转化制氢装置培训教材.doc

第一章概述第一节 装置概况及特点1. 装置概况 装置工业氢生产能力为1200 nm3/h 工业氢。装置技术采用上海华西化工科技有限公司的轻烃水蒸气转化造气、变压吸附（psa）净化工艺专有技术路线。该装置由原料气压缩、原料气精制、轻烃水蒸气转化、中温变换、psa以及余热回收等部分组成。2. 制氢装置组成原料气压缩 原料气精制 转化 中温变换 psa单元3. 生产规模设计生产能力为1200nm3/h工业氢 ，最大生产能力为1200nm3/h工业氢。年开工时数为8000小时。第二节 生产流程简述一.工艺流程简述1. 原料气压缩部分来自装置外的天然气与循环氢混合后进入原料气缓冲罐（v101），经原料气压缩机（c101a.b）升压后后进入转化炉对流段中，预热至380进入加氢脱硫部分。1.2 加氢脱硫部分预热后的原料气，进入加氢反应器（r101），在加氢催化剂的作用下发生有机硫转化反应，使有机硫转化为无机硫，然后再进入氧化锌脱硫反应器（r102a.b），在此氧化锌与硫化氢发生脱硫反应，脱除原料中的硫。精制后的气体中硫含量小于0.2ppm，进入转化部分。1.3 转化部分精制后的原料气在进入转化炉（f101）之前，按水碳比3.5与2.2mpa水蒸汽混合，再经转化炉对流段（原料预热段）预热至500，由上集合管进入转化炉辐射段。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。整个反应过程表现为强吸热反应，反应所需的热量由设在转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供。出转化炉的高温转化气(出口温度为820)经转化气蒸汽发生器（e101）发生中压蒸气后，温度降至280320，进入中温变换部分。1.4 中温变换部分由转化气蒸汽发生器（e101）来的300360转化气进入中温变换反应器（r103），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%（干基）左右。中变气经锅炉给水预热器（e102）预热锅炉给水、除盐水预热器（e103）预热除盐水回收大部分的余热后，再经中变气水冷却器（e104）降温至40，并经分水后进入psa部分。1.5 psa部分来自中温变换部分的中变气压力1.6mpa.g、温度40，进入界区后，自塔底进入吸附塔t201ae中正处于吸附工况的塔，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99.99%的产品氢气，经压力调节系统稳压后送出界区。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三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（v201），冲洗解吸气进入解吸气缓冲罐（v202），然后经调节阀调节混合后稳定地送往造气工段，用作燃气。psa部分的具体工作过程如下：（以a塔为例叙述）1) 吸附过程原料气自塔底进入吸附塔a，在吸附压力下，选择吸附所有杂质，不被吸附的氢气作为产品从塔顶排出。当吸附前沿（传质区前沿）到达吸附剂预留段的下部时停止吸附。2）一均降压过程吸附结束后，a塔停止进原料，然后通过程控阀与刚完成二均升步骤的塔相连进行均压，这时a塔死空间内的高压氢气就均入相应的塔得以回收，直到两塔的压力基本相等时，结束一均降过程。3）二均降压过程一均降压结束后，a塔又通过程控阀与刚完成三均升步骤的塔相连进行均压，这时a塔死空间内的高压氢气就接着均入相应的塔，得以继续回收。直到两塔的压力基本相等时，结束二均降压过程。4）三均降压过程二均降压结束后，a塔又通过程控阀与刚完成冲洗再生的塔相连进行均压，这时a塔死空间内的高压氢气就接着均入该塔，得以继续回收。直到两塔的压力基本相等时，结束三均降压过程。5) 顺放过程三均降压过程结束后，a塔压力已降至0.3mpa左右,这时a塔通过程控阀将塔内剩余的部分氢气放入顺放气罐v201直到压力降至0.22mpa左,结束顺放过程。6) 逆放过程顺放过程结束后，a塔压力已降至0.22mpa左右,这时,杂质已开始从吸附剂中解吸出来，于是打开逆放程控阀，逆着吸附方向将吸附塔压力降至0.03mpa左右。逆放出的解吸气被送入解吸气缓冲罐v202。7) 冲洗过程逆着吸附方向，用顺放气罐中的气体经程控阀和调节阀对吸附塔进行冲洗。使被吸附组分从吸附剂中完全解吸出来送入解吸气缓冲罐v202。8）三均升压过程冲洗过程结束后，a塔通过程控阀与刚完成二均降压步骤的塔相连进行均压升压，这时该塔死空间内的高压氢气就流入a塔被回收，同时a塔压力得以继续上升，直到两塔压力基本相等。9）二均升压过程三均升压过程结束后，a塔通过程控阀与刚完成一均降压步骤的塔相连进行均压升压，回收该塔死空间内的高压氢气，同时a塔压力得以继续上升，直到两塔压力基本相等。10）一均升压过程二均升压过程结束后，a塔通过程控阀与刚完成吸附步骤的塔相连进行均压升压回收该塔死空间内的高压氢气，同时a塔压力得以继续上升，直到两塔压力基本相等。11) 产品气升压过程经连续三次均压升压过程后，a塔压力已升至1.3mpa左右,这时用产品氢对吸附塔进行最后的升压，直到使其达到吸附压力。经过以上步骤后，a塔的吸附剂得到了完全再生，同时又重新达到了吸附压力，因而已可无扰动地转入下一次吸附。各吸附塔的工作过程与a塔均完全相同，只是在时间上互相错开一个吸附时间，五个塔交替吸附即可实现连续分离提纯氢气的目的。1.6 工艺冷凝水回收系统在转化炉前配入的工艺蒸汽，一部分参与转化、变换反应生成了h2、co、co2 ,另外一部分则在热交换过程中被冷凝，并在中变气分水罐中被分离出来。分离的工艺冷凝水，直接进入除氧器，除氧后作为锅炉给水回收利用。1.7 热回收及产汽系统除盐水除氧系统自装置外来的除盐水进入v109与中变气分液罐的酸性水混合后通过除盐水泵p102经除盐水预热器(e103)预热至105左右，然后进入除氧器及水箱(v104)。除氧用蒸汽自装置内部来。除氧水经过锅炉给水泵(p101a、b)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（p101a、b）的除氧水经过锅炉给水预热器(e102)、预热至饱和温度后进入中压汽水分离器(v103)中。饱和水通过自然循环方式经转化炉对流段的蒸发段及转化气蒸汽发生器（e101）发生饱和蒸汽。该饱和蒸汽一部分供造气单元自用，其余减压至1.0mpa送出装置至1.0mpa蒸汽管网。加药系统及排污系统固体的磷酸三钠加入v109中，溶解在除盐水中。经p102随除盐水进入中压产汽系统。为了减少系统的热损失和保护环境，系统还设置了定期排污扩容器(v107)。排污水送入定期排污扩容器，并加入新鲜水冷却至50以下排放。2. 主要工艺过程操作条件2.1 加氢反应器（r101）入口温度 280380 出口温度 260370入口压力 mpa2.15 出口压力 mpa2.13 加氢催化剂装量 m3 0.322.2 氧化锌脱硫反应器（r102a、b）入口温度 260370出口温度 250360入口压力 mpa2.13出口压力 mpa2.1氧化锌脱硫剂装量m3 0.3222.3 转化炉辐射段入口温度 400600出口温度 760820 入口压力 mpa2.05出口压力 mpa1.80碳空速 h1 627水碳比 mol/mol3.03.5催化剂装量 m30.62.4 中温变换反应器入口温度 280320 出口温度 320360入口压力 mpa1.78出口压力 mpa1.75空速(干) h1 1883催化剂装量 m3 0.782.5 psa部分吸附塔各步骤操作条件：序号步 骤压力（mpa g）温度（）1吸附（a）1.6402一均降（e1d）1.61.28403二均降（e2d）1.280.86404三均降（e3d）0.860.44405顺放（pp）0.440.25406逆放（d）0.250.07407冲洗（p）0.070.03408三均升（e3r）0.020.44409二均升（e2r）0.440.864010一均升（e1r）0.861.284011产品气升压（fr）1.281.640psa单元工艺步序表：步序1234567891011121314151617181920时间t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t201aae1doe2de3dppdpe3roe2re1rfrt201be1rfrae1doe2de3dppdpe3roe2rt201ce3roe2re1rfrae1doe2de3dppdpt201de3dppdpe3roe2re1rfrae1doe2dt201ee1doe2de3dppdpe3roe2re1rfra说明：a: 吸附 e1de3d：13次均压降压 pp：顺放 o：隔离d：逆放 e1re3r：13次均压升压 p：冲洗 fr：产品升压第三节 催化剂性质及主要技术规格催化剂名称加氢催化剂氧化锌脱硫剂转化催化剂中变催化剂型号t201t305z412/z413fb123外观兰灰色条状灰白或淡黄色条状灰黄色/浅灰色七筋车轮状黑褐色圆柱状规格 mm341044101691616969堆密度 kg/l0.60-0.801.11.30.951.2/0.951.11.31.5侧压强度n/cm8040250n/颗/450 n/颗200活性组分co、moznoniofe3o4比表面积 m2 /g3040使用空速 h-1100030001000300050010004002500使用温度 320400200400300340使用压力mpa2.04.0常压4.00.52.0一次装入量t(m3)0.25(0.314)0.76（0.628）0.66（0.6）1.05（0.78）使用设备r101r102a.bf101r103主要生产厂家西北化工研究院西北化工研究院齐鲁石化公司研究院西北化工研究院备注定货时考虑5的富裕量1. 催化剂性质及主要技术规格2. 吸附剂、瓷球及填料性质及主要技术规格催化剂名称活性氧化铝硅胶活性炭分子筛惰性氧化铝填料型号gl-h2xsi-01xbc-15bhx5a-98h外观白色球状透明颗粒黑色柱状米色球状白色球状白色环规格 mm35231.52231538堆密度 t/m30.70.750.530.781.60.281侧压强度n/cmal2o3含量，%404040材质使用空速 h-1使用温度 600一次装入量t(m3)0.75(1.05)0.75(1.0)18.00(30.5)9.00（11.5）根据反应器确定0.03（0.1）使用设备t201a-et201a-et201a-et201a-er101r102a.br103v104生产厂家上海华西化工科技有限公司备注定货时考虑5的富裕量第四节原料及产品的主要技术规格1.原料 装置原料为天然气，其规格要求如下：1.1.天然气 序号组成天然气摩尔分率v%1ch494.242c2h61.83c3h80.594c4h100.095c5h120.035c6h140.097co22.888n20.289h2s20mg/m3n温度,40压力mpa(g)0.42. 产品规格2.1 主要产品规格工业氢规格: 组分h2 99.99ch42 ppmco1 ppmco25 ppm出装置温度 40出装置压力 0.9mpa(g)2.2 装置的副产品装置的副产品为psa部分的解吸气，该解吸气直接作为转化炉的燃料。第二章 工艺流程说明及原理第一节 工艺流程说明压力为0.4mpa的天然气进装置并与装置所产部分工业氢气以一定比例混合后在压缩机入口缓冲罐（v101）缓冲。然后经压缩机（c101/a.b）压缩到2.2mpa进入转化炉（f101）对流室加氢原料加热段加热到约380后进入加氢反应器（r101），在此原料气体中的烯烃被饱和，有机硫转化为h2s。出口约370的加氢生成气进入两台串联的脱硫反应器（r102/a.b），在反应器内h2s被氧化锌吸附生成硫化锌，脱硫后的气体中h2s要求0.5ppm。脱硫后的原料气与装置内产的2.2mpa水蒸气按h2o/c=3.5的比例混合，进入转化炉（f101）对流室转化原料预热段加热到约500进转化炉管，在转化炉管内原料气与水蒸气反应生成h2、co、co2和部分残余甲烷，甲烷的干基含量6%(v)。出口约820830 、1.8mpa高温转化气进入转化气余热锅炉（e101）的管程与壳程的锅炉给水换热发生2.2mpa水蒸汽，转化气则降至300左右进入中温变换反应器(r103)，在反应器内co与水蒸汽继续反应，生成co2和氢气,出口的中变气co含量840，严格控制入炉水碳比在3.2-3.5，炉膛压力在50pa；炉出口甲烷含量6%（v）；烟道出口氧含量约5%（v），调节燃烧空气压力在500pa。（3）内操负责分析入炉水碳比波动的原因。视炉出口甲烷含量可调整配蒸汽量和提高炉温。（4）负责中变入口温度调节，确保中变出口co在3%。5非正常情况下的操作：（1） 如装置需紧急停车，严格遵守紧急停车程序，见应急救援预案。（2） 若遇psa五塔切四塔离线运行，转化内操应在fv-301有调节余地的情况下，尽可能多补给燃料系统瓦斯，以保证炉温的稳定。注：以上调整期间可参照转化出口甲烷含量进行，炉温滞后严重可暂不强求其稳定。 三. 外操职责：1为适应现代化生产需要，要求每个外操适应系统操作，即一个外操即能司水、司泵、司机、又能司炉。做到一岗多兼。2转化炉操作法： （1）在与转化炉相关工艺管线气密、置换合格的前提下，外操打通流程并确认。（2）f101点火：负责检查f101炉膛清扫干净，防爆门看火孔，人孔关闭，并确认烧嘴关闭，负责对f101烧嘴吹扫并试漏。并将取f101管线氮气置换合格后，在引瓦斯置换合格。专用点火棒到位，消防设施完善。负责二次风门置50%开度。确认现场鼓、引风机挡板关闭，严格按鼓、引风机操作法先启引风机，再启动鼓风机。联系内操给f101建立炉膛压力在-50pa。待鼓引风机运行半小时后，按点火程序，将点燃的点火棒伸入点火孔至烧嘴下方后，全开小火嘴阀，点然后再调小烧嘴阀及风门开度。（3）升温操作：开工期间，外操可根据内操指令对火嘴作小开度调整。若遇燃料压力太低，同时炉膛压力负压也太低（9磷酸根015g/kg22.5mpa蒸汽总固15g/kgsio220g/kgcl-9总硬度溶解氧15g/kg 3. 锅炉的正常停运： （1