表需风量：300NM3/h。仪表正常供风0.4Mpa,0.3Mpa报警，0.24Mpa仪表控制阀失去控制。(2)低风压现象： DCS画面发生低风压声光报警。 控制阀失去控制，操作参数波动。 (3)低风压原因： 部分空压机停车，造成风压下降。 空气干燥控制失控。 净化风大量泄漏或放空。 (4)紧急处理（一般情况按维持装置运行处理，特殊情况按紧急停工处理） 联系调度

40、通知空压机岗位迅速启动空压机，提高风压，保证供风。 联系调度通知空压机岗位调整空气干燥操作，保证供风正常。 停止滥用净化风，保证仪表用风正常。 短时间低风压，为了维持不停工可改旁路操作（短时间） 长时间低风压，可按紧急停工处理。(5)需注意的问题: 严格控制F-2201、R-2204、R-2201、R-2202的操作，做到反应器不超温。 严格控制转化炉的操作，做到不超温。六、总结与展望 1、国内外催化剂概况及发展趋势(1)国内外概况 我国于50年代中期由西南化工研究设计院(四川天一科技股份有限公司，天科股份)率先进行天然气转化催化剂的试验研究，1959年第一个供工业使用的CN一1型天然气转化催

41、化剂开发成功，随后投入工厂应用。40多年来，天科股份已经研制开发出一系列以天然气、油田气、炼厂气或轻油为原料转化制氢、制合成气、城市煤气、富甲烷气和还原气、类转化催化剂(见表1)，其中气态烃蒸汽转化催化剂已形成了5个系列，3 0多个品种。这些催化剂成功地用于凯洛格流程，UHDEAMV流程、布朗流程、换热转化流程等各种工艺流程，并满足各种炉型、规模装置的需求。目前国内外常用的催化剂情况见表2。衰I天科股份开笸的十要转化催化捌一览表型号特点及琏说明挤制烧结型，用于天然t部分氧化曾在=十一应厢CN一2(zm) 粘结型，用于加压蒸汽艟问嫩转化广泛应用CN一， 烧结型用于轻油问最转化一个工厂曾使用轱结型，=段转化炉J】J|泛应用烧站型二段转化炉热侏护刑J|泛麻JjCN一7(Z107) 烧结型，大型氨厂一段炉用r泛应用CN一8 烧结型，带槽柱状，乙炔尾气转化厦制广泛应用证原气烧结型，挤制车轮状 段炉用r泛戌用烧结型二段炉用及部分氧化用广泛应用CN12(Z111) 烧结型，降求碳比甘能型，一段炉用广泛应讦I轻油制富甲烷气用广泛应ji烧结型，多孔艳扳状，一段炉用广泛应用烧结型，特嫌fL结构一段炉用已T：业化烧站型部分钮化及间歇转化坩f“泛戊刖烧结犟堆密度低段炉用广泛应用CN一2I 枇结盟，部分氧化问敞转化J；j 广i乏应用烧结艳，换热转化一段妒甩r泛应用CN-28 烧结墅禽较