制氢装置原理及操作
工艺原理
1.1制氢装置主要工艺过程
装置从原料净化到原料蒸汽转化及中温变换,每个过程都包含有复杂的化学反应,而产物的分离则是一个除去杂质的变压吸附过程,装置的各组成部分的催化剂有所不同,对操作的要求及处理也不同,为达到正常生产控制的目的,必须对每个过程的生产原理及催化剂性能有一定认识。本装置制氢工艺主要由原料气净化,烃蒸汽转化,CO中温变换及中变气的PSA氢气提纯等几部分组成。
1.2制氢装置主要化学反应机理
1.2.1原料气净化部分
原料净化过程是在一定的温度、氢气压力和空速条件下,借助加氢催化剂作用,把原料气中硫化物、氯化物脱除,使原料气中硫含量降至0.2PPm,氯含量降至0. 1PPm,以保护好后续转化催化剂的正常运行。
原料气中硫化物对含镍蒸汽转化催化剂以及变换催化剂等一系列催化剂都有毒害作用,因此一定要脱除。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两大类。原料气中的硫化物绝大部分是有机硫化物,按有机硫化物的热稳定程度,大致可分为两类。一类是硫醇和二硫化物,它们在150~250℃便能分解;另一类为硫醚和环状硫化物(噻吩类),它们在400℃时仍然稳定。这些有机硫化物不能在氧化锌脱硫剂上直接反应被脱除,为了便于复杂有机硫的转化,必须使用加氢转化催化剂在氢气作用转化生成无机硫化物,再用氧化锌脱硫及吸附脱除。
一般的钴钼型加氢转化催化剂在350℃左右即可将复杂的有机硫转化为H2S,几种典型有机硫的加氢反应如下:
硫醇加氢:R-SH+H2=RH+H2S
硫醚加氢:R-S-R’+H2=RH+R’H+H2S
噻吩加氢:C4H4S+4H2=C4H10+H2S
二硫化碳加氢:CS2+H2=CH4+H2S
硫氧化碳加氢:COS+H2=CO+H2S
此处R-代表烷基,这些反应都是放热反应,平衡常数很大。因此,只要反应速度足够快,有机硫的转化是很完全的。
除了上述有机硫加氢反应外,对于含有烯烃的制氢原料如焦化干气和催化干气,钴钼催化催还能使烯烃加氢成饱和烃,有机氮化物也可在一定程度上转化成氨和饱和烃了。
烯烃加氢成饱和烃基本反应式如下:
C n H2n+H2= C n H2n+2
烯烃加氢饱和反应是放热反应,但由于烯烃含量较高,而有机硫含量很低,因此,对于含有烯烃原料,主要表现为烯烃加氢饱和反应放出的热量。从理论上讲1mol烯烃加氢需要1mol氢气,但要考虑到原料中有机硫的完全加氢转化以及降低稀烃含量(<1%mol),因此应尽量提高氢气分压。通常氢气的过剩量高于烯烃含量的5-10%mol,即可以达到上述要求。针对焦化干气和催化干气,由于其本身的氢气含量远远高于烯烃含量,因此,在烯烃加氢饱和反应中,仅仅依靠自身的氢气,而不需要另外配氢。
理论计算表明,1%mol的烯烃加氢饱和反应放出的热量可以使焦化干气或催化干气的气体温度升高20~30℃。在实际生产过程中,考虑到加氢反应器的热损失,实际温升约为18~22℃。
有机硫加氢生成H2S以后可以用氧化锌脱硫剂进行脱除,氧化锌是一种高效的脱硫剂,它和硫有很强的亲和力,生成的硫化锌十分稳定,不仅能以极快的速度几乎完全吸收掉H2S,使出口气体中的H2S降低至0.2ppm以下,而且还可以脱除某些有机硫化物,如硫醇、二硫化物等,反应如下:
氧化锌脱硫:H2S+ZnO=ZnS+H2O
氧化锌脱硫醇:RSH +ZnO=ZnS+ROH
氧化锌脱二硫化碳:CS2 +2ZnO=2ZnS+CO2
氧化锌脱硫氧化碳:COS +ZnO=ZnS+CO2
在200~500℃范围内,氧化锌吸收H2S及某些有机硫化物平衡常数都比较大,H2S的平衡浓度都很低,反应进行得很彻底,实际上可认为是不可逆的。但氧化锌对噻吩及其衍生物基本无吸收能力。
原料烃中若含有机氯,在钴钼加氢催化剂的作用,同样可将有机氯转变为
无机氯(HCl),无机氯(HCl)和脱氯剂中的高活性金属氧化物活性组分反应,生成稳定的金属氯化物被固定下来,达到脱出氯化物目的。具体反应如下:RCl n+nH2= RH n+nHCl 此处R-代表烷基
CCl4+4H2= CH4+4HCl
M+n+nHCl=MCl n n=1,2,3,……………
MO+2HCl=MCl2+H2O
1.2.2烃类水蒸汽转化部分
烃类水蒸汽转化是制氢装置的核心。烃蒸汽转化过程是精制后的原料气在一定压力、温度、空速、水碳比和催化剂作用下,烃和蒸汽进行反应,转化成气体氢和一氧化碳,同时伴随生成CO2和少量的残余CH4。
制氢装置所采用的原料为组成比较复杂的烃类混合物,例如轻石脑油中C3至C10的烃就有50种以上,反应又处于450-800℃的列管式变温催化床层内,因此,烃类加压水蒸汽转化制取氢气或合成气过程是一种包括多种平行反应和串连反应的复杂反应体系,是一种均相多相复合催化过程。由于床层温差较大,不同部位的反应情况变化较大,包括高级烃的催化裂解、热裂解、脱氢、加氢、结炭、消炭反应、甲烷化和变换反应等,但从热力学平衡的进度来看,主要有以下独立的控制平衡反应:
(1)烃类转化反应
C n H m+n H2O=nCO+(n+m/2)H2–ΔH
C n H m代表烃类任一组分的通用分子式
(2)甲烷化反应
CO+3H2 = CH4+H2O +ΔH
(3)CO变换反应
CO+H2O =CO2+H2+ΔH
反应(1)反应速度较快,基本上可以看成不可逆转化反应,反应(2)和反应(3)为可逆反应,最终生成产品气体中气体氢、一氧化碳、CO2和残余CH4的组成由反应(2)和反应(3)的平衡所决定。
反应(1)是强吸热反应,反应(2)和反应(3)为放热反应,烃类蒸汽转化总的反应热为正或为负,须取决于反应条件。在制氢装置操作条件下,总反应
表现为分子增多的强吸热反应,故提高反应温度,降低反应压力,增大水碳比,均有利于平衡向转化方向移动。
1.2.3 CO中温变换
原料经转化生成的产品气中含有11~12%的CO,为了尽可能多的产氢气以节约原料消耗和减少PSA系统进料的杂质,CO中温变换在一定的温度、压力、空速、水气比和催化剂作用下,将CO与水反应生成更多的氢气和CO2,反应机理如下:
CO+H2O =CO2+H2+ΔH
ΔH298=-41.2KJ/mol
CO中温变换反应为等分子可逆放热反应,从热力学角度来看,降低反应温度,提高H2O/CO比,将有利于增加CO的变换率。压力对变换反应的平衡没有显著的影响。
中变催化剂主要活性组分为铁铬,Fe2O3为主体,Cr2O3为助剂,中温变换催化剂的主要活性组分为Fe3O4,而新催化剂是以Fe2O3形成提供,故在使用前必须对催化剂进行还原。用H2将Fe2O3还原成Fe3O4,同时要防止催化剂还原过度,所以在还原及正常使用中一定要配一定量的水蒸汽,一般要求H2O/H2>0.2。由于催化剂还原为放热反应,还原初期配H2要缓慢增加并适当控制入口温度,防止反应速度过快,造成催化剂床层飞温,同时为保证还原完全,还原后期要求氢浓度大于60%。
1.2.4变压吸附(PSA)
从中变气第三分液罐出来的气体大部分为氢气约74%,另外还含有近5%的甲烷,3%的一氧化碳和18%的二氧化碳,其中甲烷和一氧化碳都含有很高的热值,而且一氧化碳和二氧化碳是加氢装置的毒物,PSA单元的任务就是把这些毒物除去,得到99.9%以上的高纯氢,而杂质气体甲烷、一氧化碳和二氧化碳则作为PSA尾气送至转化炉全部做燃料。
变压吸附简称PSA,是对气体混合物进行分离提纯的一种工艺过程,该工艺是多孔性固体物质(吸附剂)内部表面对气体分子的物理吸附为基础。在两种压力状态之间工作的可逆物理吸附过程。
变压吸附气体分离工艺的实现是利用吸附剂在这种物理吸附中所具有的两
个基本性质:一是对不同组分的吸附能力不同;二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加。利用第一个性质,可以实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分(如吸附能力很小的H2组分)得以提纯;利用吸附剂的第二个性质,可以实现吸附剂在高压下大量吸附杂质组分,而在低压下使被吸附组分解析,吸附剂得以再生,从而构成吸附剂的吸附与再生循环,达到连续分离提纯气体的目的。
PSA最常用的主要吸附剂是活性氧化铝、活性炭和分子筛,通常需要几种吸附剂组合使用。
活性氧化铝为一种物理化学性能极其稳定的高空隙AL2O3,规格为Φ3~5mm球状,抗磨耗、抗破碎、无毒。对几乎所有的腐蚀性气体和液体均不起化学反应,易吸水。主要填在吸附塔底部,用于脱除水分。
活性炭是以煤为原料,以特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附剂,对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力,易吸水。本装置所用活性炭规格为Φ1.5mm条状,装填于吸附塔中部,主要用于吸附CH4、CO2和烃类;其对常见气体组分的吸附顺序: H2《Ar 分子筛这一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐,型号为5A,规格为Φ2~3mm球状,无毒,无腐蚀性。5A分子筛不仅有着发达的比表面积,而且有着非常均匀的空隙分布,其有效孔径为Φ0.5nm。5A分子筛是一种吸附量较高且吸附选择性极付佳的优良吸附剂,装填于吸附塔的上部,用于用于吸附CO、CH4、Ar和N2;5A分子筛具有极强的亲水性,如果受潮,则必须作活化处理。其对常见气体组分的吸附顺序: H2《Ar 装置正常操作 2.1 脱硫精制段操作(R-101,R-102A/B) 预热后的原料气,首先进入加氢反应器(R-101),在催化剂和氢气作用下,原料焦化干气中的烯烃首先发生烯烃饱和反应生成饱和烷烃;原料中有机硫和有机氯发生氢解反应,把有机硫转化为无机硫,有机氯转化为氯化氢。然后再进入两台氧化锌脱硫反应器(R-102A/B)。 2. 1.1加氢反应器操作(R-101,R-102A/B) 影响加氢催化剂活性因素很多,不同使用条件如温度、压力、空速以及氢分压等,将直接影响原料中有机硫的转化率。 1)床层温度的影响 钴钼加氢催化剂用于原料气烯烃饱合及加氢脱硫。加氢转化反应是放热反应,从热力学角度看,降低温度有利于于转化反应,温度越低,有机硫的平衡浓度愈低,但因为加氢转化的平衡常数较大,即使维持较高的反应温度也能获得较理想的加氢效果。如从提高反应速度着想,反应应在较高的温度下进行。综合考虑,加氢反应器操作温度应控制在340℃~400℃。温度低于于320℃时,加氢转化效果下降,床层温度高于400℃,易造成烃类裂解结碳,在催化剂上聚合和结焦的倾向增加。一般来说,对于JT-6加氢催化剂,当温度高于250℃时,就具有加氢脱硫活性了。总之,在使用初期,特别是对含有烯烃较多和碳氧化合物含量较高的原料,在能满足脱硫要求的情况下,应控制在下限为好,以防止裂解和副反应。随着催化剂活性衰退可逐步提高操作温度。 2)反应压力的影响 在加氢脱硫过程中,总分子数减少,增加压力对加氢反应有利。但由于原料中硫含量低,故压力影响不显著。反应压力的影响常常是通过氢分压来体现的。系统中的氢分压取决于操作压力和氢油比。 本装置原料处于气相,提高反应压力实际上也就是增加了氢浓度、原料气浓度和原料在反应器中的停留时间,因此适当地提高反应压力会对脱硫有利,而 且氧化锌脱硫剂也希望在较高压力下使用,压力过低,脱硫效果会明显下降,通常在不低于0.1MPa压力下使用。 脱硫系统压力由整个工艺流程的要求决定,通常控制在2.0~4.0MPa。 3)空速的影响 空速对加氢反应有较大的影响。有机硫加氢系内扩散控制,空速太高,原料烃在催化剂床层中停留时间太短,来不及进入内表面即穿过床层,会使加氢反应不完全,同时也降低了催化剂的内表面利用率。但为了提高生产能力,在保证出口硫含量满足工艺要求的条件下,通常均采用可能高的空速,一般轻油的空速范围为1~6h-1。 4)配氢的影响 加氢脱硫反应,增加氢油比,即提高氢分压,不但能抑制催化剂的积炭,还有利于氢解过程的进行。相反,如果烃类的分压增加,会使烃类在催化剂表面被吸附,从而减少了催化剂表面积,抑制氢解反应。所以高氢油比对加氢反应有利,一般氢油比为80~100(体积)。氢油比过低,脱硫达不到要求。 脱硫配氢量随原料性质的不同而变化,在原料气总硫小于200×10-6的情况下,配氢量大于300Nm3时,即可保证脱硫后硫含量小于0.5×10-6。但在处理量不是很大、反应器和氢压机负荷允许的情况下,适当增加配氢量(即增加氢分压)对脱硫有利,同时还可弥补一下散热损失和因线速度过低所造成的气体偏流。但配氢量不能过多的增加,因过多的配氢会使反应器内线速度过大,而降低了反应时机,反而对脱硫不利,同时也增大了多催化剂的冲蚀和配氢能耗。 除了对配氢量的要求外,氢纯度也是必须控制的指标之一。如果配氢中含有CO和CO2气体时,由于300℃以上在钴钼催化剂的作用下,将发生甲烷化反应: CO +3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O 以上两个反应为强放热反应,会造成反应器超温,因此一般要求配氢中(CO +CO2)含量小于0.5%(体)。 2. 1.2影响氧化锌脱硫的主要因素 在反应器已经确定的情况下,影响氧化锌脱硫的主要因素有以下几方面: 1)床层温度的影响 氧化锌脱硫反应均为放热反应,在正常生产中为保证脱硫剂的脱硫效果及脱硫速度,同时也为保证脱硫剂的最大硫容,要求脱硫剂有一定的使用温度。目前使用的中温型脱硫剂所要求操作温度为200~380℃,基本上可将气体中H2S 脱至接近零。最高活性温度要求大于350℃。氧化锌脱硫剂的硫容(每100kg 脱硫剂吸收硫的重量,常以百分数来表示)随操作温度的升高而增加,因此当硫容饱和而使脱硫不合格时,适当提高一下操作温度,则可增大其硫容,而继续使用一段时间。氧化锌脱硫剂的硫容一般在15%~20%之间。特别是在催化剂使用后期,提高一点反应温度,对提高硫容量,延长更换周期都是有好处的,但不能超过420℃,以防止烃类热裂解而造成结碳。 2)反应压力的影响 提高压力,提高了硫化物的分压,增加气体与脱硫剂的接触面积,有利于提高反应速度,一般压力由整个工艺流程的要求决定,通常控制在2.0~4.0MPa。 3)空速的影响 在保证有足够的线速度,不存在气膜效应的前提下,采用较低的空速对提高脱硫效率是有利的,但同时也要考虑到设备的体积和利用率。一般空速范围:气体空速为1000~2000h-1,液空速为1~6h-1。 2.2 转化系统操作(F-101) 焦化干气经加氢脱硫后,含硫量小于0.2ppm,达到后序转化中变的要求,气体进入转化炉F-101。对流段预热至520℃,再进入幅射段炉管进行转化反应,炉出口850℃,F-101是本系统重要操作工艺设备。 2.2.1影响转化反应的因素 转化反应是制氢装置的核心反应。装置操作条件将影响转化催化剂活性和使用寿命,直接关系到制氢装置平稳运行。影响转化反应的因素主要有: 1)反应压力 转化反应是体积膨胀的反应,提高压力对平衡不利,压力增加,转化率会降低。但在工业实践中,加压转化有以下好处: Ⅰ)加压转化可节省动力,对制氢来说,加压转化可节省加氢压缩机的动力消耗。 Ⅱ)加压转化可以提高设备能力,操作的空间速度可以大一些,催化剂的利用率可以提高,设备制造材料较省。 Ⅲ)加压转化可以提高过剩蒸汽的热效率。转化反应需要过量的蒸汽,高压蒸汽温度高,在变换后可回收的热能提高,从而降低了生产成本。 但是,对于定型装置来说,压力却不可以任意提高,只是随着阻力降的增大,前部压力被迫逐步提高到设计值。 2)反应温度 因为转化反应是吸热反应,因此提高温度不仅可以加快反应速度,而且有利于平衡,即可以多生成CO和H2,降低转化尾气中残余CH4的含量。但是,提高温度受到转化炉管的材料的限制。 3)空间速度 对于烃类制氢而言,空间速度一般是进料的碳空速。碳空速是用碳流量除以催化剂的体积的商值来表示的。空速对每个转化炉来说都有一定的范围,空速太大时,由于原料在催化剂床层中停留的时间太短,反应深度也越差,使转化炉出口残余甲烷升高,甚至会发生重烃穿透床层、引起催化剂结碳的事故;但碳空速太小时又可能有烃类进料在各炉管中分配不匀产生炉管温度不同的现象。 4)水碳比 水碳比是用来表示制氢转化炉操作条件的一个术语,是指转化进料中水(蒸汽)分子的总数和碳原子总数的比值。写为H2O/C。水碳比是轻油转化过程中最敏感的工艺参数,在生产中,提高水碳比可以减少催化剂的结碳,降低床层出口的残余甲烷,对转化反应是非常有利的。水碳比过小时结碳倾向增大,然而提高水碳比也相应增加了燃料消耗,甚至会引起转化催化剂的钝化。所以在生产中只能根据具体的工艺装置确定合适的水碳比。本装置水碳比控制在 3.2~4.5。但H2O/C 过大亦不经济,会导致更多的, 综合以上因素:转化温度、压力、H2O/C对转化炉出口转化气组成的影响可简单表示如下: T↑:CH4↓、CO↑、CO2↓、H2↑ P↓:CH4↓、CO↑、CO2↓、H2↑ H2O/C↑:CH4↓、CO↓、CO2↑、H2↑ 2.3变换反应操作 2.3.1变换反应的基本原理 变换是CO和水蒸汽作用生成H2和CO2的过程。 2.3.2 变换反应式 CO+H2=CO2+H2+410MJ/ g-mol /25℃ 2.3.3变换率的求法 生产上对于变换反应进行的程度常用变换率来表示: VCO-VCO' 变换率(X)=───── *100 (1) VC0*(100+VCO') 式中: VCO--------入口干气中CO的体积百分数; VCO--------出口干气中CO的体积百分数。 2.3.4影响变换反应的因素 在反应器已经确定的情况下,影响变换反应的主要因素有以下几方面: 1) 压力 变换反应是一个等分子反应,压力对反应平衡无影响,但加压可增加反应速度,反应速度约与压力的平方根成正比,所以加压变换可采用较大的空速,即可以省催化剂,设备较紧凑。本装置设计中变入口压力为 2.7MPa,床层总压降0.05MPa。 2) 温度 变换反应是放热反应,温度越低越有利于变换反应的进行。但降低温度必须与反应速度和催化剂的性能统一考虑,工业生产中,所有的催化剂都有一定的活性温度,低于它反应就不能进行或进行缓慢,而高于此温度会损坏催化剂。由于变换反应开始时,CO浓度较高,为加快反应速度,采用在较高温度下进行反 应。如果变换反应已接近平衡,提高温度会使CO变换率降低,降低温度会使CO变换率增加;如果反应尚未接近平衡,提高温度CO变换率增加,降低温度CO变换率降低。在实际生产中,只要能达到工艺指标(出口CO<3﹪),就尽可能降低操作温度。中变反应温度一般控制350~400℃。 3) 水气比(水蒸汽/CO) 增加水气比,即增加水蒸汽流量,可使反应向生成H2和CO2的方向进行;但如果变换反应已接近平衡,增加蒸汽量CO变换率也增加,减少蒸汽量CO变换率降低;如果变换反应未接近平衡,增加蒸汽量CO变换率降低,减少蒸汽量CO变换率增加。但变换反应所需要的水蒸汽是转化前加入的,由于制氢采用H2 O/C较大,故变换水气比很高,足够变换反应的需要。 2.4转化炉燃烧系统操作 自管网来的燃料气主要是焦化干气经燃料气分液罐(V-109) 分液后,再通过温度调节阀调节燃料气的流量,然后至转化炉顶烧高压火嘴。 自PSA部分来的低压解吸气进入转化炉顶火嘴的低压腔。 助燃空气由转化炉鼓风机K-102A/B提供,正常操作时两台同时运转。通过对转化炉鼓风机K-102A/B变濒调速实现对空气流量调节。 高温烟气经烟道气引风机K-103A/B通过烟囱排放至大气。正常操作时两台同时运转。通过对烟道气引风机K-103A/B变濒调速实现对转化炉膛负压的调节。 装置正常开工 制氢装置开工过程分为:装置气密、冷氮循环、热氮循环,余热产汽,转化中变催化剂配汽还原,加氢催化剂预硫化,系统投料,PSA投运。 3.1开工前准备工作 3.1.1装置工程全部结束,工程质量验收合格。 3.1.2装置气密合格,单机试运负荷试车合格,均达到良好备用状态。 3.1.3加热炉烘炉结束检查合格,余热煮炉试运结束,达到发汽并网正常。 3.1.4加氢、脱硫、转化、中变、PSA、催化剂及吸附剂全部装填完毕。 3.1.5焦化装置开工正常。加氢装置待氢开工。 3.1.6水、电、汽、风、氮气、瓦斯引进装置并可正常供给。 3.1.7装置的连锁和控制系统调试完毕,现场控制阀动作正常,联锁置于旁路,所有仪表投用。 3.1.8若用轻石脑油开工,准备原料。 3.1.9化工原料要按计划数量到现场。(NA3PO 4.12H2O)。 3.1.10开工分析项目安排好。 3.1.11做好开工技术准备工作。 3.1.12准备好消防工具,落实各项安全措施及事故处理措施。 3.1.13装置开工方案已向操作人员交底,岗位操作人员要经考核合格持证上岗。 3.2 气密 装置在转化炉烘炉、余热系统煮炉运后,需要对出现问题进行整改,再 加上进行了催化剂的装填,因此很难保证系统的严密性,必须重新进行气密 与氮气置换。 3.3产汽系统建立水循环 3.3.1投用除氧器 a)改通进水流程: b)投用1.0MPa除氧蒸汽,控制除氧器压力在0.02MPa在右进行除氧。 c)采除氧水样进行分析,当除氧水中氧含量≤15μg/L、硬度≤3.0μmol/L、PH值在8.5~9.2之间,除盐水除氧合格。 3.3.2中压汽包V-106建立液位 a) 改通上水流程 b) 启动中压给水泵 中压汽包进水后,加药系统配好NB3PO4向中压汽包加药,使汽包水的PO43-在5~15mg/L之间,蒸汽中的Na+≤15μg/L。 投用排污扩容器。打开排凝阀进行冲洗,合格后再关闭。 当中压汽包液位达到40~50%时,视情况停下P-101A/B。 投用中压汽包液位低低联锁。 3.4 转化中变冷氮循环: a) 按流程图建立如下转化中变循环流程建立转化中变升温流程,启动压缩机建立K-101A氮气循环,入口压力维持在0.3~0.4MPa,压力下降时及时从K-101A入口补入N2,压缩机维持满负荷循环。 b)观察各床层、换热器压降是否正常,稍开各换热器副线,确认畅通后关闭。 c)启动所有仪表,并观察运行情况,发现问题及时联系仪表工处理。 d)启动引风机K-103A/B,鼓风机K-102 A/B,建立炉膛负压-30~-50Pa,做好F-101点火前的准备工作。 3.5 热氮循环 在此阶段各反应器都不装催化剂,用氮气代替原料,模拟操作参数进行操作,检查全系统的设备、仪表、管道、阀门、供电等的性能和质量是否符合设计和规范的要求;观察转化炉炉管及上尾管、下集合管的热膨胀;了解工艺参数能否达到设计要求,充分暴露系统中存在的问题,摸清各工序之间的内在联系,为下一步催化剂还原和装置投料打下良好的基础,确保装置一次试车成功。热氮试运阶段同时完成以下任务: a)转化炉烘炉; b)转化炉冷壁集合管衬里烘干 c)产汽系统的碱煮 d)产汽系统(包括转化气蒸汽发生器、烟气产汽系统以及中压汽水分离器)的试运情况 3.5.1转化炉点火条件 a) 检查各火嘴手阀均已关闭。 b) 转化系统已建立冷氮循环。 c) 中压汽包进水结束,液位50%待用,汽包顶部放空阀已打开。 d) 鼓风机、引风机已经运行正常,炉膛负压已建立-30~-50Pa。 e) 投用鼓引风机联锁。 f) 点火用具已准备好。 g) 燃料气引至转化炉火嘴的中心火嘴手阀前。 h) 炉膛气测爆分析合格。 i) 转化系统循环气采样分析,当系统中O2<0.5%,烃类<1%时循环气分析合格。 3.5.2点火原则及注意事项 a) 点火时应尽量使炉膛温度分布均匀。在转化升温的过程中,点燃火嘴应以多火嘴小开度为原则进行,同时注意点燃的火嘴在炉顶分布要均匀。 b)以转化炉膛辐射段出口温度平均温度为准按30℃/h的速度升温使转化炉入口温度达320℃后恒温。在所有火嘴全部点燃后,转化炉的温度控制方可通过c)升温期间,饱和热蒸汽经过热段出口现场消音器放空,中压汽包采用间断上水的方法维持汽包液位在50%左右。 d)应定时分析系统循环气中烃的浓度,若发现烃类进入系统应将循环气置换掉。 e)投用燃料气压力低低联锁。 3.5.3 转化炉的升温热氮试运 3.5.3.1升温速度 升温速度见表3-1,升温曲线见图3-1。 表3-1 F-101升温速度表 3.5.3.2 F-6101升温说明 区域I主要考虑F-101烘炉,主要考虑转化气蒸汽发生器冷壁衬里和F-101对流段衬里、辐射段底烘烤,故温度速度相对快一些,以对流段入口的TIA10605为准,控制升温速度。 区域Ⅱ是将测温点由炉膛改至炉管出口的过程,同时也是调整炉出口温度的 过程,配合碱煮和产汽系统的试运。温度以F-101出口集合管上的TICA10604为准。 区域Ⅲ是转化炉降温过程,600℃前温度以TIA10624~TIA10625平均温度为准,后改为以TIA10605为准。 3.5.4 热氮试运后的检查 当F-101降温到180℃熄火后,闷炉降温,任其自然降温到100℃以下,打开看火孔,人孔等进行通风降温。烟道风机视降温情况决定开或停,当炉膛温度<40℃后,进行炉膛的内部检查,仔细检查炉管有无变形,炉墙衬里有无裂缝,耐火砖有无脱落等问题,查出问题后安排处理解决。 3. 6 转化、中变催化剂还原 3.6.1还原目的 3.6.1.1转化催化剂还原 转化催化剂Z417/Z418出厂时呈氧化态,在使用前需要将其中的NiO还原为具有活性的金属镍。还原反应如下: NiO+H2=Ni+H2O 此反应的热效应很小,工业装置上可以不考虑。由于该反应的平衡常数很大,反应比较容易进行。 3.6.1.2中变催化剂还原 中变催化剂B113-2在出厂时,其活性成分铁氧化物主要以Fe2O3形态 存在。在使用前需要用H2或CO还原为Fe3O4才具有较高活性。还原反应 如下: 3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O △H o298=-9.6KJ/mol 3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2△H o298=-50.8KJ/mol 在达到还原温度前,一定要先配入足够的蒸汽量,才允许配入还原气进 行还原。否则如果没有水蒸气存在,会发生深度还原,生成金属铁: Fe3O4+H2→3Fe+4H2O △H o298=150KJ/mol Fe3O4+4CO→3Fe+4CO2△H o298=-14.8KJ/mol 金属铁的生成会促进甲烷化反应和CO歧化反应: CO+3H2=CH4+H2O+206.28kJ/mol 2CO=CO2+C+172.5kJ/mol 上述两反应会放出大量的热,易引起催化剂超温或烧结。 因催化剂中含有少量的CuO,铜助剂的还原要放出来大量的热,由于升 温采用氢气还原,还原初期要求最大H2O/H2≥7,在转化催化剂不被还原前 提下,只让CuO发生还原,以避免床层飞温。 3.6.2转化、中变催化剂还原条件选择 3.6.2.1还原介质 还原介质一般用氢气。转化催化剂还原时,工业上一般都采用湿氢还原方法。用纯氢还原的催化剂活性高于湿氢还原的活性。但用湿氢还原法有许多好处:有利于提高催化剂床层入口温度;增大气体流量、保证了还原介质在每根转化炉管内分配均匀;防止还原介质中少量烃类裂解积炭;防止中变催化剂的过度还原。实际上催化剂在使用中就是处于一种高水蒸汽分压的还原气氛条件下,采用湿氢还原后催化剂的活性更能代表催化剂在使用状态下的活性。 3.6.2.2还原温度 提高温度有利于转化催化剂的还原。在整个还原期间催化剂床层入口温度应尽可能高,转化炉管在入口温度应维持在480℃,出口温度750℃。中变催化剂通常在200~250℃就能与H2发生还原反应。 3.6.2.3还原压力 还原压力一般为0.5~1.0MPa 6.6.2.4还原空速 氢空速≥300h-1 3.6.2.5其他还原条件 H2浓度60%以上,H2O/H2分子比为3~7.5:1,还原时间12h,短时间(不超过12h)被水蒸汽钝化的催化剂重新还原的时间可减至8h。 3.6.3转化、中变还原步骤 1)配汽后,引外来开工用氢入原料气压缩机,开始配氢量少一点,然后根据情况慢慢增加(一般按10t蒸汽配200Nm3/h氢气体),主要中变催化剂中氧化铜还原放热,出现“热波,同时注意观察中变反应器床层的各点热电偶的变化,控制好配氢量,要求“热波”温升越低越好,待整个热波转移到床层底部,其他各点温度平稳,还原初期结束,90%以上的CuO被还原。 2)配氢后要密切注意系统压力,若由于配氢量增加造成系统压力升高时(主要指压缩机入口压力)可开PSA入口超压放空PV-11001B放一部分气至火炬。 3)分析转化入口气中氢气浓度,由2%每次增加2%,若转化和中变温升都不明显则将氢气浓度继续提高2%,直到循环气中的氢气含量达到20%后,每次增加10%,继续配氢,直到循环气中的氢气含量达到60%以上。注意循环气中氢浓度达到20%以后,每次提高氢气浓度时都相应要把配蒸汽量提高,维持H2O/H2比值在4-7之间(最好控制在4-5之间),相应浓度下的配入蒸汽量可参考如下计算: 氮氢气循环量按10000Nm3/h计,H2O/H2比按4-7计算 最小配汽量kg/h=10000×H2%×4×18/22.4=32143×H2% 最大配汽量kg/h=10000×H2%×7×18/22.4=56250×H2% 还原合格是从转化催化剂入口温度大于500℃,出口温度达到750℃,循环气氢浓度达60%以上时计时,8-12小时后即可认为转化催化剂还原结束 3.6.3转化、中变还原要点 a)催化剂升温初期应严格控制升温速度,一般20~25℃/h,升至120℃时,转化催化剂恒温脱水24小时,或在不增加火嘴和燃料气量的情况下,催化剂床层自动上升时,认为脱水已经结束。切忘在催化剂脱结束之前提温,以防导致催化剂破碎。中变伴随转化升温。当转化炉出口达400℃左右时,中变床层温度才达120℃,此时中变恒温脱水24小时。 b)120℃中变恒温脱水结束后,以30~40℃/h将中变床层温度担至190~200℃,即系统蒸汽露点以上开始配入水蒸汽(也可同时配氢),配汽量逐渐提高。 转化炉配汽后,转化炉继续升温,控制参数如下: (1)转化炉入口温度TIA10601:450~480℃ (2)转化炉出口温度TICA10604:750~780℃ c)工艺蒸汽投入后,要确保中压汽包压力在 3.6MPa,蒸汽温度维持在420℃。 d)转化配汽的同时,转化炉及时增点火嘴,及时调节炉温,防止炉温大幅度下降,各分液罐建立液位后,液控阀先走副线后投用正线,防止催化剂粉尘堵 塞调节阀。 e)中变催化剂通常在200~250℃就能发生还原反应。此时应注意中变有明显的温波通过。因催化剂中含有少量的CuO,铜助剂的还原要放出来大量的热,还原初期导入氢气后,将出现一个“热波”,从顶层一次转移到底层,并且由于放热的温度积累,此波的热点温度越向下越高。所以在中变催化剂还原初期配氢尤其重要。待整个热波转移到床层底部,其他各点温度平稳,还原初期结束,90%以上的CuO被还原。可提中变入口温度至370℃~420℃,目的是深度还原,稳定还原后的催化剂的晶体结构。转化催化剂还原结束后,中变催化剂还原同时完成。 e)中变催化剂还原期间有H2S放出。因此配氢时应及时将脱硫系统串入,以免H2S毒害转化催化剂。 3. 7自产蒸汽切入系统 在转化、中变还原过程中,应及时将自产蒸汽配入系统,当到达并网条件时,将多余部分切入3.5MPa蒸汽系统。 转化炉出口300℃以前自产蒸汽在V-106就地放空。转化炉出口在300~500℃时,引至消音器(SL101)放空。炉出口达500℃,时将自产蒸汽提压至3.5MPa保压放空。将分析合格后切入系统,多余部分切入3.5MPa蒸汽系统。并入时要保证压力平稳安全并网。 3.7.1 工艺蒸汽疏水暖管 改通自产蒸汽并网的流程,用自产蒸汽对管线进行疏水暖管。各管线的凝结水均已排干净。暖管的同时对仪表进行热态调试试验,对有关阀门、法兰的螺栓进行热紧。 暖管结束后关闭暖管流程上所有的导淋阀。 3.7.2中压蒸汽并网 注意事项: 在蒸汽并网时,操作要缓慢、平稳,避免引起汽包压力、液位的剧烈波动,尽量使汽包保持50%的液位,维持汽包压力为3.6MPa左右。 3.8脱硫系统升温开工 3.8.1加氢催化剂硫化 系统的加氢催化剂是以CoO和MoO3氢化态供应,使用前需硫化成Co9S8和MoS2才具有加氢活性。焦化干气含有较高的有机硫需先转成无机硫,并有大量的烯烃需保饱合。要求加氢催化剂要有较高的活性,所以新鲜加氢催化剂须进行预硫化。 3.8.1.1硫化原理 未经处理过的加氢催化剂金属活性组分均为氧化态,为了使催化剂获得较高的活性,必须使氧化态转化为硫化态,即进行预硫化。加氢催化剂可采用液体CS2作为硫化剂。 硫化反应式如下: CS2+4H2=2H2S+CH4 MoO+2H2S+H2=MoS2+3H2O 9CO+8H2S+H2=Co9S8+9H2O NiO+H2S=NiS+H2O 3.8.1.2硫化条件 配氢中含硫量:0.1~0.5%(V) 空速:500~700h-1 压力:0.7~1.0Mpa 升温速度:≤20℃/h(详见升温曲线图) 最高温度:350℃ 3.8.2建立脱硫系统循环流程 a)建立脱硫系统循环流程 b)在压缩机入口开工阀组向脱硫系统充N2,启动压缩机,建立循环。 c)将外系统中压蒸汽引进装置,或系统自产中压蒸汽,通过E-111引至配汽阀FV10502处排凝暖管,经消音器放空。在暖管的过程中,加强E-111出入口低点的排水,排水结束后关闭各排凝阀。 d)通过温控阀TV10301控制加氢反应器入口温度,以15~25℃/h的速度升温,当R-101入口温度达300℃时恒温。 浙江X X X X X X有限公司培训教材 煤制氢装置工艺说明书 二○一○年九月 第一章 概 述 1 设计原则 1.1 本装置设计以无烟煤、蒸汽、空气为主要原料生产水煤气,然后经过一系列的净化变换处理生产工业氢气;生产规模:30000Nm 3/h 工业氢气。 1.2 本装置采用成熟、可靠、先进的技术方案,合理利用能源,降低能耗,节省投资。 1.3 认真贯彻国家关于环境保护和劳动法的法规和要求,认真贯彻“安全第一、预防为主”的指导思想,对生产中易燃易爆、有毒有害的物质设置必要的防范措施,三废排放要符合国家现行的有关标准和法规。 1.4 采用DCS 集散型控制系统。 2 装置概况及特点 2.1装置概况 本装置技术采用固定床煤气发生炉制气、湿法脱硫、全低温变换、变压吸附VPSA 脱碳和(PSA )提纯氢气的工艺技术路线,其中的变压吸附脱碳和提氢技术采用上海华西化工科技有限公司的专有技术。 本装置由原料煤储运工序、固定床煤气发生炉制水煤气工序、水煤气脱硫工序、水煤气压缩工序、全低温变换工序、变换气脱硫工序、变压吸附脱碳和提氢工序、造气和脱硫循环水处理工序以及余热回收等部分组成。 2.2装置组成 原料煤储运→造气→气柜→水煤气脱硫→水煤气压缩→全低温变换→变换气脱硫→变压吸附脱碳→ 变压吸附提氢 2.3生产规模 制氢装置的生产规模为30000Nm 3/h ,其中0.6MPa 产品氢7000 Nm 3/h ,1.3 MPa 产品氢23000 Nm 3/h 。装置的操作弹性为30—110%,年生产时数为8000小时。 2.4物料平衡简图 本装置的界区自原料煤库出来的第一条输煤皮带的下料开始,至产品氢出口的最后一个阀门为止。 煤造气气柜变换压缩脱硫VPSA 脱碳 VPSA 氢提纯余 热 回 收 系 统 动力站界外蒸汽管网硫回收 脱硫循环水造气循环水煤栈桥原料煤库 循环水站界外界外吹风气 粉煤 炉渣蒸汽VPSA 解析气 CO2气界外 界外外卖炉渣硫磺 硫泡沫 上水回水 0.6MPa 产品氢 1.3MPa 产品氢 变脱水煤气水煤气水煤气P-55 水煤气变脱气变换气P-63上水回水空气吹风气蒸汽 蒸汽 块煤 块煤蒸汽 飞灰烟气灰渣 The prerequisite for vigorously developing our productivity is that we must be responsible for the safety of our company and our own lives. (安全管理) 单位:___________________ 姓名:___________________ 日期:___________________ 氢气安全操作规程(通用版) 氢气安全操作规程(通用版)导语:建立和健全我们的现代企业制度,是指引我们生产劳动的方向。而大力发展我们生产力的前提,是我们必须对我们企业和我们自己的生命安全负责。可用于实体印刷或电子存档(使用前请详细阅读条款)。 氢气是易燃易爆气体,氢气混合或氢气与空气混合到一定比例,形成爆炸气体,遇到微火源(含静电和撞击打火),就会引起严重的爆炸。确保制氢、用氢安全是头等大事,特制定本安全制度,必须严格遵守。 1、制氢、用氢人员,必须强化安全意识,牢固树立安全第一思想,认真执行各项规章制度,切实做好安全工作。 2、电解水制氢操作人员必须经过严格训练,应真正了解掌握电解水制氢设备原理、结构、性能和操作方法经考核合格方可上岗。 3、任何人员不得携带火种进入制氢室。制氢和充灌气人员工作时,不可穿戴易产生静电的化纤服装(如尼龙、睛纶、丙纶……等)及带钉的鞋作业,以免产生静电和撞击起火。 4、制氢人员必须严格按电解水制氢规程制氢,开机后不得远离制氢室,应注意巡视制氢设备工作情况,做到严密监视和控制各运行参数,如有异常立即处理,不允许带故障运行。 制氢装置加氢脱毒部分工艺管理和操作规程 1.1 加氢脱毒部分的任务及主要工艺指标 1.1.1 加氢脱毒部分的任务 脱硫部分的任务是为轻烃水蒸汽转化制氢提供合格的原料(硫含量< 0.5PPm 、烯烃<1%)以防止转化催化剂硫中毒。其中加氢部分是在催化剂和氢气存在的条件下,将原料中 的有机硫,有机氯等转化为无机硫(H2S)和无机氯( HCl ),无机氯被脱氯剂吸收除掉,而 硫化氢则被氧化锌吸收,使得脱硫气含硫<0.5PPm。 1.1.2 加氢脱毒部分的主要工艺指标 (1) 轻石脑油 干点< 160℃ 含硫量≤ 50PPm (2) 干气 干气含硫量≤ 50PPm (3) 加热炉 F2001 出口温度340~380℃ 加热炉炉膛温度≯ 800℃ 入口压力 3.8MPa (4) 加氢反应器 R2001 入口温度340~380℃ 出口温度≯ 400℃ 入口压力 3.38MPa(abs) 出口压力 3.35MPa(abs) 空速1~ 6h-1 氢油比(体)80 ~ 100 加氢反应器床层最高温度≯400℃ (5)氧化锌脱硫反应器 R2002A.B 入口温度 350~370℃ 出口温度 360℃ 入口压力 3.35MPa(abs) 出口压力 3.32MPa(abs) 脱硫气含硫量≤ 0.5PPm 1.2 R2001反应温度的控制 反应温度是调节脱硫气含硫量的主要手段,钴-钼催化剂进行加氢脱硫时,操作温度通常控制在330~400℃范围内。当温度低于320℃时,加氢脱硫效果明显下降。温度高于420℃以上,催化剂表面聚合和结碳现象严重。一般来说,对于 T205 加氢催化剂,当温度高于 250℃ 时,就具有加氢脱硫活性了。因此,操作人员在正常操作时,必须调节TC7101 以控制好加氢反应器 R2001 入口温度。即通过调节加热炉F2001 的燃料气流量来控制加氢反应器R2001入口温度。反应温度主要参考原料性质的变化,空速的大小,氢油比的高低以及催化剂活性 情况来进行控制。 非正常操作因素: 影响因素 1、加热炉出口温度上升 2、原料含烯烃、CO、 CO2、 O2等杂质含量超标控制操作 1、降低加热炉出口温度 2、降低处理量,查明原料杂质来源,并切出超 一、目的: 保证制氢运行工作正常、安全、有序;使制氢运行人员的各项操作有章可循,为制氢运行人员提供操作的指导规范;保障机组的稳定运行。 二、范围: 适用于6号机组制氢站运行人员。 三、职责 规范作业,杜绝违章操作,保障生产安全稳定运行。 四、内容: 4、1、制氢设备生产工艺流程。 4、1.1、氢气系统 电解槽氢分离器氢洗涤器氢气冷却器氢气捕滴器氢气气水分离器氢气动薄膜调节阀干燥器 储氢罐氢母管发电机 4、1.2、氧气系统 电解槽氧分离器氧洗涤器氧气冷却器氧气捕滴器氧气器水分离器氧气动薄膜调节阀排空 4.2、主要设备参数和有关技术标准 4.3 4.3.1、必须按厂家规定进行水压试验,要求严密不漏。4.3.2、电解槽正、负极、电解隔间电压对地绝缘良好。4.3.3、检查应备有足够合格的电解液。 电解液的配制。 30℃时,10%NaOH、15%KOH溶液比重分别为1.1043、1.180。30℃时,26%NaOH、30%KOH溶液比重分别为1.28、1.281。 待碱液配好后加入2% 0V 2 O 5 添加剂。 4.3.4、分析仪器及其所用的溶液已准备好。 4.3.5、检查应有足够的氮气。 4.3.6、检查安全工具应齐全。 4.3.7、联系热工检查有关表计应完好。 4.3.8、联系电气电工检查电气设备,并向硅整流送电。 4.3.9、检查电解槽及氢系统应用水冲洗。 4.3.9.1、启动配碱泵将原料水打进制氢系统,启动碱液循环泵,清洗电解槽,清洗1小时,停泵、打开槽底排污阀排污。 4.3.9.2、重复上述操作3~4次,直到排液清洁为止。 4、4、气密检验 4.4.1、按6.6.3.9.1操作将原料水打入制氢机,至分离器液位计中部。4.4.2、关闭制氢机所有外连阀门,打开系统中(包括制氢、干燥系统)所有阀门,通过充氮阀向制氢机充氮,使压力缓慢升至3.2MPa,关充氮阀,用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气,并观察液路有无漏液,确认不漏后,保压12小时,泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。 4、5、按工艺要求的碱量进行配碱,缓慢加入KOH(化学纯)待完全溶解后,加入碱液 重量的2%0V 2O 5 添加剂(按工艺要求添加),则电解液配好。 4.6、对微氧仪、露点仪进行调校。 6.7、检查各极框之间,正负极输电铜排间有无短路或有无金属导体,或有无电解液泄漏现象,民现后必须排除。 4.8、仔细检查整流变压器各个接点、可控硅整流柜各回路及正极输电铜排对地的绝缘性,严防短路。 4.9、用15%KOH溶液试车24小时(开停车操作同正常操作规程),然后将其排污。4.10、检查制氢装置的冷却水阀门处于开启状态。 4.11、干燥装置开车前准备 4.11.1、控制柜通电,检查装置是否处于正常状态。 4、11、2、设定干燥器、加热器上下部温度,各为400~450℃和300~350℃。4.11.3、系统进行氮气置换。 4.12、气动部分 4.12.1、接通气源后,分别检查气体过滤减压器的输出是否为0.14MPa,然后用肥皂水检查气动管路及仪表接头是否漏气(每三个月定期检查一次)。 ~~~~~~~化工股份有限公司 2400Nm/h膜渗透气变压吸附制氢装置 操作运行及维护说明书 四川天一科技股份有限公司 变压吸附分离工程研究所 四川●成都 1、前言 本操作说明书是为淮化精细化工股份有限公司2400Nm/H 膜渗透气变压吸附制氢装置编写的,用语指导操作人员对装置进行原始开车和装置正常运行。其主要内容包括工艺原理、工艺流程、开停车程序、操作方法、故障判断和相关的安全知识。本说明书是按设计条件及操作参数,在偏离设计条件不大的情况下,操作者可根据生产需要对操作方法及操作参数做适当和正确的调整。但在任何情况下操作人员均不应违反工业生产中普遍遵循的安全规则和惯例。 本装置采用气相吸附工艺,因此原料气中不应含有任何液体或固体。 本说明书主要对该装置的工艺过程及操作方法做详细介绍。在启动和操作运转本装置之前,操作人员需透彻地阅读本操作说明书,因为不适当的操作会影响装置的正常运行,影响产品 质量,导致吸附剂的损坏,甚至发生事故,危及人身及装置安全。 除专门标注外,本操作说明中所涉及的压力均为表压,组份浓度为体积百分数,流量均为标准状态(760mmHg、273K)下的体积流量。 1、工艺原理及过程 2.1物流 2.1.1原料 本装置原料为膜渗透气。 原料气组成及条件如下: 流量:~~~2400 Nm 压力:0。05~0。1Mpa 温度:≤40 2.1.2 产品 产品组成及条件如下: 产品氢气流量:~1400Nm/h 产品氢气压力:0.7Mpa 温度:~40 2.1.3 副产品解吸气 产品组成及条件如下: 解吸气压力:0.02Mpa 温度:~40 流量:~1000 Nm/h 2.3 工艺原理提纯氢气的原料气中主要成分是H2,其他杂质组份是N2+Ar CO CO2 和O2等。 本装置采用变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)从原料气中分离除去杂质组份获得提纯的氢气产品。 变压吸附技术是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下吸附量增加(吸附组份)、减压下吸附量减小(解吸组份)的特性。将原料气在压力下通过吸附气床层,相对于氢的高沸点杂质组份被选择性吸附,低沸点组份的氢不易吸附而通过吸附剂床层,达到氢和杂质组 干气制氢工艺流程 (一)造气单元 1、进料系统 来自装置外的焦化干气进入原料气缓冲罐,经原料气压缩机压缩至3.2MPa(G)后进入原料气脱硫部分。 2、脱硫部分 进入脱硫部分的原料气经原料气-中变气换热器或开工加热炉(开工时用)升温到230℃左右进入加氢反应器,在其中原料中的不饱和烃通过加氢转化为饱和烃类,床层温度升至380℃左右,此外通过加氢反应,原料中的有机硫转化为无机硫,然后进入氧化锌脱硫反应器脱除硫化氢和氯化氢。经过精制后的气体总硫含量小于0.5PPm,氯化氢含量小于1 PPm,进入转化部分。 3、转化部分 精制后的原料气按水碳比3.5与自产的3.5MPa水蒸汽混合,再经转化炉对流段予热至500℃,进入转化炉辐射段。在催化剂的作用下,发生复杂的水蒸汽转化反应。整个反应过程是吸热的,所需热量由分布在转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供,出转化炉840℃高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后,温度降至360℃,进入中温变换部分。 4、变换部分 来自转化气蒸汽发生器约360℃的转化气进入中温变换反应器,在催化剂的作用下发生变换反应,将变换气中CO含量降至3%左右。中变气经原料气-中变气换热器、中变气蒸汽发生器、中变气-脱氧水换热器、中变气-除盐水换热器进行热交换回收大部分余热后,再经中变气空冷器冷却至40℃,并经分水后进入中变气PSA单元。 5、热回收及产汽系统 来自装置外的脱盐水与来自酸性水气提塔的净化水混合并经中变气-除盐水换热器预热后进入除氧器。除氧水经锅炉给水泵升压后,再经中变气-脱氧水换热器预热后进入中压汽包。 锅炉水通过自然循环的方式分别经过转化炉对流段的产汽段及转化气蒸汽发生器产生中压蒸汽。所产生的中压蒸汽在转化炉对流段蒸汽过热段过热至440℃离开汽包。一部分蒸汽作为工艺蒸汽使用;另一部分进入全厂中压蒸汽管网。 (二)中变气PSA单元 来自造气单元压力约2.1MPa(G)、温度40℃中变气进入界区后,自塔底进入吸附塔中正处于吸附工况的塔(始终同时有两台),在其中多种吸附剂的依次选择吸附下,一次性除去氢以外的几乎所有杂质,获得纯度大于99.9 的产品氢气,经压力调节系统稳压后送出装置。 当吸附剂吸附饱和后,通过程控阀门切换至其它塔吸附,吸附饱和的塔则转入再生过程。在再生过程中,吸附塔首先经过连续四次均压降压过程尽量回收塔内死空间氢气,然后通过顺放步序将剩余的大部分氢气放入顺放气罐(用作以后冲洗步序的冲洗气源),再通过逆放和冲洗两个步序使被吸附杂质解吸出来。逆放解吸气进入解吸气缓冲罐,冲洗解吸气进入解吸气缓冲罐,然后经调节阀调节混合后稳定地送往造气单元的转化炉作为燃料气。 制氢装置转化工艺管理和操作规程 1.1 转化部分的任务及主要工艺指标 1.1.1 转化部分的任务及主要工艺指标 转化部分的任务是将合格的脱硫气在催化剂存在条件下与水蒸汽发生复杂的强吸热氢解反应,生成含H2、CO、CO2和未反应的水蒸汽、CH4的转化气。 1.1.2 转化部分的主要工艺指标 入口温度480~520℃ 出口温度≯820℃ 炉膛最高温度≯1020℃ 炉膛温差≯100℃ 入口压力 3.1MPa 出口压力 1.85MPa 炉管压差≯0.38MPa 碳空速1000h-1 水碳比 3.3~5.0 转化气中CH4≯10% 1.2 转化入口温度与转化率操作 转化温度是烃类-水蒸汽转化法制H2的重要影响因素。提高温度,甲烷转化率提高,转化气CH4含量降低。但考虑到设备的承受能力,转化炉的炉膛温度最高不能超过1020℃。 转化炉温度根据转化炉对流段入口温度TI7208的变化情况进行控制。对流段入口温度信号通过切换开关,同时进入TCA7201A及TCA7201B,使燃料系统在不同的情况下,可采用不同的控制回路。 (1)开停工期间 装置开停工时转化炉使用高压瓦斯(副燃料)燃料,采用燃料气流量FC7201与转化炉对流段入口温度TCA7201A的串级控制回路控制转化炉炉温。 (2)变换气作燃料 当装置生产出变换气后,根据需要可投用变换气。变换气通过PC7501控制阀后压力为0.05MPa,送入燃料气混合器MI2001,然后进入转化炉作为燃料使用,其燃料热值不够部分由副燃料提供。 (3)PSA脱附气作燃料 PSA运行以后,转化炉燃料投用脱附气作主燃料,脱附气流量可通过FC7503投自动进行控制,其燃料热值不够部分可通过FC7502补充高压瓦斯来提供。转化炉出口温度采用瓦斯流量FC7502与转化炉对流段入口温度TCA7201B的串级控制。 以上转化炉温度的主副燃料气两种不同控制回路之间的切换,可将一个控制回路由串级控制切换至副表单控,再切换至另一个控制回路的副表单控,然后由另一个控制回路的副表单控切换至串级控制。 在正常生产过程,认真检查转化炉的运行情况,仔细调节火嘴,防止火焰大小不一造成偏烧。尤其火苗不能扑烧炉管,务必使炉膛各点温度均匀,炉管颜色一致,发现问题及时正确处理、汇报。 在正常生产中,为了避免对流段末端发生硫酸露点腐蚀,转化炉的排烟温度不能小于150℃。另外,还要加强转化炉负压操作,防止回火。 转化炉温度控制主要手段: (1)提降整个炉膛温度,即改变瓦斯流量由FC7502完成。 制氢站 1 水电解制氢装置用途------------------------------------------------ 2 2 水电解制氢装置工作原理-------------------------------------------- 2 2.1 水电解制氢原理---------------------------------------------- 2 2.2 氢气干燥工作原理-------------------------------------------- 2 3 FDQG10/3.2-IV 型水电解制氢干燥装置系统详述: ----------------------- 2 3.1 氢气制备及干燥系统------------------------------------------ 2 3.2 除盐水冷却系统---------------------------------------------- 3 3.3 气体分配系统------------------------------------------------ 3 3.4 储气系统---------------------------------------------------- 4 3.5 仪表气系统-------------------------------------------------- 4 3.6 制氢干燥部分主要设备的功能简述-------------------------------- 4 4 制氢干燥系统工作流程---------------------------------------------- 5 4.1 制氢干燥设备作业简介---------------------------------------- 5 4.2 制氢干燥设备加水、补碱简介------------------------------------ 6 4.3 配碱:------------------------------------------------------ 6 4.5 碱液从系统回收至碱箱----------------------------------------- 7 4.6 制氢干燥过程------------------------------------------------ 7 4.7 N 2 置换流程------------------------------------------------ 10 5 FDQG10/3.2-IV 型循环水电解制氢及干燥操作规程 --------------------- 10 5.1 工艺部分开车前准备----------------------------------------- 10 5.2 气动部分开车前的准备---------------------------------------- 12 5.3 开车顺序--------------------------------------------------- 12 5.4 正常操作及维护--------------------------------------------- 14 5.5 正常情况下停车--------------------------------------------- 15 5.6 非正常情况下停车------------------------------------------- 15 6 水电解制氢干燥装置常见故障及排除方法------------------------------ 16 6.1 水电解制氢装置常见故障排除方法------------------------------ 16 6.2 氢气干燥装置常见故障排除方法-------------------------------- 19 7 自控仪表的检修--------------------------------------------------- 20 8 水电解制氢装置安全注意事项--------------------------------------- 20附表一------------------------------------------------------------- 22 水电解制氢设备 操 作 使 用 手 册 \ 苏州竞立制氢设备有限公司 1、简述 1.1、氢气的性质和用途: 氢是自然界分布最广的元素之一,它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。在大气层中的含量却很低,仅有约1ppm(体积比)。氢是最轻的气体,它的粘度最小,导热系数很高,化学活性、渗透性和扩散性强(扩散系数为0.63cm2/s,约为甲烷的三倍),它是一种强的还原剂,可同许多物质进行不同程度的化学反应,生成各种类型的氢化物。 氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的特性。氢含量范围在4-75%(空气环境)、4.65-93.9%(氧气环境)时形成可爆燃气体,遇到明火或温度在585℃以上时可引起燃爆。 压力水电解制出的氢气具有压力高(1.6或3.2MPa)便于输送,纯度高(99.8%以上)可直接用于一般场合,还可以通过纯化(纯度提高到99.999%)和干燥(露点提高到-40~-90℃)的后续加工,可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质,广泛应用于国民经济的各行各业。 1.2、水电解制氢原理: 利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池。 任何物质在电解过程中,在数量上的变化服从法拉第定律。法拉第定律指出:电解时,在电极上析出物质的数量,与通过溶液的电流强度和通电时间成正比;用相同的电量通过不同的电解质溶液时,各种溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比,而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑(26.8安培小时)的电量。水电解制氢符合法拉第电解定律,即在标准状态下,阴极析出1克分子的氢气,所需电量为53.6A/h。经过换算,生产1m3氢气(副产品0.5m3氧气)所需电量约2393Ah,原料水消耗0.9kg。 将水电解为氢气和氧气的过程,其电极反应为: 阴极: 2H 2O + 2e →H 2 ↑+ 2OH- 阳极: 2OH-- 2e →H 2O + 1/2O 2 ↑ 总反应: 2H 2O →2H 2 ↑+ O 2 ↑ 由浸没在电解液中的一对电极,中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成水电解池,通以一定电压(达到水的分解电压1.23V和热平衡电压1.47V以上)的直流电,水就发生电解。根据用户产量需求,使用多组水电解池组合,减小体积和增加产量,就形成水电解槽的压滤型组合结构。 本公司生产的压力型水电解槽采用左右槽并联型结构,中间极板接直流电源正极,两端极板接直流电源负极,并采用双极性极板和隔膜垫片组成多个电解池,并在槽内下部形成共用的进液口和排污口,上部形成各自的氢碱和氧碱的气液体通道。由电解槽纵向看,A、B系列的氧气出口设计在中心线靠直流铜排一侧(氧铜侧),C、D、E、F系列的氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧(氢铜侧)。 我公司生产的压力型水电解槽,目前标准产品操作压力为1.6MPa和3.2MPa两种。具有结构紧凑,运行安全,使用寿命长的特点,电解液采用强制循环,电解消耗的原料水由柱塞泵自动补充,相关参数实现自动监测和控制。。正常生产时采用30%KOH水溶液作为电解液,槽温控制在85-90℃左右,兼顾隔膜垫片的使用寿命和降低能耗的要求。 水电解制氢的电解需要低电压、大电流的可调直流电源。工业上采用带平衡电抗器的 制氢装置开工操作规程 制氢装置开工步骤可分为:装置气密、脱硫系统升温干燥硫化、低变干燥还原、中低压汽包建立液位、转化中变系统升温干燥、蒸汽并网,转化炉配汽配氢还原、脱硫系统切入转化、中变大循环系统、进干气进油、投用PSA系统、向外供氢等步骤。 1 催化剂装填 1.1 反应器固定床催化剂装填 1.1.1 准备工作与条件 (1)相关的系统隔离,防止可燃气体、惰性气体进入反应器 (2)反应器采样分析合格达到进人条件。 (3)反应器及内构件检验合格。 (4)反应器内杂物清理干净。 (5)搭好催化剂、瓷球防雨棚。 (6)按照催化剂的搬运要求将催化剂、瓷球搬运至现场进行合理堆放。 (8)对催化剂的数量及型号进行确认,将相同型号,相同生产批号的催化剂放在一起,并按照装剂的先后顺序摆放好,最好用警示牌加以区分。 (9)装催化剂所用的器具已齐备。 1.1.2 装填技术要求 (1)必须严格按催化剂装填图的要求装填瓷球(柱)和催化剂。 (2)定期测量催化剂料面的高度,核算所装催化剂的数量和装填密度,尽可能使催化剂装填密度接近设计值。 (3)催化剂装填过程中,尽可能相同水平面的密度均匀,防止出现局部过松。 (4)催化剂的自由下落高度小于1.5米以免撞碎催化剂。 (5)在催化剂上站立或行走也会损坏催化剂,要求脚下拥有大的胶合板“雪橇”或在0.3m2的支撑板上工作,尽量减少直接在催化剂上行走。 (6)每层催化剂的料面要水平。 1.1.3 装填注意事项 (1)催化剂搬至现场堆放后,应作好防雨措施。 (2)催化剂装进料斗时要检查,严禁杂物进入反应器。 (3)催化剂装填过程中,车间的质量监督人员若发现操作过程中存在影响装填质量的问题,停止装填操作,待问题处理完毕后方能继续装填。 (4)催化剂搬运过程中,应小心轻放,不能滚动。 (5)在天气潮湿的情况下,只有在装填催化剂时才将催化剂开封,并在装填催化剂的平台上架设帆布棚。 (6)在催化剂装填过程中,对催化剂的型号进行确认,检查催化剂的质量,防止结块的或粉碎的催化剂装进反应器。 (7)在装催化剂期间装剂人员必须做好防尘措施。 (8)准确记录装入每一层催化剂的类型、体积和重量。 (9)装填期间,遇到任何与装填图要求不符的情况要及时通知工程技术人员以决定下一步的装填方法。 (10)在催化剂装填时,所有带入反应器内的工具应在出反应器时核对检查,防止将工 制氢站安全操作规 程 1 制氢站安全操作规程 一、液氨制氢炉操作 1.检查气、电、水各系统是否符合要求。如有问题, 应先排除故障后, 才能进行下步工作。 2.进行触媒活化: 通电使设备升温至650℃, 然后打开放空阀, 并立即打开氨阀, 通入氨气, 此时氢阀关闭, 气体不经过净化系统。等到嗅出氨的刺激性味道不大时, 活化就可停止。 3.接通水源打开氢阀, 关闭放空阀, 可正常送气。 4.停车, 切断电源。先关氨气阀, 再关氢气阀, 最后切断水源。 5.操作过程中, 注意防爆防火。操作者严禁吸烟, 设备周围不准进行明火作业或有可能产生火花的作业。工作人员不得穿有带钉子的鞋。如果需要在氢炉附近动火, 必须事先测定该场所空气中的含氢量不得大于3%, 并经过安技部门同意后才可进行。 6.经常检查设备密封性, 自动温度控制是否灵敏可靠。 7.触媒需更换时的现象: (1)氨分解率降低, 气体刺激性增加; (2)分解氨的火焰颜色由深橘红变黄色; (3)系统阻力的增加, 从压力表读数可判断。 8.更换触煤程序: (1)松开与分解炉并联的各气体进出口、接头, 取出热电偶; (2)把整个设备向一侧倾斜; (3)抽出炉底的挡板, 并取出炉底的石棉板然后把分解炉由下部抽出; (4)将分解炉倒置, 使法兰朝上, 松开紧固螺钉, 移开法兰; (5)把炉内触媒倒出来, 并清洁炉体; (6)装入新鲜触媒约10千克。粘度为7~9毫米的3千克, 9~13毫米的7千克, 分层装入, 并用氨进行检漏试验; (7)将分解炉装入设备并检查设备密封性。 二、电解槽 1.电解槽新装后, 应检查装配质量, 绝缘情况, 电气系统管道等气液系统是否正确。 2.配制电解液要用导管将苛性钠注入气液分离塔, 流至电解槽体, 注意液面至标线内。 3.测量电解槽槽体电解液浓度合格后开车。 4.电解槽最好长期处于低挡使用, 例如, 其中电流、电压及槽温不得超过规定。 5.每班当班人员, 每小时做一次爆鸣试验。 6.调整气液分离器的压力与温度。如发现贮气框压力过大, 氢气管道堵塞, 抽出封瓶中的水。如发现硫酸干燥瓶失效应立即更换。 7.电解槽每年大修一次, 每半年小修一次, 每三个月清洗一次。过滤器每月清洗。每周检测一次电源是否合符规定。必要时作全面检测。如有异常, 第二部分变压吸附部分 1 主题内容 本操作规程描述了甲醇重整制氢的工艺控制、设备运行的操作规范,以及操作中的注意事项、异常情况的处理;通过实施本操作规程,确保甲醇重整制氢的质量和设备的正常运行,减少事故的发生。 2 适用范围 本操作规程适用甲醇重整制氢装置的操作与控制。 3 职责 3.1 生产部管理人员负责本工艺操作规程的编制、修改、监督与管理。 3.2 制氢岗位操作人员负责执行本操作规程。 4 工作程序 4.1 装置概况 4.1.1 概述 本装置采用变压吸附(简称PSA)法从甲醇转化气中提取氢气,在正常操作条件,转化气的处理量可达到800NM3 --1200NM3/h。在不同的操作条件下可生产不同纯度的氢气,氢气纯度最高可达99,9995%。 4.1.2 吸附剂的工作原理 本装置采用变压吸附(PSA)分离气体的工艺,从含氢混合气中提取氢气。其原理是利用吸附剂对不同吸附质的选择性吸附,同时吸附剂对吸附质的吸附容量是随压力的变化而有差异的特性,在吸附剂选择吸附条件下,高压吸附除去原料中杂质组份,低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。整个操作过程是在环境温度下进行的。 4.1.3 吸附剂的再生 吸附剂的再生是通过三个基本步骤来完成的: (1)吸附塔压力降至低压 吸附塔内的气体逆着原料气进入的方向进行降压,称为逆向放压,通过逆向放压,吸附塔内的压力直到接近大气压力。逆向放压时,被吸附的部分杂质从吸附剂中解吸,并被排出吸附塔。 (2)抽真空 吸附床压力下降到大气压后,床内仍有少部分杂质,为使这部分杂质尽可能解吸, 要求床内压力进一步降低,在此利用真空泵抽吸的方法使杂质解吸,并随抽空气体带出吸附床。 (3)吸附塔升压至吸附压力,以准备再次分离原料气 4.2 工艺操作 本装置是有5台吸附塔(T201A、B、C、D、E)、二台真空泵(P203A、B)、33台程控阀和2个手动调节阀通过若干管线连接构成 4.2.1 工艺流程说明 工艺过程是按设定好的运行方式,通过各程控阀有序地开启和关闭来实现的。现以吸附塔T201A在一次循环内所经历的20个步骤为例,对本装置变压吸附工艺过程进行说明。 (1)吸附 开启程控阀KS205和KS201,原料气由阀KS205进入,并自下而上通过吸附塔T201A,原料气中的杂质组份被吸附,分离出的氢气通过阀KS201输出。当被吸附杂质的吸附前沿(指产品中允许的最低杂质浓度)移动到吸附塔一定位置时,关闭KS205和KS201,停止原料气进入和产品气输出。此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂。 (2)第一次压力均衡降(简称一均降) 开启程控阀KS203和KS216,吸附器T201A与刚结束隔离步骤的吸附器T201C进行第一次压力均衡降,均压过程中吸附器T201A的吸附前沿朝出口端方向推进,但仍未到达其出口端。当两台吸附塔压力基本相等时,关闭阀KS216,一均降步骤结束(继续开启阀KS203,便于吸附器V201A下一步二均降进行)。 (3)第二次压力均衡降(简称二均降) 开启程控阀KS222,继续开启阀KS203,吸附塔T201A与刚结束隔离步骤的吸附塔T201D进行第二次压力均衡降,均压过程中吸附塔T201A的吸附前沿继续朝出口端方向推进,仍未到达其出口端。当两台吸附器压力基本相等时,关闭阀KS222,二均降步骤结束(继续开启阀KS203,便于吸附塔T201A下一步三均降进行)。 (4)第三次压力均衡降(简称三均降) 开启程控阀KS228,继续开启阀KS203,吸附塔T201A与刚结束抽真空步骤的吸附塔T201E进行第三次压力均衡降,均压过程中吸附塔T201A的吸附前沿刚好到达出口端时,两台吸附塔压力也基本相等,此时关闭阀KS203和KS228,三均降步骤结束。 制氢站系统 第一章系统描述及装置介绍 1、制氢站概述 制氢站设备由制氢系统、氢压机系统、储氢系统组成,其中制氢系统是HMXT 发生器,采用将直流电通入强碱溶液中电解水,产生氢气及氧气。产生的氢气经氢压机加压后通入储氢系统备用。 2、设备规范 3、工艺流程 3.1、电解液子系统 3.2、给水子系统 3.3、气体控制和调节子系统 碱液回流 碱液回流 3.4、氢气干燥子系统 HMXT干燥器系统包含一对内部装好的调节氢的干燥器。两干燥器经12小时吸附和解吸周期后自动切换。吸附6小时后,在线干燥器切换到离线开始其6小时的再生过程。该干燥器卸压,干燥器内的电阻加热器加热分子筛小球以释放 出吸附的水汽。少量的吹扫产品气用以经排气管驱赶水汽。吹扫气流是由位于干燥器之间的孔板(OR1)来控制的。在解吸后,断开加热元件,在返回到在线之前要让干燥器冷下来。 3.5、冷却水子系统 第二章制氢设备的启停及运行维护 1、制氢设备的初次启动 为了确保发生器初次起动或之后长期停车后的安全运行,应做以下检查试验,以证实经运输或长期停车期后系统是否保持完整。初次起动前需完成的程序列表如下: 1.1、系统压力试验 系统试压是一个诊断性程序,它用于开车前检查系统的完整性。估计气体在操作系统中泄漏的程度和位置可通过简单地断电,观察压力表来判断和用液漏检测器或肥皂水来确定漏点位置。下列的程序需要带压的惰性气源,如氮气。 试压程序如下: 1按电解液排污程序排尽电解液。 2断开发生器背面闷头接口上的氢和氧的排空管线。 3用一个T形接头连同一来源的惰性气到发生器背面的氧和氢的闷头接口上。 4用一个3/16吋(5㎜)的六角板手插到DPR1的顶部,逆时针方向转动打开此阀,当阀杆从最低位上升0。25吋时,此阀开启了。 5 DPR2重复步续4。 6慢慢地输入氮气直到氧压和氢压表两者上升10 Psig。 7关上氮输入阀关闭此系统。 CHE-5000氢气发生器(原料氢气再生) 操作使用手册 编制:-------------- 校核:--------------- 审批:--------------- 扬州中电制氢设备有限公司 2010.04.12 1、简述 1.1、氢气的性质和用途: 氢是自然界分布最广的元素之一,它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。在大气层中的含量却很低,仅有约1ppm(体积比)。氢是最轻的气体。它的粘度最小,导热系数很高,化学活性、渗透性和扩散性强(扩散系数为0.63cm2/s,约为甲烷的三倍),它是一种强的还原剂,可同许多物质进行不同程度的化学反应,生成各种类型的氢化物。 氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。氢含量范围在4-75%(空气环境)、4.65-93.9%(氧气环境)时形成可爆燃气体,遇到明火或温度在585℃以上时可引起燃爆。 压力水电解制出的氢气具有压力高(1.6或3.2MPa)便于输送,纯度高(99.8%以上)可直接用于一般场合,还可以通过纯化(纯度提高到99.999%)和干燥(露点提高到-40~-90℃)的后续加工,可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质,广泛应用于国民经济的各行各业。 1.2、水电解制氢原理: 利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池。 任何物质在电解过程中,在数量上的变化服从法拉第定律。法拉第定律指出:电解时,在电极上析出物质的数量,与通过溶液的电流强度和通电时间成正比;用相同的电量通过不同的电解质溶液时,各种溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比,而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑(26.8安培小时)的电量。水电解制氢符合法拉第电解定律,即在标准状态下,阴极析出1克分子的氢气,所需电量为53.6A/h。经过换算,生产1m3氢气(副产品0.5m3氧气)所需电量2390Ah,原料水消耗0.9kg。 制氢装置工艺流程说明 1.1 膜分离系统 膜分离单元主要由原料气预处理和膜分离两部分组成。 混合加氢干气经干气压缩机升压至 3.4MPa,升温至110℃,首先进入冷却器(E-102)冷却至45℃左右,然后进入预处理系统,预处理系统由旋风分离器(V-101)、前置过滤器(F-101AB)、精密过滤器(F-102AB)和加热器(E-101)组成。 预处理的目的是除去原料气中可能含有的液态烃和水,以及固体颗粒,从而得到清洁的饱和气体,为防止饱和气体在膜表面凝结,在进入膜分离器前,先进入加热器(E-101)加热到80℃左右,使其远离露点。 经过预处理的气体直接进入膜分离器(M-101),膜分离器将氢气与其他气体分离,从而实现提纯氢气的目的。 每个膜分离器外形类似一管壳式热交换器,膜分离器壳内由数千根中空纤维膜丝填充,类似于管束。原料气从上端侧面进入膜分离器。由于各种气体组分在透过中空纤维膜时的溶解度和扩散系数不同,导致不同气体在膜中的相对渗透速率不同,在原料气的各组分中氢气的相对渗透速率最快,从而可将氢气分离提纯。 在原料气沿膜分离器长度方向流动时,更多的氢气进入中空纤维。在中空纤维芯侧得到94%的富氢产品,称为渗透 气,压力为1.3 MPa(G),该气体经产品冷却器(E-103)冷却到40℃后进入氢气管网。 没有透过中空纤维膜的贫氢气体在壳侧富集,称为尾气,尾气进入制氢下工序。 本单元设有联锁导流阀(HV-103)和联锁放空阀(HV-104),当紧急停车时,膜前切断阀(HV-101)关闭,保护膜分离器,同时HV-103和HV-104自动打开,保证原料气通过HV-103直接进入制氢装置,确保制氢装置连续生产;通过HV-104的分流,可以保证通过HV-103进入制氢装置的气体流量不至于波动过大,使制氢装置平稳运行。 1.2 脱硫系统 本制氢装置原料共有三种:轻石脑油、焦化干气、加氢干气(渣油加氢干气、柴油加氢脱硫净化气、加氢裂化干气)。 以石脑油为原料时,石脑油由系统管网进入,先进入原料缓冲罐(V2001),然后由石脑油泵(P2001A、P2001B、P2001C、P2001D)抽出经加压至4.45MPa后进入原料预热炉(F2001)。钴-钼加氢脱硫所需的氢气,由柴油加氢装置来,但是一般采用南北制氢来的纯氢气或由PSA返回的自产氢经压缩机加压后在石脑油泵出口与石脑油混合,一起进入原料预热炉。 以加氢干气和焦化干气为原料时,干气首先进入加氢干气分液罐(V2002),经分液后进入加氢干气压缩机(C2001A、 制氢站设备运行操作规程 1总则 1.1制氢岗位的任务和要求 1.1.1制备纯度、露点合格,数量充足的氢气,为发电机安全经济运行提供条件; 1.1.2熟练地掌握制氢系统设备构造和微机操作技术,正确分析设备异常及故障,并能及时排除; 1.1.3配合做好氢冷发电机气体置换及化验工作,监控发电机氢气露点,督促有关单位保证其经常合格; 1.1.4氢系统及氢区动火时做好微氢测量工作; 1.1.5及时、认真、清楚地填写报表及日志。 1.2系统概况 制氢站选用河北电力设备厂DQ—10/3.2型中压水电解制氢装置两套,供二期4×210MW及三期2×300MW氢冷发电机用。电解过程是在碱性溶液中通以直流电使水电解为氢气和氧气。主要反应为: 水的解离:2H2O→2H++2OH- 阳极:4OH--4e→2H2O+O2↑ 阴极:4H++4e→2H2↑ 设备主要包括整流柜、电解槽、氢分离洗涤器、氧分离器、捕滴器、氢气干燥装置、储氢罐、碱液循环泵、柱塞补水泵、闭式除盐水冷却装置、压缩空气罐等。每套电解制氢装置由微机自动化控制,即人工开机、自动停机及压力、差压、温度的自动调节,同时能够根据氢母管压力自动补氢、氢气干燥装置能够自动切换,事故报警齐全且智能处理。 1.3设备规范 1.3.1 系统参数 制氢装置型号DQ—10/3.2 数量两套 氢气产量10Nm3/h(20℃,0.1013MPa) 氧气产量5Nm3/h 氢、氧分离器液位差≤5mm 氢气纯度≥99.8% 氧气纯度≥99.2% 氢气湿度≤4g/ Nm3/H2 系统工作压力≤3.14Mpa(可在0.8~3.14Mpa之间压力下运行)1.3.2 电解槽 型号DQ-10-DC-00 数量2台 电解小室62个 分电流370A 电解槽额定电压62-72V 电解槽直流电耗 4.8KWh/Nm3 H2 电解槽总电流734A 电解槽工作温度≤90℃ 电解槽工作压力 3.2MPa 电解液26%NaOH或30%KOH 氢气产量10Nm3/h 氧气产量5Nm3/h 设备重量1700Kg 1.3.3 氢分离器 数量2台 容积0.06m3 设计压力 3.34Mpa 制氢装置安全措施及常见事故案例 一、预防措施 1.安全技术措施 (1)减少潜在危险因素 在新工艺、新产品的开发时,尽量避免使用具体危险性的物质、工艺和设备,即尽可能用不燃和难燃的物质代替可燃物质,用无毒和低毒物质代替有毒物质,这样火灾、爆炸、中毒事故将因失去基础而不会发生。这种减少潜在危险因素的方法是预防事故的最根本措施。 (2)降低潜在危险因素的数值 潜在危险因素往往达到一定的程度或强度才能施害。通过一些方法降低它的数值,使之处在安全范围内就能防止事故发生。如作业环境中存在有毒气体,可安装通风设施,降低有毒气体的浓度,使之达到容许值以下,就不会影响人身安全和健康。 (3)联锁 当设备或装置出现危险情况时,以某种方法强制一些元件相互作用,以保证安全操作。例如,当检测仪表显示出工艺参数达到危险值时,与之相连的控制元件就会自动关闭或调节系统,使之处于正常状态或安全停车。目前由于化工、石油化工生产工艺越来越复杂,联锁的应用也越来越多,这是一种很重要的安全防护装置,可有效的防止人的误操作。 (4)隔离操作或远距离操作 由事故致因理论得知,伤亡事故的发生必须是人与施害物相互接触,如果将两者隔离开来或保持一定距离,就会避免人身事故的发生或减弱对人体的危害。例如,对放射性、辐射和噪音等的防护,可以通过提高自动化生产程度,设置隔离屏障,防止人员接触危险有害因素都属于这方面的措施。 (5)设置薄弱环节 在设备或装置上安装薄弱元件,当危险因素达到危险值之前这个地方预先破坏,将能量释放,防止重大破坏事故的发生。例如,在压力容器上安装安全阀或爆破膜,在电气设备上安装保险丝等。 (6)坚固或加强 有时为了提高设备的安全程度,可增加安全系数,加大安全裕度,提高结构的强度,防止因结构破坏而导致事故发生。 (7)封闭 封闭就是将危险物质和危险能量局限在一定范围之内,防止能量逆流,可有效的预防事煤制氢装置工艺说明书
氢气安全操作规程(通用版)
制氢装置加氢脱毒部分工艺管理和操作规程
制氢站操作规程
提氢装置技术操作规程DOC
炼厂干气制氢工艺流程介绍
制氢装置转化工艺管理和操作规程
制氢站使用维护说明书(天津大陆)
水电解制氢设备系列说明书
制氢装置开工操作规程
制氢站安全操作规程
制氢操作规程(变压吸附部分)
制氢站运行操作规程
制氢干燥说明书(中电制氢)
制氢装置工艺流程说明
制氢站设备运行操作规程
制氢装置安全措施与常见事故案例