20000NM3 h干气制氢装置操作规程

1、山东天宏新能源化工有限公司20000nm3/h干气制氢装置操作规程山东天宏新能源化工有限公司2011年8月30日目 录第一章 装置概述第一节 装置概况 4页第二节 工艺技术特点 4页第二章 制氢工艺原理第一节制氢工艺原理 6页第二节制氢化学反应机理 7页第三节 psa变压吸附原理 7页第三章 生产工艺过程第一节.装置工艺流程简述 8页第二节.装置物料平衡及工艺操作条件 13页第三节.催化剂、吸附剂性质及技术规格 15页第四章 装置生产工艺技术指标第一节.原材料及产品质量 17页第二节.生产过程气体性质，消耗 化验 19页第五章 装置正常操作第一节.装置压缩机、风机及锅炉给水泵操作法 23页第二

2、节.脱硫精制系统操作法 31页第三节.转化中变系统操作法 46页第四节.锅炉系统操作法 55页第五节.系统操作法 63页第六章 装置正常开工第一开工前准备工作 79页 第二开工步骤 80页第七章 装置正常停工第一停工前准备工作 88页第二停工处理注意事项 87页第三停工步骤 87页第八章 装置主要控制及连锁自保第一节. 装置主要控制回路 90页第二节. 装置连锁自保 94 页第九章 新装置气密与催化剂装填第一节. 装置气密方案 96页第二节. 催化剂的装填 100页第十章 事故处理 第一. 停电事故处理 107页 第二. 停风事故处理 109页 第三. 停水事故处理 111页 第四. 停瓦斯事

3、故处理 112页 第五. 重大工艺、设备故障紧急处理 113页第十一章 安全技术知识 1. 概述 117页 2. 氢气的基本性质 118页 3. 系统的安全设施 118页 4. 氢气系统安全运行要点 118页 5. 消防 119页 6. 安全生产注意事项 119页 第十二章 生产工艺技术问答 120页附图 附表 140页1 制氢装置工艺控制流程图2 制氢装置设备一览附表3 制氢装置设备平面图第一节.装置概况20000m3n/h干气制氢装置由海工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/

4、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。第二节.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

5、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，

6、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

7、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

8、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。第二章 制氢工艺原理第一节 工艺原理制氢工艺采用轻烃蒸汽转化法制氢。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。制氢工艺过程：1、原料气净化是原料气进入精制系统加氢

9、、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

10、。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。第二节. 制氢的反应机理1、 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

11、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+h202、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+h2 3、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+h2第三节.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

12、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: h2n2coch450n/粒7050n/cm40活性组分co moco mo nizno比表面积4030使用空速1000150050015001000300010003000使用温度220400220400100400200400使用压力1.85.01.05

13、.0常压4.0常压4.0一次装入量7.5t(9.3米3)8.0t(10米3)6t (6m3)米24.1t (20.1米3)使用设备r-2204r-2201r-2202r-2202生产厂家西北化工研究院西北化工研究院西北化工研究院西北化工研究院2. 转化中变催化剂催化剂名称转化催化剂中变催化剂型号z417/z418b113外观灰黄色/浅灰色黑褐色园柱规格1647/16416957堆密度0.951.1/0.901.11.31.4侧压强度200n/颗/400n/颗200n/cm活性组分niofe2o3、cr2o3比表面积40使用空速50010004002500使用温度840300500使用压力mpa

14、常压6.00.18.0一次装入量10t(9.6米3)25.7t18.1米3)使用设备f-2202r-2203生产厂家齐鲁石化公司研究院辽河化肥厂催化剂厂3.吸附剂类型规格 活性氧化铝细孔硅胶活性炭 co吸附剂分子筛型号hx-01hx-02hx-xbhx-cohx-10x 外观白色球体无色透明球体黑色柱状黑色球体黄色球体 规格35241.52231.62.5 密度0.530.580.78单塔装入量0.25t (0.36m3)0.25t (0.36m3)4.83t (7.55m3)0.55t (0.85m3)3.5t (4.49m3)总装入量2t (2.88m3)2t(2.88m3)38.6t (

15、60m3)4.4t (6.8m3)28t (35.8m3)吸附塔下部吸附塔中下部吸附塔中部吸附塔中上部上部吸附h2o吸附h2o,co2吸附co2，ch4吸附co2,co吸附co,n2,ch44 . 瓷球填料名称活性氧化铝惰性氧化铝填料型号tl-01tl-02金属外观白色球形白色球形白色规格351538380.7填密度t/m30.71.60.281al2o3%含量404040使用温度600600(cr18ni9)使用设备t4101a-hr-2201、4002ab、r-2203t4001第四章 装置生产工艺指标第一节 .原料性质及产品质量1. 原料部分原料干气组成序 号组 成催化干气v%1水0.7

16、442氢气26.7543甲烷26.7114乙烷10.425丙烷0.7016正丁烷0.1007异丁烷1.3038异戊烷0.3019乙烯13.22610丙烯1.80411二氧化碳2.70512氧1.00213氮14.22914硫化氢20ppm15总硫15016合计100m平19.4总碳0.886 开工用氢装置开工用氢采用液氨热分解制取。在转化催化剂还原时用注液氨分解制氢来解决转化开工用氢问题。除盐水水量及达到质量指标项目一级产水量二级产水量一级脱盐率二级电导率硫酸盐氯化物铅砷指标200m3/h170m3/h97%10s/cm0.2ppm0.2ppm0.2ppb0.2ppb 转化配汽转化炉所配蒸汽来

17、源于本装置余热锅炉所产3.5mpa蒸汽，蒸汽参与转化反应，属原料蒸汽。 蒸汽质量指标项目po4-1cl-1钠含量sio2指标5-15mg/l2mg/l15mg/l20mg/l2. 主要产品规格工业氢质量指标组成h2ch4n2co+co2含量%99.90.120ppm分子量2.0161628脱附气序号组分名称脱附气1水0.9352氢气19.3673甲烷11.6524一氧化碳7.2295二氧化碳49.3676氮气10.6317氧气0.7498合计1009压力 mpa0.0310温度4011流量nm3/h11433m平29.4脱附气为psa的解吸气，该解吸气全部作为转化炉的燃料第二节生产过程气体性质

18、、消耗、化验.生产过程气体性质生产动态生产过程压力、温度流量动态表操作条件装置单元压力（mpa）温度流量（kg/h）/（nm3/h）d-2201出口0.5408524nm3/hf-2201出口3.052508524nm3/hr-2204出口3.03270r-2201出口3.01373r-2202出口2.99340蒸汽配入3.544021299kg/hf2202对流段出口2.84500f-2202辐射出口2.5484046220nm3/he-2201出口2.5360r-2203出口2.4742446220e-2202出口2.44185e-2203出口2.38165e-2204出口2.35152e

19、c-2201出口2.3260e-2205出口2.2540第四分水罐口2.24031433除氧器入口0.4100气体性质 生产过程气体性质气体名称催化干气转化气中变气中变气组成v%v%(湿)v%(湿)v%(干)组分h2o0.74438.16032.224co7.7241.7882.638co26.27512.21118.017氢气26.75442.14448.0873.939甲烷26.7112.8822.8824.253乙烷10.42丙烷0.701正丁烷0.100异丁烷1.303正戊烷0.301异戊烷0.01正已烷乙烯13.226丙烯1.804氧2.7050.1850.1850.273氮1.00

20、22.6302.6303.880硫化氢14.229总硫150合计100100100100分子量19.413.90813.90813.908流量kg/h7380286792867928679流量nm3/h8524462204622046220 总碳 0.886. 装置消耗指标公用工程消耗表序号名称单位数量备注1焦化干气nm3/h8524连续2燃料气nm3/h2150连续3循环水t/h163连续4新鲜水t/h2连续除盐水t/h27.7连续5生活水t/h2间断6电（10000v）kva/h810连续380vkva/h418.9连续220vkva/h53.2照明仪表7非净化风m3/h400间断8净化风

21、t/h300连续91.0mpa蒸汽t/h1.6外输1.0mpa蒸汽t/h10消防吹扫伴热间断10氮气nm3/h07000气密置换、开停工间断. 生产控制分析表序 号分析项目分析次数控制指标备注1原料气体组成2次/班含硫ppm(v)2次/班烯烃%(mol)2次/班2r-2202出口含硫ppm2次/班0.2ppm烯烃%(mol)2次/班1%3转化气组成2次/班ch45%(mol)4中变气组成2次/班co3%(mol)5氢气组成2次/班co+co220ppm6解吸气组成2次/班7中压蒸汽：钠含量sio21次/天15ug/kg20ug/kg8给水硬度1次/天1.5u mol/l渗解氧1次/天15ug/

22、l铁1次/天50ug/l铜1次/天10ug/lph1次/天8.59.2油1次/天9.0po4-31次/天5-15 mg/lcl-11次/天4 mg/l10酸性水入口1次/天酸性水出口1次/天co21次/天10ppm11除盐水电导率1次/天10s/cm除盐水氯离子1次/天0.2ppm除盐水硫含量1次/天0.2ppm除盐水砷含量1次/天2ppb除盐水铅含量1次/天2ppb 开工分析项目表序号分析项目分析次数控制指标备注1置换氮气氧含量抽查0.2%烃抽查无2置换系统气:氧含量抽查0.2%3开工用氢气组成4次/班4硫化循环气h2s含量抽查1005000ppm催化剂氢硫化4转化中变还原入口4次/班催化剂

23、氢还原h2%转化中变还原出口4次/班催化剂氢还原h2%5循环氮o2%4次/班催化剂干燥烃抽查无6燃料组成抽查7炉膛气体:爆炸试验抽查合格第五章 装置正常操作第一节 装置主要动设备操作法一 、原料气压缩机(由维坊生建集团压缩机厂制造)1.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

24、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kg169002. 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 45水压：正常0.2mpa 0.2mpa 主电机不能启动。排气压力：4.0mpa发讯报警。 4.1 mpa联锁停机。报警值：a 油压低 0.15mpab 压差大 0.05mpac油温高 60d 原料机一级排气温度 140二级排气温度

25、140报警。 排气温度 150联锁停机。g主电机定子温度高 110h 主电机轴承温度高 703.原料气压缩机机组结构 主机部分机身（内有曲轴、两端轴承、连杆、大头瓦）中体（内有十字头、十字头连节器、小头瓦、上下滑履、滑履注油孔、刮油环）气缸（内有活塞、活塞杆、密封填料、出入口气阀）压力润滑油路：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油管滑道十字头衬套钻孔连杆小头瓦连杆大头瓦曲轴箱。润滑油部分稀油站结构： 油箱、油泵、过滤器、冷却器、注油管、回油管。润滑部位： 曲轴两端轴承、上下滑履。主电机部分电机定子、转子、轴承、风轮 测温电偶 联轴节。4.压缩机开、停、切换步骤开机条件10

26、000v高压电送至开关柜。气缸冷却水送至机前。主机检修后试运合格。仪表调校合格。密封冷却水送至机前。开机步骤：机体氮气置换。气缸、稀油站给冷却水。用电动盘车对压缩机盘车36圈。开压缩机出口放火炬阀。启动润滑油泵，油压调至0.250.35mpa。一回一、二回二保持一定开度。启动主电机。缓慢开压缩机入口阀，关放火炬阀，开压缩机出口阀。根据一级缸出口温度调整一回一阀，根据二级缸出口温度调整二回二阀。停机步骤：开大一回一阀、二回二可降负荷（调压缩比）。缓慢关闭压缩机入口阀。机体泄压放空。停主电机。关闭压缩机出口阀。停润滑油泵。用电动盘车对压缩机盘车36圈。停冷却水。换机步骤：（a机换至b机）b机按开机

27、步骤已开机运转（无负荷）。缓慢开b压缩机入口阀,同时缓慢关a压缩机入口阀。调整b机一回一阀、二回二阀运行。开大a机一回一阀、二回二阀降负荷。a机机体泄压放空。停a机主电机。关闭a压缩机出口阀。停a机润滑油泵。a机盘车360度。停a机循环水。5. 压缩机故障及处理序号压缩机故障故障原因处理办法 1 一 二级气缸温度高气缸夹套冷却水不畅 注入新鲜水冲洗 2一 二级气缸出口温度高一 二级气缸压缩比大 调整一回一、二回二 3 气缸出入口气阀温度高 气阀阀片坏 更换阀片 4 气缸气阀突然吱吱响声 脏物冲击阀片造成 清扫过滤器 5 压缩机排量突然下降 气阀阀片坏 更换阀片 6 压缩机排量突然下降一回一、二

28、回二阀开度过大调整一回一、二回二阀开度 7 压缩机排量突然下降压控阀突然开大调整压控阀开度 8 润滑油温度高冷却器堵塞 处理冷却器 降低油温 9润滑油泵出口压力上升 过虑器堵塞 切换过滤器并处理 10润滑油压力下降 油温高 油泵故障 处理冷却器 处理油泵 11辅助油泵不能启动 油压联锁失灵调整联锁自保系统 12 气缸密封温度高 冷却水不畅 处理密封冷却水孔 13 机体泄压不止 出口单项阀漏处理出口单项阀 14 压缩机盘不动车密封过紧、活塞涨圈过厚处理密封、涨圈 15 压缩机不能盘车360 汽缸有异物处理汽缸 取出异物 16 气缸震动，有响声 活塞与汽缸间隙过小调整间隙 17 上下滑履来油少 油

29、路不畅 处理油路 18 曲轴两端轴承温度高 油路不畅 润滑不好处理油路 19 压缩机出口压力下降 入口过滤器堵塞 清扫入口过滤器 20 主电机轴承温度高 轴承润滑脂减少注入润滑脂6. 压缩机紧急停车： 主电机冒烟着火。 压缩机严重超压。 压缩机强烈震动。 压缩机严重泄漏。压缩机异响二 空气鼓风机和引风机操作法1 风机技术参数 风 机 名 称鼓 风 机 引 风 机型 号g6-41 y4-73 风量 nm3/h 976918137 1615630993 风压 pa 33912535 1303868 操作温度 80 250 转数 转/分 1450 1450 电机型号 yb2-180m-4 yb2-1

30、60l-4 功率 kw 18.5 15 生产厂家临沂市风机厂临沂市风机厂2.开车前的准备工作a) 检查各部连接螺丝；b) 检查润滑油油量、质量是否合乎要求；c) 确保冷却水系统畅通好用；d) 确保电气、仪表灵敏好用；e) 盘动主轴转子和固定部分无摩擦、轻重一致时装好叶轮防护罩，检查调节碟阀灵活好用并关闭入口碟阀；f) 联系电工送电准备开车。3 开车a) 按启动按钮，当出口风压、风量及电流符合要求时，逐渐打开入口调节碟阀;b) 随后应检查轴承温度，滑动轴承温度65，滚动轴承温度70;c) 检查各管路、轴承及壳体连接处应不漏气、不漏油，检查机体和机座振动情况。4 停车 应先关出口或入口调节碟阀，而后按停车按钮； 随后关上冷却水，冬天水阀保持一定开度防冻。5. 正常维护 a) 按巡回检查制，按时认真做好检查；b) 检查各轴承温度