水碳比的计算(干气制氢)
烃类水蒸气转化法制氢概述
烃类水蒸气转化法制氢概述摘要：本文以烃类水蒸气转化法为例概述了原料经过预处理、转化、中温变换、PSA变压吸附等步骤转化为氢气纯度达到99.9%以上的过程。
关键词：烃类水蒸气转化预处理吸附提纯1 烃类水蒸气转化法原理烃类水蒸汽转化是以烃类为原料，在一定温度和催化剂作用下使烃类和水蒸汽经过一系列的分解、裂化、脱氢、结炭、消炭、氧化、变换、甲烷化等反应，最终转化为H2、CO、CO2、和少量残余的CH4，其中H2是本阶段的目的产物。
烃类的蒸汽转化反应如下：CnHm+nH2O=nCO+（n+m/2）H2――QCH4+H2O=CO+3H2――206000KJ/KmolCO+H2O=CO2+H2――41200KJ/Kmol转化炉内进行的烃类蒸汽转化反应是一个极复杂的平行、顺序反应体系。
从以上反应原理中可以看出其反应过程需需要吸收大量的热，这就要就反应要有较高的反应温度，而烃类易在高温下裂解结炭特别是烯烃，结炭是转化过程中的必然反应，当结炭反应速度大于消炭反应速度时，转化催化剂就会积炭，使催化剂活性下降甚至丧失。
为保证催化剂活性，就要有大于反应所需求过量的水蒸气来进行消炭，从转化后阶段来看，反应生成的CO也需要水蒸汽与之反应，所以生产时要求转化进料始终保持一定的水碳比，使消炭速度大于结炭速度，避免催化剂上炭的沉积。
烃类水蒸气转化法其催化剂主要活性组分为单质Ni，其对原料品质有较高要求，原料中的硫、氯等有害杂质能与转化催化剂活性组分Ni反应生成不可逆转的化合物，从而使其永久性中毒失去活性。
为了充分发挥转化催化剂的活性，并获得较高的氢收率，转化床层一般装填有两种不同性能的催化剂，一般选用Z417/Z418转化催化剂。
Z417/Z418转化催化剂可以适应多种原料，并且对脱毒的需求相对较低。
Z417含有一定钾碱金属的抗结炭助剂因此作为上段催化剂使用，其具有较好的低温活性及抗积炭性能，Z418具有较高的转化活性作为下段床层催化剂。
降低制氢装置瓦斯单耗
降低制氢装置瓦斯单耗作者：景玉敏来源：《城市建设理论研究》2013年第01期摘要：在现在的化工产业中，制氢装置已经成为很重要的一部，所以如何去改善制氢的工艺环境就显得极其有分量，本文通过在化工厂本套装置上更改水碳比，调节解析气的组成和稳定瓦斯流量这三种方法，提高氢气回收率及产品氢气外放量，使瓦斯单耗降低。
关键词：制氢装置瓦斯单耗解析气中图分类号： TQ015文献标识码：A 文章编号：1、前言本文就生产能力8000NM3/h的制氢装置进行调整和创新，此装置作为汽柴油加氢装置的配套装置，于2010年12月投产至今，由制加氢装置生产成本核算可知：瓦斯消耗成本占总燃料动力成本50%，而制氢装置瓦斯用量占整个制加氢装置的90%。
降低制氢装置瓦斯单耗就是降低产氢成本，即可大大降低汽柴油加氢装置加工成本，提高装置生产运行水平。
这样，对于在其他工厂，有很显著的实际意义。
2、主要调整方法2.1降低水碳比水碳比是转化反应中及防止催化剂积碳的主要参数，依据烃类转化平衡，当水碳比小于3.5时，难以保持水汽均匀接触反应（即结碳和消碳平衡），催化剂极易积碳，使催化剂失活，损坏催化剂，所以生产中严格控制水碳比不小于3.5，以防高温条件下的烃类裂解积碳转化或生成难以消除的石墨碳。
故转化系统在进料条件下必须保证转化不停汽，以保护催化剂。
目前装置生产水碳比为3.9-4.0，而设计值为3.5，理论上讲增大水碳比可以提高转化炉的转化率，出口转化气中甲烷含量低，致使解吸气热值降低，燃料瓦斯用量增加；而且大量的过剩蒸汽不但增加转化炉的热负荷，也会增加后续流程冷却负荷，使装置的能耗增加。
转化反应需要的蒸汽为制氢装置转化炉对流段自产的3.5MPa蒸汽，如果蒸汽不合格就会导致催化剂中毒，从而造成催化剂的结碳[8]。
因为水碳比太低造成净化系统再生能量不足或者转化出口甲烷含量超标，甚至会造成转化催化剂结焦[9]。
水碳比的最简计算公式：H2O/C=水蒸气流量（M3/h）/碳流量（M3/h）[10]2.2改变解析气组成解析气作为PSA单元的废气，作为燃料在转化炉中燃烧，提高解析气中可燃气体的组成，可以提高其热能，这样就可以达到节省装置能耗的目的。
制氢知识问答
催化剂基本知识1、什么是催化剂？催化作用的基本特征是什么？答：在化学反应中能改变能改变反应速度而本身的组成和重量在反应前后保持不变的物质叫催化剂。
加快反应速度的叫正催化剂；减慢的叫负催化剂。
通常所说的催化剂是指正催化剂。
催化作用改变了化学反应的途径。
在反应终了，相对于始态，催化剂虽不发生变化，但却参与了反应，例如形成了活化吸附态、中间产物等，因而使反应所需的活化能降低。
催化作用不能改变化学平衡状态，但却缩短了达到平衡的时间，在可逆反应中能以同样的倍率提高正、逆反应的速度。
催化剂只能加速在热力学上可能发生的反应，而不能加速在热力学上不可能发生的反应。
2、什么是活化能？答：催化过程之所以能加快反应速度，一般来说是由于催化剂降低了活化能。
从一般意义上来说，反应物分子有了较高的能量，才能处于活化状态发生化学反应。
这个能量一般一般远较分子的平均能量为高，两者之间的差值就是活化能。
在一定温度下，活化能越大，反应越慢，活化能越小，反应越快。
也可以说，在化学反应中使普通分子变成活化分子所必须提供的最小能量就是活化能。
其单位通常用千卡/克分子或千焦/摩尔表示。
3、什么是催化剂的活性？具体有哪些表示方法？衡量一种催化剂的催化效能采用催化活性来表示。
催化活性是催化剂对反应速度的影响程度，是判断催化剂效能高低的标准。
对于固体催化剂的催化活性，多采用以下几种表示方法：（1）催化剂的比活性（2）反应速率表示法（3）工业上常用转化率来表示催化活性（4）用每小时每升催化剂所得到的产物重量的数值来表示活性。
4、什么是催化剂失活？失活的原因有哪些？对大多数工业催化剂来说，它的物理性质和化学性质随催化反应的进行发生微小的变化，短期之间很难察觉。
然而，长期运行过程中，这些变化累积起来，造成催化剂活性、选择性的显著下降，这就是催化剂的失活过程。
另外，反应物中存在的毒物和杂质，上游工艺带来的粉尘、反应过程中原料结碳等外部原因也会引起催化剂活性、选择性的下降。
加制氢技能要点
1、水碳比的计算（本月考水碳比计算题）：定义：水碳比即转化进料中，水蒸汽分子和进料烃之碳原子个数的比值，也可看作进料中水蒸汽的千摩尔分子数和烃类中碳的千摩尔原子数的比值。
公式：水/碳＝水蒸气流量（Nm3/h）/碳流量（Nm3/h）水蒸气的流量如以kg/h表示时，则乘以22.4/18转化成Nm3/h，再带入公式；干气中碳流量以干气流量（Nm3/h）乘以干气平均分子式的碳原子个数，结果带入公式；油中碳流量＝进料量kg/h×油平均分子式碳原子个数×22.4/油的平均相对分子质量，结果带入公式。
举例说明干气H2O/C计算方式干气组分：H 2 15% CH471% C2H610%C 2H42% C3H82% C4H83%总碳原=0.71+2*0.1+2*0.02+3*0.02+4*0.03=0.71+0.2+0.04+0.06+0.12=1.13 假设：干气流量为3600NM3/H，配汽量12000KG/H则：碳流量=3600*1.13=4068水碳比=12000*22.4/（4068*18）=3.672、柴油加氢反应空冷腐蚀：加氢装置高压空冷器NH4Cl+NH4HS腐蚀环境主要存在于加氢精制加氢裂化装置中反应流出物空冷器中，由于NH4Cl在加氢装置高压空冷器中的结晶温度约为210℃，而NH4HS在加氢装置高压空冷器中的结晶温度约为121℃，在一般加氢装置高压空冷器的进口温度和出口温度的范围内，因此在加氢装置高压空冷器中极易形成由于NH4Cl和NH4HS结晶析出而结垢，在空冷器流速低的部位由于NH4Cl和NH4HS结垢浓缩，造成电化学垢下腐蚀，形成蚀坑，最终形成穿孔。
在加氢装置运行期应加强监测高压空冷器物料中的[H2S]、[NH3]和流速，由于NH4Cl和NH4HS均易溶于水，因此增加注水量能有效地抑制NH4Cl和NH4HS结垢，在注水的过程中应注意注入水在加氢装置高压空冷器中的分配，避免造成流速滞缓的区域。
制氢技术问答(书)
第一部分催化剂基本知识1、什么是催化剂？催化作用的特征是什么？答：在化学反应中能改变反应速度而本身的组成和重量在反应前后保持不变的物质叫催化剂。
加快反应速度的称正催化剂；减慢的称负催化剂。
通常所说的催化剂是指正催化剂。
催化作用改变了化学反应的途径。
在反应终了，相对于始态，催化剂虽然不发生变化，但却参与了反应，例如形成了活化吸附态，中间产物等，因而使反应所需的活化能降低。
催化作用不能改变化学平衡状态，但却缩短了达到平衡的时间，在可逆反应中能以同样的倍率提高正、逆反应的速度。
催化剂只能加速在热力学上可能发生的反应，而不能加速热力学上不可能发生的反应。
所以，催化作用的实质是一种动力学功能。
催化作用的选择性。
催化剂可使相同的反应物朝不同的方向反应生成不同的产物，但一种催化剂在一定条件下只能加速一种反应。
例如CO和H2分别使用铜和镍两种催化剂，在相应的条件下分别生成CH3OH和CH4+H20.一种新的催化过程，新的催化剂的出现，往往从根本上改变了某种化学加工过程的状态，有力推动工业生产过程的发展，创造出大量财富，在现代的无机化工、有机化工、石油加工和新兴的是有化工工业中这样的例子不胜枚举，在与人类的生存息息相关的诸多方面如资源的充分利用，提高化学加工过程的效率，合成具有特定性能的产品，有效的利用资源，减少和治理环境污染以及在生命科学方面，催化作用具有越来越重大的作用。
2、什么是活化能？答：催化作用之所以能加快反应速度，一般来说，是由于催化剂降低了活化能。
为什么催化剂能降低活化能呢？关键是反应物分子与催化剂表面原子之间产生了化学吸附，形成了吸附化学键，组成表面络合物，它与原反应物分子相比，由于吸附键的强烈影响，某个键或某几个键被减弱，而使反应活化能降低很多。
催化反应中的活化能实质是实现上述化学吸附需要吸附的能量。
从一般意义来说，反应物分子有了较高的能量，才能处于活化状态发生化学反应。
这个能量一般远较分子的平均能量为高，两者之间的差值就是活化能。
水碳比的计算(干气制氢)
干气制氢水碳比的计算进转化炉水蒸汽和脱硫后原料气流量进行水/ 碳比的比值控制。
在正常生产情况下，控制好水蒸汽与原料气的水/ 碳比是转化操作的关键。
正常比值为3.5：1，水/ 碳比过高，不仅浪费水蒸汽，而且增加转化炉的热负荷；水/ 碳比过低，会引起催化剂积碳，使催化剂失活，甚至造成生产事故。
从安全生产与节能两方面综合考虑，工艺生产过程稳定时，要求水/ 碳比操作在低限；原料气增量时，先增水蒸汽后增原料气；减量时，先减原料气后减水蒸汽。
知道干气组成，怎们计算水碳比？公式：水/碳=水蒸气流量（Nm3h ）/碳流量（Nm3h）水蒸气的流量如以kg/h表示时，则乘以22.4/18转化成Nm3/h，再带入公式；干气中碳流量以干起流量（Nm3/h ）乘以干气平均分子式的碳原子个数，结果带入公式；油中碳流量=进料量kg/h X油平均分子式碳原子个数X 22.4油的平均相对分子质量，结果带入公式。
举例说明干气H2O/C 计算方式干气组分：H2 15% CH4 71% C2H6 10% C2H4 2% C3H8 2% C4H8 3总% 碳原=0.71+2*0.1+2*0.02+3*0.02+4*0.03 =0.71+0.2+0.04+0.06+0.12 =1.13 干气流量3600NM3/H 碳流量=3600*1.13=4068 配汽量12000KG/H=12000*22.4 4068*18)=3.67mol/h )/ mol/h 3~4.5的是表观水碳比,如果要计算实际水碳比,则要用{ （mol/h ）+转化炉内生成的水的流量（mol/h ））/ 总mol/h ）mol/h ）=总碳元素mol/mol * (mol/h),mol/h ）=水蒸气流量（kg/h ）*1000/18H2O 与C 的mol 比，干气的单位是分可以计算出总碳元素的含量（mol/mol ）,然后用,mol Nm3/H ，水蒸汽的单位是T/H0 122.4升, 1Nm3mol 量=1000/22.41Nm3 C mol =1000/22.4C mol 含摩尔量=质量/摩尔质量”量是18g/mol ，1吨水的摩尔量=1000000/18= 1000 22.4 / 18 / 干气中C 的mol= 1244.4 ( C 的molC 的mol。
水碳比
所需配蒸汽流量（t/h）
1.66 1.45 1.26 0.80 0.65 0.38 0.05 0.18 6.44 平均分子量
0.07 0.06 0.06 0.04 0.03 0.02 0.00 0.01 0.29 平均密度
82.48 9.04 4.18 1.82
1.12 0.53
0.17 0.66
100 体积流量,Nm 413 #REF! #REF! 0 0 #REF! 0 #REF! 0 #REF! 0 0 0 0 0 0 0 #REF!
3
H2O
配氢中的CnHm组成计算
百分比 C1％ H％
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计算法
（油＋气×（100－H2%））×0.8 介质流量单位，t 4.59
0～1560）×1000＝0.8～0.83，一般取0.8值
工输入数据。（公式二）求配蒸汽流量 液体原料 #REF! C5.23H12.4 #REF! 83.49 1557.13 #REF! #REF! 配 氢
9.57 6.70
4.2 #REF!
#REF!
22.4÷18.01÷(1500～1560）×1000＝0.8～0.83，一般
注：红色字体为人工输入数据。（公式二）求配蒸汽流 项目 平均分子量 平均分子式 氢碳比（H/C） 油中碳(或气中碳) ∑Ca,(碳原)Nm3/t 碳流量 原料油量（m3/h） 原料油量（ｔ/h）
合理调节水碳比 提高甲醇生产效益
合理调节水碳比提高甲醇生产效益摘要：为响应国家号召，走绿色环保低碳路线，对焦炉煤气进行废气回收利用。
我厂通过对焦炉煤气各种用途，例如：做城市燃料气、制造甲醇、制造合成氨、提取氢气和发电等，进行综合性比较，发现制造甲醇的附加值最高，经济效益最好。
我公司于2007年引进焦炉煤气制甲醇工艺。
与此同时，如何用同样量的焦炉气生产出更多的甲醇，为公司创造更多的利润，成为我们共同的主题。
关键词：水碳比氢碳比生产效益首先，来分析原料焦炉煤气的主要成分及其配比。
焦炉煤气的主要组分为H2、CO、CH4、CO2等，随着炼焦配比和操作工艺参数的不同，焦炉煤气的组成略有变化。
一般焦炉煤气的组成见表1。
表1焦炉煤气的组成焦炉煤气组成中含有的烷烃（CH4、C m H n）都不参与甲醇的合成反应，作为惰性气体存在于合成气中并往复循环，而其体积分数在焦炉气中所占比重比较大（大约30%），因此，如何将焦炉煤气中的烷烃（CH4、C m H n）全部转化成合成气的有效成分（CO、CO2、H2），即原料气的转化是焦炉煤气制甲醇的关键技术。
作为转化中控的我们更是深刻的知道我们的操作对甲醇的生产起着至关重要的作用。
我公司甲醇生产项目转化工艺采用的是转化炉结构较简单、造价相对较低，燃料气和氧气消耗也较低的纯氧催化部分氧化转化工艺。
即将来自精脱硫的原料气与部分蒸汽混合后进入催化部分氧化转化炉烧嘴，氧气与经过预热炉后的部分蒸汽混合进入转化炉烧嘴，焦炉煤气和氧气在烧嘴中混合并喷出，在转化炉上部进行部分燃烧反应，然后进人转化炉下部的镍催化剂床层进行转化反应，反应后的转化气经热量回收后经压缩加压后去合成工段。
其主要化学反应式如下： 转化炉上部：22222H O H O Q+−−→+（1）422222CH O H O CO Q +−−→++ （2）转化炉下部催化剂层： 4223CH H O CO H Q+−−→+-（3）42222CH C O CO H Q+−−→+-（4）22222(2)m n C H nH O mCO m n H Q +−−→++-（5）上述反应中，反应式（1）、（2）主要是为了催化剂层的反应提供足够的热量，反应式（3)是主控制步骤，本公司其控制指标是转化后合成气中甲烷体积分数≤1.2％。
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干气制氢水碳比的计算
进转化炉水蒸汽和脱硫后原料气流量进行水/碳比的比值控制。
在正常生产情况下，控制好水蒸汽与原料气的水/碳比是转化操作的关键。
正常比值为3.5：1，水/碳比过高，不仅浪费水蒸汽，而且增加转化炉的热负荷；水/碳比过低，会引起催化剂积碳，使催化剂失活，甚至造成生产事故。
从安全生产与节能两方面综合考虑，工艺生产过程稳定时，要求水/碳比操作在低限；原料气增量时，先增水蒸汽后增原料气；减量时，先减原料气后减水蒸汽。
知道干气组成，怎们计算水碳比？
公式：水/碳＝水蒸气流量（Nm3/h）/碳流量（Nm3/h）
水蒸气的流量如以kg/h表示时，则乘以22.4/18转化成Nm3/h，再带入公式；
干气中碳流量以干起流量（Nm3/h）乘以干气平均分子式的碳原子个数，结果带入公式；
油中碳流量＝进料量kg/h×油平均分子式碳原子个数×22.4/油的平均相对分子质量，结果带入公式。
举例说明干气H2O/C计算方式
干气组分：H2 15% CH4 71% C2H6 10% C2H4 2% C3H8 2% C4H8 3% 总碳原=0.71+2*0.1+2*0.02+3*0.02+4*0.03 =0.71+0.2+0.04+0.06+0.12 =1.13 干气流量3600NM3/H 碳流量=3600*1.13=4068 配汽量12000KG/H
水碳比=12000*22.4除以（4068*18）=3.67
公式：水/碳＝水蒸气流量（mol/h）/总碳元素的流量（mol/h）一般控制在3~4.5
这样计算出来的是表观水碳比,如果要计算实际水碳比,则要用{加入的水蒸气流量（mol/h）+转化炉内生成的水的流量（mol/h）)/总碳原素的流量（mol/h）
知道干气的组分可以计算出总碳元素的含量（mol/mol）,然后用,总碳元素的流量（mol/h）=总碳元素的含量（mol/mol）*干气的流量(mol/h), 水蒸气流量（mol/h）=水蒸气流量（kg/h）*1000/18
根据工艺要求计算水碳比是计算H2O与C的mol比，干气的单位是Nm3/H，水蒸汽的单位是T/H，一定注意量纲的统一。
物质的mol量计算：
0℃ 1个大气压下，每摩尔气体的体积大约为22.4升, 1Nm3干气的mol量=1000/22.4
1Nm3干气中碳C的mol量=1000/22.4×（干气中C的mol含量）。
而对水蒸汽，可采用“摩尔量=质量/摩尔质量”公式计算，水的摩尔质量是18g/mol，1吨水的摩尔量=1000000/18
因此水碳的摩尔比=1000×22.4 / 18×（水的实际流量/干气中C的mol 含量） =1244.4×(水的实际流量/干气中C的mol含量)
干气中C的mol含量可用总碳分析仪上的数据，也可由操作人员根据化验数据手动输入。