制氢化工工艺培训工作总结

第二十三届制氢年会交流总结 本次制氢年会共收到与制氢有关的工艺 催化剂 设备 原料净化 烃类转化制氢 煤 气化制氢 甲醇制氢 氢产品提纯 操作技术及安全 事故处理等方面的论文近五十篇 另 外联络站还组织专业人员翻译了去年美国炼油工程师协会会议的制氢方面的七篇工艺 设计 方面的综合性论文 现将年会交流心得总结如下 一 炼油厂氢气网络设计优化技术 日益严格的环保法规要求炼油厂在生产硫含量更低 规格更高的车用燃料的同时 还要 实现清洁生产 降低二氧化硫和温室气体的排放 并且 炼油厂为了更有效的利用原油资源 获得更好的经济效益 并在激烈的竞争中求得生存 炼油厂在重油加工工艺选择上 从传统 的选择脱碳工艺转向更多的选择加氢工艺 同时选择加工的原油也更加重质 劣质化 硫 氮含量也更高 这些都驱使炼油厂不断增加加氢装置的能力 从而导致氢气用量的大幅增加 由于能源价格的不断提高 制氢的成本也不断上升 不论采用何种工艺技术的制氢装置 都 要耗用大量的资源 并排放大量的温室气体 因此 优化氢气网络 合理利用氢气资源 对 炼油厂的节能降耗 降低成本具有十分重要的意义 通过氢气网络优化 达到最少使用新氢和最低排放废氢到燃料气管网的目的 炼厂氢网络优化技术主要分为两类 一是基于图形分析方式的夹点分析方法 二是基于 数学模型的线性或非线性规划算法 夹点分析方法可迅速诊断氢系统关键位置 确定系统最 小用氢目标 而各种数学算法则可帮助用户设计实际可行的流程方案 两类方法都有各自的 优势和局限性 因此 在实际氢网络设计和改造项目中将两方面技术相结合是非常必要的 以 m 企业为例 原油综合加工能力为 1350 万吨 年 乙烯生产能力为 100 万吨 年 通 过对该企业的氢气网络进行优化 可使 m 企业节省氢气使用成本 6620 万元 经济效益显著 应在国内炼油厂的规划 改造设计中推广应用 在氢网络设计中应分析制氢装置 氢气净化装置的规模 原料 工艺操作对氢气产率 氢纯度以及消耗 氢气成本 装置投资的影响 氢网络优化技术是一项炼油厂氢气网络优化的先进技术 其中基于图形法 的氢夹点分析技术可有效识别炼油厂氢气网络中的瓶颈 科学指导氢气系统的优化方向 而基于数学模型的数学规划算法可优化氢网络的流程布局和操作条件 实现氢气的最佳利用 方案 在应用氢网络优化技术时 应充分考虑现场的实际约束条件 将理论与实际有机结合 避免教条主义 同时从全系统的角度分析各个局部问题 这样才能真正实现炼厂氢气系统的 高效而经济的利用 二 天然气和煤为原料制氢方案的技术经济比较 根据某炼油项目总体平衡 需要补充 18 万吨 年 约 240000nm3 h 的氢气作为加氢装 置的原料 以天然气为原料采用水蒸汽转化工艺生产氢气和以煤为原料采用部分氧化工艺生 产合成气进而生产氢气是两个可供选择的供氢方案 通过实例对 2 种制氢方案进行技术经 济评价 以天然气为原料 采用水蒸汽转化工艺 称作方案一 天然气方案 以煤为原料 采用 ge 水煤浆气化工艺 称作方案二 煤制氢方案 对比后发现 采用以煤方案生产氢气 工艺流程长 操作费用高 一次性投资高 占地较大 长周期 操作可靠性相对较低 三废排放量大 但原料煤便宜 天然气水蒸汽转化工艺生产氢气 工艺流程短 操作费用低 一次性投资低 占地较少 长周期操作可靠性高 三废排放量少 但天然气价格较高 因此 这两种工艺的选择主要 考虑 2 1 制氢装置的规模 当制氢装置的规模较小时 对部分氧化制氢路线 原料价格的低 廉不足以补偿一次性投资和操作费用高带来的成本增加 故应采用水蒸汽转化制氢方案 2 天然气和煤的价格 当天然气的价格远高于煤的价格时 以气化工艺为核心的制氢 装置具有优势 天然气的价格目前的上升趋势也高于人们的预测 高于煤价的上涨速度 故 越来越多的用户希望采用气化工艺以煤为原料生产氢气来降低氢气的成本 3 环保因素 除了因气化效率的因素 煤制氢方案的二氧化碳排放比天然气制氢方案 多外 其生成的大量煤渣等固体废渣的处理等 都是需要在选择时需要考虑的重要因素 三 转化炉管的软密封技术 烃类水蒸汽转化装置中的转化炉 其转化炉管通常采用上膨胀技术 转化炉管穿过炉顶 伸出炉外 受热后向上膨胀 膨胀量由上猪尾管吸收 转化炉管受热膨胀 伸出炉顶的转化 炉管长度热态比冷态时大约增长 0 230mm 左右 伸出炉顶的转化炉管管壁温度很高 需要 隔热保温 同时 为防止冷空气从炉顶侵入 炉顶的转化炉管开孔四周必须密封 但硬密封 无法满足炉管热胀冷缩的动态密封保温要求 采用软密封技术可以解决问题 对于伸出炉顶转化炉管的隔热保温 长期以来一直没有受到足够的重视 也没有统一的 做法 各厂均根据自己的经验自行解决 经常出现的问题是 散热量大 炉顶温度高 炉顶 漏风 保温层卡阻炉管热胀冷缩等 lpec 的王德瑞 张月平发明了一种软密封保温套 保温套伸缩量很大 收缩与伸展长 度之比可以达到 1 2 以上 可以随炉管热胀冷缩有规律的自由伸缩 满足炉管热胀冷缩的动 态保温要求 该软密封套采用非金属波纹膨胀节吸收炉管的热胀冷缩位移量 保温套可以随炉管水平 侧向移动 也可以随炉管的热胀冷缩轴向有规律的伸缩 炉管冷态时 柔性波纹膨胀节很规 整的折叠在一起 炉管由冷态到热态变化时 炉管热胀上移 拉动柔性波纹膨胀节的多个 v 形波逐波展开 随炉管自由伸展 炉管热态时 柔性波纹膨胀节保持很规整的伸展形态 炉 管由热态到冷态变化时 炉管冷缩下移压迫柔性波纹膨胀节的多个 v 形波逐波收缩折叠 随 炉管自由回缩 当炉管再由冷态到热态变化时 柔性波纹膨胀节又随炉管自由伸展 不需要 人工干涉 如此循环往复 这样 无论冷态或热态炉管各部分均有保温套覆盖保温隔热 lpec 软密封套已在国内某转化炉中实际采用 运行效果表明 密封 保温良好 可以 推广采用 四 变换气空冷入口管线腐蚀问题 由于该处腐蚀基本是碳酸腐蚀 选材大多为 304l 这种材质应该是足够的 但在实际 情况中发生较多的腐蚀减薄甚至穿孔的现象 这多半都是氯离子腐蚀造成 应分析除盐水中 氯离子的含量 严格控制氯离子含量才是解决该问题的有效方法 某些炼厂将材质更换成 316l 这种材质抗氯离子腐蚀的效果反而更差 不能根本解决问题 篇二 加制氢试生产小 结 置年石化加制氢装置试生产小结 置年石化 扬州 有限公司催化干气制氢装置 油品加氢改质装置 芳烃选择性加氢精 制装置于 2009 年 9 月开工筹建 到 2011 年 4 月底竣工 后于 2011 年 5 月初正式投入试生 产 一 试生产准备工作 1 联动试车领导机构 1 1 试车领导小组 组 长 江礼春 副组长 肖永平 朱和清 组 员 郑永安 李君 王宣 孙建兵 梅久成 黄元明 吴金冬 李炜 韦传洋 王 3 旭东 陈曦 赵松 沈俊峰 王宇飞 宋厚钦 雷双潮 董立忠 陈文斌 张根双 赵月球 郑永庭 1 2 试车工作小组 组 长 朱和清 副组长 王宣 黄元明 吴金冬 梅久成 陈曦 组 员 柏伟 马晓 王旭东 龚彦波 周进业 许文兵 王文鹏 董立忠 高远 熊国炎 李光武 袁政飞 罗仁宏 郭平 梁喜平 朱宝银 侯建峰 沈俊峰 张奇营 王 宇飞 宋厚钦 雷双潮 钟龙光 1 3 hse 组 组 长 陈 曦 副组长 罗仁洪 詹建华 成 员 吴金冬 侯建峰 柏伟 郭平 梁喜平 朱宝银 蒋卫东 王旭东 龚彦波 周进业 王文鹏 董立忠 高远 熊国炎 李光武 张奇营 宋厚钦 夏宏图 雷双潮及各 班组安全负责人等 1 4 综合技术组 组 长 黄元明 副组长 侯建峰 马晓 成 员 陈曦 梅久成 龚彦波 周进业 王文鹏 董立忠 高远 熊国炎 李光武等 1 5 试车生产调度组 组 长 吴金冬 副组长 柏伟 马晓 郭平 赵松 成 员 徐峰 阚磊 刘刚 陈学法 何伟 朱宝银 梁喜平 蒋卫东 郑晓平等 1 6 试车行政宣传和后勤保卫组 组 长 沈俊峰 副组长 张奇营 成 员 张桂蓉 陈训德等 1 7 试车保镖组 组 长 王旭东 副组长 龚彦波 周进业 成 员 董立忠 张益成 王文鹏 熊国炎 李光武 袁政飞 李立沙 高俊峰 汤建 国 田晓平 1 8 物资供应 产品销运组 组 长 王宇飞 副组长 宋厚钦 夏宏图 钟龙光 成 员 王海英 段美华 杜心玲 唐漾等 1 9 人员培训 工艺技术骨干 生产班长和主要岗位操作人员都必须经过下列四个阶段的培训 以达到 熟悉全流程 建立系统概念 掌握上 下岗位之间和前 后工序之间及装置内 外之间的相 互影响关系 1 9 1 第一阶段的培训 基础知识培训 2010 年 7 月 1 日 2010 年 9 月 10 日 为期两个月 培训内容是学习化工基础知识 机械 电气 仪表 分析知识 工艺原理和生产流程及操作 1 9 2 第二阶段的培训 外出实习培训 4 2010 年 9 月 15 日 2010 年 11 月 15 日 为期两个月 在山东东明石化培训 内容 是学习生产控制和操作 机械 仪表的维护和使用 开停车 事故处 理等实际工作 1 9 3 第三阶段的培训 针对加制氢装置培训 2010 年 11 月 15 日 2011 年 1 月 15 日 为期两个月 在装置建设过程中进行培训 培训内容是熟悉本厂生产流程 操作规程和机械 仪表 电气性能 并对照现场实际施工情 况进行培训 重点掌握不同工况下的操作和事故处理 1 9 4 第四阶段的培训 岗位培训 2011 年 1 月 15 日 2011 年 3 月 为期两个月 员工在经过以上三个阶段的培训后 达到上岗要求 上岗后参加现场的预试车工作 在工作中熟悉操作 总结经验 2 特种作业的取证 特种作业是指容易发生人员伤亡事故 对操作者本人 他人及周围设施的安全可能造成 重大危害的作业 直接从事特种作业的人员称为特种作业人员 由生产准备组技术部负责制 订特种作业人员的取证计划 根据国家安全生产监督管理局安监管人字 2002 124 号文件规定 特殊工种需取得质量 技术监督局或安全生产监督局颁发的资格证 3 试生产时间安排 2011 年 5 月 1 日 4 试车的程序 联动试车包括加制氢装置公用系统投用 制氢装置的吹扫 气密 系统干燥置换 催化 剂装填 硫化 加氢装置干燥 置换 三剂装填 水运 油运及催化剂的硫化等 开车首先 从制氢装置开始 产出合格氢气后 进行加氢装置的试车 在制氢装置产出合格氢气前 油 品加氢改质装置结束装完催化剂后的氮气气密 接引合格氢气进行氢气气密及催化剂硫化 进而进行油品加氢改质单元的试车 同时 芳烃选择性加氢精制的前期工作如冲洗 吹扫一 并开展 在油品加氢改质单元投料成功后 准备芳烃选择性加氢精制单元的试车 5 联锁及报警系统的调试 5 1 根据设计文件中的联锁 报警整定值表 在工程师站上设定相应数值 5 2 在系统的信号发生端 即变送器或检测元件处 输入模拟信号 检查系统 的逻辑是否正确 检查联锁报警动作是否在规定设置的数值上 5 3 联锁系统除进行份项试验外 还应进行整套联动试验 5 4 检查辅助操作台上的紧急停车按钮 试验按钮 复位按钮 信号指示灯等 动作是否正确 5 5 有关与电气部分相关的联锁和报警 应由仪表及电气人员双方密切配合进 行 6 安全管理贮备工作 建立健全各项安全管理制度 严格安全操作规程 确保试运行期间不出任何安全责任事 故 6 1 严格按照试生产方案中的危险因素 对策措施及安全批复意见认真实施 6 2 建立健全安全生产管理制度 各岗位生产操作规程 技术规程 编写了事 故预案并进行了救援演练 取得良好教育效果 6 3 严格人员上岗培训 共培训员工 40 多人次 特种作业人员全部持证上岗 严格执行安全管理制度及操作规程 坚决杜绝超标及违章现象发生 二 试生产产量产能及产品质量情况 1 40 万吨 年油品加氢改质 215 由于设计原因 目前装置只能达到预期负荷 5 的 30 新鲜进料 为提高产量 试生产期间采用购买常压柴油和返回加氢产品改善 进料性质 来提高产量 2 40 万吨 年芳烃选择性加氢精制 210 试生产期间实现满负荷生产 50t h 产品均能达到国 标准 3 20000nm3 h 催化干气制氢 本单元试生产期间根据两套加氢单元耗氢的大 小 来调整装置负荷 试生产期间装置负荷基本在实际负荷的 60 左右 产品氢目前纯 度基本达标 99 三 安全环保 1 安全消防工业卫生 1 1 加制氢联合装置严格按规范设计和施工 确保生产的安全和员工的健康 1 2 采用了先进的 dcs 集散控制系统 自动化程度高 既减轻了工人的劳动强 度和现场作业时间 也减少了工人接触有毒有害物质的机会 使用先进的独立 sis 紧急 停车控制系统 在紧急状态下 可实现装置的安全停车 保 护人身安全和设备安全 1 3 在产生较大噪音的部位安装了消音 隔音装置 设置隔音操作室 对人员 易接触的高温设备和管线进行了隔热 保温 在可能接触有毒有害物质的区域设置专门 的洗眼器 淋浴器 1 4 按照设计规范 合理设置了安全阀 防爆门 止逆阀等安全设施 设备安 全附件齐全 在化工操作岗位配备过滤式防毒面具和空气呼吸器 为检修和生产重要位 置配备了安全带 急救绳 急救箱 长管式防毒面具 化学防护服及其他个人防护用品 1 5 本装置医疗救护依托南京第三医科大学附属医院 原仪化医院 该单位有 完善的救护设施 可提供紧急医疗救护 2 消防设施和器材 2 1 扬州化学工业园区设有消防站 现有 2 辆消防车 人数 20 人 距离项目本 装置约 1 公里 能够满足火险应急需求 2 2 消防水系统 实友化工 扬州 有限公司现有消防水管网 压力 0 8mpa 稳 高压 消防水流量为 300l s 消防水罐 2 个 6000m3 能够满足装置在火灾事故时对消 防水的需求 170l s 消防水在装置区形成环状 并用阀门分割成若干独立段 消防水管 网上有消防栓 6 个 消防炮 5 只 2 3 消防冷却水系统 主要包括中间罐和丙烯球罐的固定式式消防冷却水系统 2 4 火灾报警系统 加制氢联合装置设置火灾自动报警系统 与原有火灾自动 报警系统并网 覆盖主装置区 中间罐区 办公楼 仓库 公用工程等 该系统具备消 防联动功能 该系统为总线制地址编码型火灾自动报警系统 由报警控制盘 感烟探测器 感温探测器 手动报警按钮 声光报警器 信号模块 控制模块及复示盘等组成 报警控制 盘安装在主控室内 防爆手动报警按钮设置在装置区现场和控制室 复示盘安装在消防队 2 5 可燃 有毒 气体检测报警系统 为及时发现氢气 硫化氢 轻烃气等可 燃和有毒气体的泄漏事故 装置区设有可燃气体及有毒气体检测报警器 2 6 灭火器配置 为便于扑灭初期火灾 在火灾危险性大的重要场所 包括装 置区及罐区配备便携式 重量 8kg 干粉灭火器 2 7 工业电视监控系统 该监控系统用于监视生产装置的生产情况 设备运转篇三 电厂制氢站培训教材 氢气的制取和发电机的冷却 第一节 发电机的冷却方式 1 发电机冷却的重要性 6 发电机运转时要发生能量消耗 这是有一种能 机械能 转变为另一种能 电能 时所 不可避免的 这些损耗的能量 最后都变成了热量 致使发电机的转子 定子 定子绕组等 各部件的温度升高 因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的 所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损 为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行 必须及时地把铜损和铁损所产生 的热量导出 使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内 否则 发电机的温升就 会继续升高 使绕组绝缘老化 出力降低 甚至烧坏 影响发电机的正常运行 因此 必须 连续不断地将发电机产生的热量导出 这就需要强制冷却 2 发电机常用的冷却方式 发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的 常用的冷却方式有 2 1 空气冷却 容量小的发电机 两万千瓦以下 多采用空气冷却 即使空气有发电 机内部通过 将热量带出 这种冷却方式效率差 随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰 2 2 水冷却 把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心 运行中使高纯度的水通 过铜线内部 带出热量使发电机冷却 这种冷却方式比空气冷却效果好 但必须有一套水质 处理系统和良好的机械密封装置 目前 大型机组多采用这种冷却方式 2 3 氢气冷却 氢气对热的传导率是空气的六倍以上 加以它是最轻的一种气体 对 发电机转子的阻力最小 所以大型发电机多采用氢气冷却方式 即将氢气密封在发电机内部 使其循环 循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却 氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触 的内冷式 直接冷却 和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种 当前除了小容量 25mw 及以下 汽轮发电机仍采用空气冷却外 功率超过 50mw 的汽轮 发电机都广泛采用了氢气冷却 氢气 水冷却介质混用的冷却方式 在冷却系统中 冷却介 质可以按照不同的方式组合 归纳起来一般有以下几种 2 3 1 定 转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却 即氢外冷 2 3 2 定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却 转子绕组采用直接冷却 即氢内冷 2 3 3 定 转子绕组采用氢内冷 定子铁芯采用氢外冷 2 3 4 定子绕组水内冷 转子绕组氢内冷 定子铁芯采用氢外冷 即水氢氢冷却方式 2 3 5 定 转子绕组水内冷 定子铁芯空气冷却 即水水空冷却方式 2 3 6 定 转子绕组水内冷 定子铁芯氢外冷 即水水氢冷却方式 我厂 2 600mw 机组汽轮发电机采用水氢氢冷却方式 即发电机定子绕组采用水内冷 转子绕组采用氢内冷 定子铁芯采用氢外冷 第二节 冷却介质的性能比较 1 冷却介质的种类和特性 氢冷发电机在正常运行时 使用氢气作为冷却介质 在发电机事故及停机检修时 则采 用空气作为冷却介质 co2 n2 则是气体置换过程中的中间介质 对于直接冷却的发电机 除了使用氢气作为冷却介质外 也可以使用水和油 下面分析比较冷却介质的特性 1 1 空气 空气优点是低廉 所需的附加设备简单 维修方便 缺点是机组的容量受到限制 而且 机组容易脏污 1 2 氢气 h2 氢气冷却有如下优 缺点 1 2 1 优点 1 2 1 1 通风损耗低 机械 指发电机转子上的风扇 效率高 这是因为在标准状态 下 氢气的密度是 0 08987kg m 空气的密度是 1 293kg m co2 的密度是 1 977kg m n2 的密度是 1 25kg m 由于空气的密度是氢气的 14 3 倍 二氧化碳是氢气的 21 8 倍 氮气 7 是氢气的 13 8 倍 所以 使用氢气作为冷却介质时 可使发电机的通风损耗减到最小程度 1 2 1 2 散热快 冷却效率高 因为氢气的导热系数是空气的 1 51 倍 且氢气扩散性 好 能将热量迅速导出 因此能将发电机的温升降低 10 15 1 2 1 3 危险性小 由于氢气不能助燃 而发电机内充入的氢气中含氧又小于 2 所 以一旦发电机绕组被击穿时 着火的危险性很小 1 2 1 4 清洁 经过严格处理的冷却用的氢气可以保证发电机内部清洁 通风散热效 果稳定 而且不会产生由于脏污引起的事故 1 2 1 5 在氢气冷却的发电机 噪音较小 而且绝缘材料不易受氧化和电晕的损坏 1 2 2 缺点 3333 1 2 2 1 氢气的渗透性很强 易于扩散泄露 所以发电机的外壳必须很好的密封 1 2 2 2 氢气与空气混合物能形成爆炸性气体 一旦泄露 遇火即能引起爆炸 因此 在用氢冷却的发电机四周严禁明火 1 2 2 3 采用氢气冷却必须设置一套制氢的电解设备和控制系统 这就增加了基建投资 及维修费用 氢气冷却虽有以上一些缺点 但只要严格执行有关的安全规章制度和采取有效的措施还 是可靠的 而其高效率冷却则是其它冷却介质无可比拟的 所以大多数发电机还是采用氢冷 方式 1 3 二氧化碳 co2 co2 的密度是空气的 1 52 倍 显然 使用 co2 作冷却介质 将会使通风损耗成正比地 增加 发电机的温度也会显著升高 co2 的表面散热系数是空气的 1 132 倍 且有较高的强行对流作用 但 co2 的传热能力 比空气弱 仅是空气的 0 638 倍 两项综合比较 用空气冷却和用 co2 冷却 对发电机的温 升影响基本是一样的 co2 与机壳内的水分化合后 其反应的生成物会在发电机各部分结垢 使通风恶化 并 弄脏机件 对绝缘有腐蚀作用 所以 不允许使用 co2 作为冷却介质长时间运行 但是 我 们可以利用 co2 与氢气或空气混合时不会发生爆炸的特点 作为气体置换的中间介质 1 4 氮气 n2 氮气的密度 热传导率及表面散热系数都接近空气 所以 作为冷却介质使用时 其允 许的最大负荷值与空气冷却时相同 另外 氮气具有比空气轻 比氢气重 并且不助燃的特 点 可用来代替二氧化碳作为中间介质使用 这时对其纯度的要求是 氮的含量在 96 以上 氧的含量应低于 4 氮气作为化工副产品 常含有腐蚀性杂质 对发电机的绝缘材料起腐蚀作用 所以 氮 气作为发电机的冷却介质不允许长期使用 2 氢气和水的特性比较 发电机在采用直接冷却方式时 普遍采用氢气和水作为冷却介质 它们与空气的性能比 较如下 表 13 1 空气 氢气及水性能比较 从表中的吸热和散热能力看 液体冷却介质比气体冷却介质好 水具有较高的散热性能 粘度小 能通过小而复杂的截面 水的化学性能稳定 不会燃烧 而且具有价廉的特点 但 它增加了水路系统 容易腐蚀铜线和漏水 使运行的可靠性降低 氢气冷却具有通风功率和励磁功率低 装配方便 结构简单 负荷能力高 温度分布均 匀等优点 使运行可靠性大为提高 第三节 电解制氢原理及其系统 设备 8 1 电解制氢的原理及其工艺 1 1 制氢原理 高纯度的氢气是通过电解纯水而获得的 由于纯水的导电性能较差 则需加入电解质溶 液 以促进水的电解 常用的电解质一般为 naoh 或 koh 将直流电通入加入 naoh 水溶液的电解槽中 使水电解成为氢气和氧气 其反应式为 1 1 1 阴极反应 电解液中的 h 水电解后产生的 受阴极的吸引而移向阴极 最后接 受电子而析出氢气 其放电反应是 2h 2e h2 1 1 2 阳极反应 电解液中的 oh 受阳极的吸引而向阳极移动 最后放出电子生成水和 氧气 其放电反应是 2oh 2e h2o 2o2 1 1 3 阴 阳极合起来的总反应式为 2h2o 2h2 o2 2 工艺流程 高纯度的氢气是通过电解纯水而获得的 由于纯水的导电性能较差 则需加入电解质溶 液 以促进水的电解 电解产生的氢气和氧气 分别进入氢气分离洗涤器和氧气分离洗涤器 使气体与携带的碱液分离 分离出的碱液经过滤 冷却后 通过碱循环泵打至电解槽 分离 后的氢气进入冷却器冷却 与氧气一同经气动差压调节后 经冷却 干燥进入贮存罐 氧气 经过水封直接排入大气 电解消耗的水经过柱塞泵打入氢 氧分离洗涤器进入电解槽内 3 氢氧化钠的作用 氢氧化钠等电解质是强的电解质 溶解于水后便电离 其电离反应式为 naoh na oh 这 1 样是水溶液中有了大量的 na 与 oh 促进溶液的导电性能 便于水的电解 氢氧化钠等电解质在水发生电解时 为何不被电解而仍留在溶液中呢 现简略说明如下 3 1 金属离子在水溶液中的活泼性是不相同的 我们将它们依活泼性的大小排列起来 得到下列活动顺序 k na ca mg al mn in fe ni sn pb h cu hg ag au 上面排列中 前面的金属比后面的活泼 越往后的金属活泼性越差 在以上活动次序中 h 之所以列为金属 这是因为它能起金属的作用 在水中常成 h 存 在 而且确实能被它前面的的金属置换 例如 zn h2so4 znso4 h2 3 2 电极电位 金属的活动次序说明越活泼的金属越容易失去电子 活泼性较差的金 属则容易得到电子 前后金属比较而言 从电化学理论上讲就是 容易得到电子的金属离 子与不容易得到电子的金属离子相比较 因前者的电极电位高能得到电子而转为原子 而后 者的电极电位低不能得到电子转为原子 这种电位叫 电极电位 h 和 na 比较 na 的电极电位为 2 86 而 h 的电极电位为 1 71 所以在同一水溶液中 若同时存在 na 和 h 时 h 先放电而成 h2 3 3 离子的水化 水是极难电离的 但水中溶解有 naoh 时 在 na 的周围 围绕着水 的分子而成水合 na 而且因 na 的作用使水分子有了极性方向 当 na 带有极性方向的水分子迁向阴极时 h 首先放电而成 h 而 na 则仍存在于水中 3 4 电解液中加五氧化二钒的作用 电解液配制时 须加入一定量的五氧化二钒 千分之二浓度 五氧化二钒的加入 可 对电极的活化起催化作用 能改变电极表面状态 增加电极的电导率 有利于除去电极表面 的气泡 降低电解液的含气度 在铁 镍金属表面产生保护膜 从而起到缓蚀作用 4 制氢系统 9 电解水制取氢气的主要设备为电解槽 在电解槽后连有若干系统 其中主要是氢侧系统 氧侧系统及补给水系统 另外还有碱液系统 4 1 氢侧系统 由电解槽各间隔分解出来的氢气汇集于总管 经氢侧分离器洗涤器 冷却器 压力调节阀 再经两级干燥吸附后 存入氢罐备用 4 2 氧侧系统 由电解槽各间隔分解出来的氧气汇集于总管 经氧侧分离器洗涤器 压力调节阀和水封槽后 排放大气或存罐备用 4 3 补给水系统 在电解水的过程中 水陆续地被消耗掉 所以必须连续不断地补充除 盐水 系统通过加水泵将除盐水打至氢分离洗涤器中 来补充电解消耗的除盐水 篇四 制氢工艺技术分析 煤制氢工艺技术分析 1 氢气 16 世纪 瑞士科学家帕拉塞斯和 17 世纪的一些科学家 都发现了金属跟酸起反应产生一种可燃性气体 氢气 当时人们还不认识它 只把它 当作一种可燃性的空气 直到 1766 年英国科学家卡文迪许才确认氢气与空气不同 并测定 氢气的密度是空气密度的 1 14 38 他在 1781 年又进一步指出 氢气在空气中燃烧生成水 1783 年拉瓦锡重做了实验 证明水是氢燃烧后的唯一产物 1787 年拉瓦锡给它命名为 hydrogen 意思是 成水元素 并确认它是一种元素 早年间人们称之为 轻气 后定名 为氢 日本现仍称之为水素 氢气是无色并且密度比空气小的气体 在各种气体中 氢气的密度最小 标准状况下 1 升氢气的质量是 0 0899 克 相同体积比空气轻得多 因为氢气难溶于水 所以可以用排 水集气法收集氢气 另外 在 101 千帕压强下 温度 252 87 时 氢气可转变成无色的液 体 259 1 时 变成雪状固体 常温下 氢气的性质很稳定 不容易跟其它物质发生化学 反应 但当条件改变时 如点燃 加热 使用催化剂等 情况就不同了 如氢气被钯或铂 等金属吸附后具有较强的活性 特别是被钯吸附 金属钯对氢气的吸附作用最强 当空 气中的体积分数为 4 75 时 遇到火源 可引起爆炸 2 氢气的用途 氢是公认的最洁净的燃料 也是重要的化工合成原料 但它不是一次能源 它是要从一 次能源通过转换生产出来的能量载体 它又是一种气体燃料 在输送分配方面相对地存在着 一定困难 中国又是一个以煤为主要一次能源的国家 所以 就要应用 环境 能效 经济 的生命周期研究方法 结合国情和地区的实际 用系统工程的眼光来全面地评估中国氢的生 产和应用 要结合地区的实际 选择先进的技术 合理的方法来生产和应用氢 以获得最大 的经济和环境效益 3 工业制氢的方法 氢气作为重要的工业原料和还原剂 在国民经济各领域 被广泛地使用 工业制氢的方法主要有以下几种方法 3 1 一次能源转化制氢 1 煤气化制氢技术 是指煤与气化剂 水蒸气或氧气 在一定的温度和压力等条件下发生化学反应而转化为煤气的工业化过程 且一般是指煤 的完全气化 即将煤中的有机质最大限度地转变为有用的气态产品 主要成分为一氧化碳 而气化后的残留物只有灰渣 然后一氧化碳经过变换 分离和提纯处理获得一定纯度的产品 氢 2 天然气水蒸气重整制氢 其主要工艺为 天然气经过压缩 送至转化炉的对流段预热 经脱硫处理后与水蒸气混合 进入转化炉加热后进入反应炉 在催化剂的作用下 发生蒸气 转化反应以及一氧化碳变换反应 出口混合气含氢量约为 70 经过提纯可以得到不同纯度 10 的氢气产品 3 甲醇裂解制氢 其主要工艺为 甲醇和水的混合液经过预热 气化后 进入转化反应 器 在催化剂作用下 同时发生甲醇的催化裂解反应和一氧化碳的变换反应 生成约 75 的 氢气和约 25 的二氧化碳以及少量杂质 该混合气经过提纯净化 可以得到纯度为 98 5 99 9 的氢气 该法的原料易得且储运方便 受地域限制较少 适于中小制氢用户使 用 一次能源转换制氢成本低廉 工艺流程短 操作简单 能源利用合理 是目前广泛采用 的最经济的制氢技术之一 但有时需要高温条件进行反应 因此能耗较高 而且反应有时需 要耐高温的不锈钢管做反应器 装置规模大 投资高 3 2 电解水制氢 电解水制氢的原理是当两个电极分别通上直流电 并且浸入水中时 在直流电的作用下 水分子分解为氢离子和氢氧根离子 在阳极氢氧根离子失去电子产生氧气 在阴极氢离子得 到电子产生氢气 电解水制氢的效率较高 且工艺成熟 设备简单无污染 但耗电量较大 一般氢气电耗为 4 5 5 5kw m3 使其应用受到一定的限制 但随着电解水工 艺 设备的不断改进 例如开发采用固体高分子离子交换膜为电解质 选用具有良好催 化活性的电极材料 在电解工艺上采用高温高压参数以利于反应进行等 水电解制氢技术 将会有更好的应用和发展 电解水制氢技术制得的氢气纯度高 操作简便 制氢过程不产生 二氧化碳 无污染 但其耗电大 生产成本高 电费占整个生产费用的 80 左右 3 3 其他含氢物质制氢 1 氨分解制氢 氨气在催化剂存在和高温条件下可以分解为氮气和氢气 氨气分解制氢所用的催化剂一 般为镍或铁 其工艺为 液氨经预热 蒸发变为气氨 在 800 高温下催化分解为氢气和氨 气 经过气体分离与提纯得到高纯氢气 此外 肼由于其分子式及性质均与氨气类似 也可 以利用相同的原理进 行分解转化制氢 2 硫化氢分解制氢 国外多次报道由硫化氢分解制氢技术 我国有丰富的硫化氢资源 自 20 世纪 90 年代就 有多家单位开展了这方面的研究 如石油大学的间接电解法双反应系统制取氢气与硫磺的研 究取得了较大进展 还有中国科学院感光研究所等单位进行的多相光催化分解硫化氢的研究 及微波等离子体分解硫化氢制氢的研究等 都为今后充分合理利用宝贵资源 提供清洁能源 及化工原料奠定了基础 3 化工副产物氢气回收 邱长春等人报道了利用含氢工业尾气或过程气生产高纯氢气的方法 此外 多种化工过 程如电解食盐制碱工业 发酵制酒工艺 合成氨化肥工业 石油炼制工业等均有大量副产氢 气 如能采取适当的措施进行氢气的分离回收 每年可以得到数亿立方米的氢气 这将是一 笔不容忽视的资源 应设法加以回收利用 3 4 氢气生产新技术 太阳能制氢 生物制氢 硼氢化钠催化水解制氢 4 炼厂制氢工艺的选择 当前 炼厂普遍面临着原料劣质化 成品油市场轻质化 优质化 环保标准和要求不断 提高的局面 面对这样的局面 炼厂的唯一出路就是提高石油的深加工能力 提高轻质油品 和优质产品的产能 这一切都离不开加氢技术的应用 而加氢技术的应用首先要有稳定可靠 的氢源 但是仅通过炼厂自身和传统的加工方式已难以解决全厂的氢气平衡和需求 通过其 他原料和加工工艺获得廉价的氢源来满足炼厂的生产需求是一个行之有效的解决方案 也是 11 大势所趋 规模化的制氢技术主要有轻烃蒸汽转化法和非催化部分氧化法 气化法 非催化部分氧化法 气化法 按原料分类 可分为轻烃 天篇五 制氢培训讲义 1 制氢装置设计及改造情况 43 大连西太平洋石油化工有限公司制氢装置规模为 6 10nm h 两套加氢 脱硫 转化 炉 中变采用国内技术 净化系统为变压吸附法 技术为德国林德 linde 公司专利 引 进控制计算机 成套阀门 管线 仪表和吸附剂 吸附罐为国内制作 林德公司制造技 术 设计单位为中国石化北京设计院 本装置由下列五部分组成 1 原料油干法加氢 脱硫部分 2 转化及相应对流段热回收部分 3 中温变换及变换气换热冷却部分 4 psa 中变气净化部分 5 开工及循环氢压缩机及酸性水汽提部分 装置的加氢 脱硫 转化 中变过程采用两个系列 psa 部分则为一个系列 原料设计时以轻质油 重整拔头油或轻石脑油 为主 同时应用少量液化气和 ards 装 置弛 放干气 98 年 7 月至今 由于重整装置停工未开 制氢原料改为重整精制油 产品纯度为 h299 9 产品主要供常渣油加氢脱硫 ards 装置 蜡油加氢精制装置及煤柴油加氢精制装置 聚丙烯用 施工图设计于 1992 年 12 月末完成 1995 年末基本建成 1997 年 7 月正式投产 1998 年 2 月经标定达到设计规模 生产稳定 质量良好 2 生产装置工艺原理 本制氢工艺采用以轻质油 重整拔头油或轻石脑油 为原料 经干法加氢 脱硫后与水蒸汽混合 经催化剂转化产生 h2 co 及 co2 转化气再经中温变 换将 co 与转化气中水蒸汽反应成 co2 同时再产生部分 h2 中变气经换热 冷却分液后进往 psa 吸附部分脱除中变气的 ch4 co 和 co2 生产纯度为 99 9 v 的氢 rs h2 r h2s h2s zn o zns h2 o r h2 o ch4 co co2 ch4 h2 o 3 h2 co q co h2 o h2 co2 q 3 生产装置工艺流程详述 本装置设计原料主要是重整拔头油 工艺流程大致可分为五部分 设计条件 1 原料脱硫部分 分 a b 两系列 以 a 系列为例 下同 40 的重整拔头油自装置外进原料缓冲罐 d 101 经原料泵 p 101 1 升压至 4 0mpa 升 压后的原料油与从配氢压缩机 k 101 1 来的 3 9mpa 的氢气 或 ards 装置干气 富氢 混合 进入中变气 原料油蒸发器 e 104 管程 换热至 360 后进加氢反应器 r 101 入口 12 压力 约 3 35mpa 在加氢反应器内将原料中的有机硫转变成无机硫 同时将原料中的少量 烯烃 饱和 r 101 出来的约 3 25mpa 360 的加氢后的气体进入两台串联的氧化锌脱硫反应 器 r 102 1 2 设计流程中考虑了两台反应器可串 可并的操作 经氧化锌脱硫后的气体 中 含硫量由约 100ppm v 降至 0 3ppm 以下 出口气体压力为 3 15mpa 2 转化及变换部分 经脱硫合格的气体 烯烃含量 1 v 以下 含硫量 0 3ppm 以下 与 3 50mpa 蒸汽 混合后进入转化炉 f 101 原料预热段 正常操作水 碳比控制在 3 7 4 1 mol mol 进 入原料预热段前温度为 415 经预热段后温度为 500 压力为 3 05mpa 进入转化 炉 f 101 辐射段 转化段 转化管内上下分别装有 z 402 z 405g 催化剂 各装一半 转化炉出 口 1 温度 725 800 压力 2 70mpa 绝 碳空速约为 890 时 残余甲烷含量 3 7 v 自转化炉管出来的转化气 经转化气废热锅炉 er 101 回收热量 转化气温度由 800 降至 350 370 进入中温变换反应器 r 103 选用 b 113 催化剂 开工初期催化剂活 较好 温度控制在低限约 340 末期可提高到 380 出口温度 420 co 含量 1 3 干 自 r 103 出来的中变气经 e 104 中变气 原料油蒸发器 e 103 1 0mpa 蒸汽过热器 er 102 1 0mpa 蒸汽发生器 e 102 1 2 中变气 除氧水换热器 换热至 164 进入 d 111 中变气第一分液罐 将冷凝液分离后进入 e 101 中变气 除盐水换热器 出口温 度 146 进 d 112 中变气第二分液罐 分出冷凝液后 经 ec 101 1 6 中变气空冷器 及 d 113 中变气第三分液罐 分液后进入 e 105 中变气水冷器 冷却至 40 经 d 114 中 变气第四分液罐 分液后进入 psa 系统 3 转化及变换部分所用锅炉水及蒸汽系统 锅炉用除盐水自外部送来经 e 101 温度升至 104 进入脱氧槽 d 108 用泵 p 102 1 锅 炉给水泵 抽出进入 e 102 1 2 出口温度 180 分成两部分 一部分进入低压汽包 d 107 及 er 102 发生 1 0mpa 蒸汽 蒸汽再经 e 103 过热至 250 进入 1 0mpa 蒸汽管网 另 一部 分直接进入中压汽包 d 103 及转化炉废热锅炉 er 101 转化气废热锅炉和烟道气废热 锅炉 均为自然循环式 产 3 50mpa 243 的饱和蒸汽自汽包引出进入转化炉 f 101 的蒸汽 13 过热 段 过热至 435 后分成两部分 一部分 46 04t h 与原料气混合 另一部分作为外 供蒸 汽出装置 4 氢气净化部分 两个系列合用一套 自 a 系列 b 系列来的中变气混合后进入 psa 系统 进口压力为 2 1mpa 氢气回收率 88 出口气体即为产品氢气 其余为尾气 尾气去两列转化炉用于燃料 不足的用瓦斯 燃 烧后的烟道气放大气 具体情况见表 一 5 酸性水处理系统 自中变气第一 二 三 四分液罐分出的 co2 酸性水 两系列合在一起 进酸性水汽提 塔 c 101 用 1 0mpa 蒸汽汽提后进 e 108 酸性水 热水换热器 冷却至 80 进泵 p 104 升 压后进 e 107 酸性水冷却器 降温至 40 送往全厂脱盐水罐 psa 工艺原理 变压吸附工艺是一个物理吸附的过程 以氢和氦为代表的具有高挥发性低极性分子 与 其它分子如 co2 co n2 烃类相比 没有吸附性能 由此绝大多数的杂质在粗氢原料中被选择吸 附 从而得到 高纯度的产品氢 2 1 概述 变压吸附工艺工作于两个不同的压力等级 吸附杂质是在高压下完成的 杂质被吸附在吸附剂上 解吸或再生是在低压下完成 以便尽可能降低杂质在吸附剂上的吸附 从而达到高的 产品氢纯 度 psa 在吸附与解吸时 吸附剂上承载的杂质数量相差越大 psa 的氢收率越高 此工艺过程在常温下进行 再生步骤无须热量 因为吸附过程只有少量放热 解吸和泄 压过程中有 少量吸热 所以整个工艺过程只有轻微的温度变化 吸附剂不会因为热量的影响而导致 失活 所以 会有极长的使用寿命 2 2 吸附和再生循环周期 pressure swing adsorption psa 装置是为连续提纯粗氢而设计的 尽管 psa 工艺 过程从表面 上看是连续的过程 实际上它是由多个并列运行步位组成的不连续过程 总而言之 每 一个吸附器 都按照一定的规律循环进行 以完成变压吸附工艺过程 变压吸附工艺过程基于两个基 本步骤 吸 附和解吸 而解吸步骤是由一连串子步骤组成 由高压过渡到低压 泄压 提供吹扫 和 排放 在低压下 吹扫 由低压转换到吸附压力 升压 吸附分离工艺是连续提供产品氢的过程 它是由多个装满吸附剂的压力容器 相互连接 的管道以及 14 各自的控制阀组成 在操作过程中 至