制氢技术问答

1、目目 录录第一章 装置基础部分.4第二章 理论与基本概念部分.13第三章 操作部分.20第四章 变压吸附部分.44第五章 锅炉部分.53第六章 转化炉部分.66第七章 催化剂部分.78第八章 压缩机部分.86第九章 机泵、冷换设备、鼓风机、引风机.107第十章 本装置仪表控制系统.114第十一章 安全部分.146 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答1第一章第一章 装置基础部分装置基础部分1.本装置的设计规模？本装置的设计规模？本装置由两个相同的单系列组成，规模为 2100，000Nm3/h。引进德国 Uhde 公司的专利技术，采用烃类蒸汽转化法造气、PSA 净化提纯的工艺

2、路线，装置操作弹性为 60%110%，其中 PSA 操作弹性为 30%110%。2.本装置包括哪几大部分？本装置包括哪几大部分？主要由八大部分组成：炼厂气压缩部分；原料加氢精制/脱硫部分；预转化部分；转化及余热回收部分；高变气换热冷却及分水部分；PSA 提纯部分；锅炉给水蒸汽发生部分；公用工程部分。3.本装置的原料及产品？本装置的原料及产品？本制氢装置的原料为天然气和饱和炼厂干气，装置所配蒸汽为来自系统管网的3.5MPa 蒸汽与利用工艺冷凝水发生的自产中压蒸汽。产品为纯度 99.9%以上的氢气，副产的尾气进转化炉做燃料气，副产的 9.8MPa 高压蒸汽并入系统管网。4.本装置原料天然气的工况及

3、组成？本装置原料天然气的工况及组成？温度：40，压力 4.0MPa（G） ，成分组成（v%）成分组成（v%）CH488.79C2H67.54C3H82.58C4H101.01C5H120H2O0N20.07H2H2S50mg/Nm35.本装置混合原料气的工况及组成（本装置混合原料气的工况及组成（50天然气天然气50饱和炼厂干气）？饱和炼厂干气）？ 温度：100，压力 4.0MPa（G） 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答2成分组成（v%）成分组成（v%）CH451.69C2H616.51C3H86.26C4H102.89C5H121.39N20.04H221.21H2O0

4、.006.尾气的工况、组成及去向？尾气的工况、组成及去向？尾气压力一般在 0.02MPa0.05MPa，温度在 30左右，去往转化炉做燃料气。成分组成（v%）成分组成（v%）CH413.01C2H60.632C3H80.769n-C4H100.619i-C4H100.058n-C5H120.042i-C5H120.135n-C5H140.001n-C7H160.129CO8.308CO248.422H227.367.本装置产品氢的工况、要求、组成及去向？本装置产品氢的工况、要求、组成及去向？温度：4045 压力：2.4MPa（G）其中要求 CO+CO210ppm（v） ； H299.9% （v

5、） CH40.1%（v%）产品氢进 1#管网，1#氢气管网供氢来源为制氢装置和炼厂低分气 PSA 回收氢气，主要为蜡油加氢裂化装置供氢。硫磺回收和烷基化装置的少量用氢，也由该管网提供。8.高变气的组成？高变气的组成？ 高变气出 D-105 温度：40，压力：2.68MPa（G）成分组成（v%）CH45.15CO3.57CO217.04H274.23N20.01 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答39.氢气的性质？氢气的性质？氢气是一种无色无味的气体，在通常情况下其密度约为空气的1/13。气态氢的物理性质：1 名称 氢 2 化学式 H2 3 CAS 注册号 1333-74-

6、0 4 相对分子质量 2.016 5 熔点 13.95K,-259.2 ,-434.56oF 6 沸点， 101.325 kPa 20.39K,-252.76 ,-422.97oF 7 临界温度 33.18K,-239.97 ,-399.95oF 8 临界压力 1.31MPa,13.13bar,12.96atm,190.43psia 9 临界体积 64.15cm3 / mol 10 临界密度 0.0314g/cm3 11 临界压缩系数 0.305 12 偏心因子 -0.220 13 液体刻密度 ,-250 时 0.067g/cm3 14 液体热膨胀系数 ,-250 时 0.02091/ 15

7、表面张力 ,-259 时 2.99 10-3 N/m,2.99dyn/cm 16 气体密度 ,101.325 kPa(atm)和 70 oF(21.1)时 0.083kg/m3 ,0.0052lb/ft317 气体相对密度,101.325 kPa(1atm)和 70oF 时(空气=1) 0.07 18 汽化热 , 沸点下 228.17kj/kg,98.11BTU/1b 19 熔化热 , 熔点下 58.04kj/kg,24.96BTU/1b 20 气体定压比热容 cp ,25 时 14.268kj/(kg k),3.41 BTU/(1bR) 21 气体定容比热容 cp ,25 时 10.144k

8、j/(kg k),2.424BTU/(1bR) 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答422 气体比热容比 , cp/ c v 1.407 23 液体比热容 ,-253 时 9.457kj/(kgk ),2.26BTU/(1bR ) 24 因体比热容 ,-260 时 2.842kj/(kgk ),0.679BTU/(1bR ) 25 气体摩尔熵 ,25 时 130.57j/(molk ) 26 气体摩尔生成熵 ,25 时 0j/(molk ) 27 气体摩尔生成焓 ,25 时 0kj/mol 28 气体摩尔吉布斯生成能 ,25 时 0kj/mol 29 溶解度参数 6.648

9、(j/cm3 )0.5 30 液体摩尔体积 28.604cm3 /mol 31 在水中的溶解度 ,25 时 1.5310-6 ( ) 32 辛醇 -水分配系数 ,lgKow -33 在水中的亨利定律常数 ,25 时 7177 MPa/x,70832.1 atm/(x) 34 气体黏度 ,25 时 88.05 10 -7 Pa s,88.05P 35 液体黏度 ,-250 时 0.011 MPa s,0.011cp 36 气体热导率 ,25 时 0.17064W/(m k) 37 液体热导率 ,25 时 0.1314 W/(m k) 38 空气中爆炸低限含量 4%( ) 39 空气中爆炸高限含量

10、 75( ) 40 闪点 - 41 自燃点 400 ,752oF 42 燃烧热 ,25 (77oF)气态时 119950.4kj/kg,51578.7BTU/1b 氢气能和很多物质进行化学反应，在进行化学反应生成的化合物时，与其它原子形成共价键。氢原子失去其 1s 轨道上的电子就成为 H+离子，实质上就是氢原子核或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是和别的原子或分子结合在一起形成新的物质。如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反应。如甲烷化反应：CO24H2CH42H2O。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答510. 氢气主要有哪

11、些制造方法？氢气主要有哪些制造方法？氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造及氢气提纯。根据氢气的用途不同，采用不同的制造工艺，得到不同纯度的氢气。制造含氢气体的原料，目前主要是碳氢化合物，包括固体（煤） 、液体（石油、水）及气体（天然气、炼厂气） 。水是制造氢气的另一种重要原料，可以采用单独从水中制取氢气，如：电解水，也可以用水与碳氢化合物相结合反应制得氢气。（1）煤的高温干馏法：即煤在隔绝空气的条件下在焦炉中加热到 9001000，得到主要产物焦碳，同时，还副产许多炼焦化学产品，如煤焦油、粗苯、氨及焦炉气等。焦炉气中含有大量氢气，一吨原料煤可得焦炉气(STP)为 300350m3。焦炉气中氢气

12、占 5566%( v)。焦炉气在 20 世纪 50 年代以前是获取氢气的主要来源之一。（2）部分氧化法：它是以烃类（主要为渣油或焦炭）为原料制取含氢气体的方法之一。烃类与水蒸汽反应可制得氢气。该反应为强吸热反应，反应所需热量采用由燃烧部分原料供给，故称之为部分氧化法。当以天然气为原料时，加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为 CO2和 H2O 并放出大量的热。CH42O2=CO22H2O1802 kJ。在高温及水蒸汽存在下，CO2及水蒸汽可与未燃烧的 CH4反应，得到主要产物CO 及 H2，燃烧所得 CO2不多，反应为强吸热反应。CH4CO2=2CO2H2206kJ；CH4H2O=CO3H2247

13、 kJ；综合上述两个反应式则：CH40.5O2CO2H2（3）烃类水蒸汽转化法：该方法是在有催化剂存在下进行的，烃类与水蒸汽反应生成 CO 和 H2。所用原料主要是天然气，亦可用炼厂气、丙烷、丁烷、液态烃、轻石脑油和重整拔头油，其与水蒸气反应生成 CO 和 H2。或者先经过预转化反应把烃类分解成甲烷，再与水蒸气反应生成 CO 和 H2。（4）炼厂低浓度氢气回收：炼厂气来源于各石油加工过程，在石油炼制过程中副产气中含有不同浓度氢气组分，如催化裂化、热裂化、焦化、加氢裂化及催化重整等过程产生的含氢气体，经过提纯之后可得到氢气。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答611. 氢气

14、提纯主要有哪些工艺？氢气提纯主要有哪些工艺？氢气提纯的主要工艺有三种：变压吸附（PSA） 、膜分离和深冷分离。这些工艺技术各自都基于不同的分离原理，因而其工艺技术的特性各不相同。在实际设计工作中，选择合适的氢提纯方法，不仅要考虑装置的经济性，也要考虑很多其他的影响因素，如工艺的灵活性、可靠性、扩大装置能力的难易程度、原料气的含氢量以及产品氢气纯度、杂质含量等等。12. 适用于水蒸汽转化法制氢的烃类原料有哪些？适用于水蒸汽转化法制氢的烃类原料有哪些？ 适用于水蒸汽转化法制氢的烃类原料大体分为气态烃和液态烃。（1） 气态烃包括天然气、液化石油气和各种炼厂气。天然气一般包括油田伴生气和油田气，其主要

15、成份是甲烷，以及乙烷、丙烷等低级烃类。液化石油气是由丙烷、丁烷为主要成份组成的烃类，来源有两种,一种是油田和天然气田伴生出来的天然液化气，另一种是炼油厂和石油化工厂生产的液化石油气。炼厂气是指原油在加工过程中副产的各种气体，如催化裂化干气、焦化干气、加氢裂化干气等，组成变化较大。其中含有大量烯烃的炼厂气不宜直接用作蒸汽制氢。（2）液态烃包括直馏石脑油、抽余油、拔头油以及二次加工油，直馏石脑油是原油常压蒸馏所得 220以下的组分；抽余油是重整抽余油其干点一般在 130150；拔头油一般也是重整拔头油，为 C5以下的烃类。二次加工油是指经过裂化、焦化等二次加工重油得到的轻油，这部分油经加氢处理后，

16、才能作为蒸汽制氢的原料。13. 蒸汽转化制氢原料选择有哪些基本原则？蒸汽转化制氢原料选择有哪些基本原则？（1）首先选用烯烃、芳烃和环烷烃含量低的原料，因为同碳数烃类的积碳倾向是：烯烃芳烃环烷烃烷烃；（2）优先选用较轻的原料；（3）优先选用低毒原料，如低硫、低氯的原料。14. 目前国内制氢，针对不同原料一般采取哪几种原料净化工艺？目前国内制氢，针对不同原料一般采取哪几种原料净化工艺？根据制氢原料的特点，为满足制氢催化剂的要求，其原料预处理主要为脱硫、烯烃饱和和脱氯。工艺主要有 4 种：（1） 直接氧化锌吸附流程若原料中基本不存在有机硫，即使存在也是较为简单的如 COS 等形态的有 惠州炼油项目制

17、氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答7机硫，可以不必设加氢反应器或加氢床层而直接设氧化锌脱硫反应器。适用于此流程的原料主要有加氢装置和重整装置的经过湿法脱硫后的干气和一些含硫量较低的天然气。（2） 加氢脱硫复合床流程此流程是将加氢催化剂与脱硫催化剂置于同一台反应器中，加氢催化剂直接置于脱硫催化剂床层的上部，原料中的简单有机硫在加氢催化剂床层中加氢氢解为硫化氢，在随后的氧化锌床层中吸附脱除。这种流程比较适合于含有一定量的有机硫但硫形简单的制氢原料，如一些天然气以及重整或加氢装置的轻质石脑油。（3） 绝热加氢流程绝热加氢流程是制氢装置最常用的原料净化流程。将加氢催化剂和氧化锌吸附剂分别放在不

18、同的反应器中，有机硫在加氢反应器中氢解为硫化氢后，再在随后的脱硫反应器中吸附。加氢催化剂和氧化锌脱硫剂分别装填于独立的反应器中，较好的解决了两种催化剂寿命不匹配和加氢催化剂预硫化问题。（4） 两段加氢流程如果原料中的烯烃含量较高（大于 10） ，且没有其它原料进行调和使得原料中的烯烃含量下降，可采用等（变）温加氢串联绝热加氢的两段加氢流程。其适用于烯烃含量较高的催化或者焦化干气。15. 本装置设计的整体技术特点具体体现在哪里？本装置设计的整体技术特点具体体现在哪里？ 工艺路线的选择上有以下几个特点：（1） 原料适应性强 装置设计原料为天然气和饱和炼厂气，可适应从全部天然气原料到最大量使用饱和炼

19、厂气之间的任何操作工况，并可随饱和炼厂气量的变化自动调整操作参数。（2） 综合能耗低。（3） 其他技术特点采用顶烧式转化炉，全冷壁转化炉出口系统，技术先进、可靠。采用卧式布置、模块式转化炉对流段，质量可靠，施工简单，维修方便。增加深度脱硫催化剂，更好的保护预转化、转化催化剂，延长催化剂使用寿命。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答8工艺气冷却器的工艺气出口温度由通有冷却蒸汽的挡板调节，延长设备的使用寿命；转化气采用两段串联换热降温，降低工艺气冷却器的设计制造难度。采用除盐水高压除氧（压力 0.3MPag） ，确保锅炉给水的质量。配置先进的自动控制系统和完备的联锁保护系统，

20、实现装置高度自动化的操作，确保装置的安全可靠。16. 本装置在设计中突出的节能措施有哪些？本装置在设计中突出的节能措施有哪些？（1）采用预转化工艺。采用预转化工艺使得进入转化炉的进料组成变得简单（不含 C1以上的烃类） ，从而可以采用更低的转化水碳比（2.6）和更高的转化进口温度（630） ，有效降低能耗。（2）充分利用装置中的热源。利用装置余热发生蒸汽、预热锅炉给水，预热除盐水等，转化炉排烟温度降到 150，高变气进空冷温度降到 140。（3）工艺冷凝液有效回用。工艺冷凝液在转化炉对流段及高变气蒸汽发生器中汽化，所产蒸汽全部用作本装置内的工艺蒸汽，真正实现了工艺冷凝液的充分回用。（4）产高能

21、位的 9.8MPa 高压过热蒸汽，能量利用更合理。（5）为了尽可能减少装置内自用高压蒸汽消耗，降低能量损失，使用从蜡油加氢装置高压汽轮机出口来的中压蒸汽作为工艺用汽。（5）在装置内部采用除盐水高压除氧（压力 0.3MPag） ，确保锅炉给水的质量。利用装置的低温热预热脱盐水、发生除氧用蒸汽，回收装置余热，降低装置的能耗。（6）一氧化碳变换部分采用高温变换流程，以降低装置投资，简化制氢流程，缩短开工时间。（7）氧化锌脱硫反应器设置两台，既可串联又可并联，可使氧化锌充分利用，同时可实现不停工更换脱硫剂。（8）采用 PSA 净化工艺技术，简化了制氢装置流程，提高了氢气质量，降低了装置能耗。回收率较高

22、，可达 88以上。氢气纯度高达 99.9。17. 本装置本装置 PSA 部分的设计条件？部分的设计条件？氢回收率88（v）% 产品氢浓度99.9（v）% 产品氢压力 2.4 MPa（G） 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答9CO+CO2 10ppmv18. 本装置余热锅炉的组成部分？本装置余热锅炉的组成部分？在装置内分别设置了高变气余热锅炉（E-117）和转化气废热锅炉（B-102） 。转化气余热锅炉是一台卧式自然循环火管式余热锅炉，炉管采用材质为 11/4Cr-1/2Mo 的无缝钢管。炉体中间设置旁通管，转化气出口设置自动调节机构，以利于控制转化气出口温度，保证工艺操作

23、需要。余热锅炉两端内部采用浇灌耐热混凝土衬里。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答10第二章第二章 理论与基本概念部分理论与基本概念部分1.加氢反应的作用及反应式？加氢反应的作用及反应式？原料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。加氢就是要将有机硫化物转化为无机硫化物，即硫化氢，同时有机氯变成无机氯，即氯化氢，并将原料中其它杂质如砷、铅等部分脱除。下面以几种典型有机硫加氢反应为例： COS（硫氧化碳）+H2=CO+H2S+QRSH（硫醇）+H2=RH+H2S+QR1SSR2（二硫醚）+3H2=R1H+R2H+2H2S+QR1SR2（硫醚）+2H2=R1

24、H+R2H+H2S+QC4H4S（噻吩）+4H2=C4H10+H2S+Q式中 R, R1 ,R2代表烷基。2.氧化锌脱硫的作用及反应式？氧化锌脱硫的作用及反应式？氧化锌脱硫剂主要是其与有机硫化氢反应生成硫化锌，附带氧化锌与硫氧碳、二硫化碳、硫醇等有机硫化物的反应生成硫化锌，具体反应表述如下：ZnO+H2S=ZnS+H2O+76.62 kJ/mol（主要反应）ZnO+COS（硫氧化碳）=ZnS+CO2+126.40kJ/mol （附带微量反应）2ZnO+CS2（二硫化碳）=2ZnS+CO2+283.95kJ/mol （附带微量反应）ZnO+C2H5SH（硫醇）+H2=ZnS+C2H5+H2O+1

25、37.83kJ/mol （附带微量反应）ZnO+RSH=ZnS+ROH3.什么是氢碳比？什么是氢碳比？原料烃类中，平均氢原子数与平均碳原子数之比，即 H/C=m/n。氢碳比越高，则产氢量越大。4.什么是空速？什么是空速？空速是指单位时间、单位体积催化剂上所处理的原料量，单位一般是 h-1。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答115.脱氯反应的机理？脱氯反应的机理？若原料中的氯以无机氯（HCl）形式存在，则 HCl 和脱氯剂中的有效金属组分 M进行反应，生成稳定的金属氯化物被固定下来，反应方程如下：Mn+ +nHClMCln n=1、2、3 ； MO+2HClMCl2 +H

26、2O；若原料烃中的氯是以有机氯的形式存在时，则需在加氢转化催化剂如钴钼催化剂作用下将有机氯氢解为 HCl，然后用脱氯剂吸收，反应方程如下： RCln+nH2RHn+nHCl (R 为烷基)CH3Cl+H2=CH4+HCl； CCl4+4H2=CH4+4HCl；Mn+nHClMCln n=1、2、3；6.氧化锌脱硫剂的脱硫机理？氧化锌脱硫剂的脱硫机理？氧化锌之所以是一种高效脱硫剂是由于它和硫有很强的亲和力，生成硫化锌十分稳定。另外它通过吸收机理，在 200500范围内，氧化锌与硫化氢或简单的低分子有机硫化物的反应是一种吸收过程。ZnO+H2S=ZnS+H2O，该反应的热力学平衡常数很大，所以实际

27、上反应可认为是不可逆的。另一种是转化机理，即一些有机硫化物在一定的温度下由于氧化锌和硫化锌的催化作用而分解成烯烃和硫化氢，这个过程基本上是一个催化分解反应。在实际操作中究竟氧化锌和有机硫化物的反应以何种机理进行，不能轻易断定，因为随着反应条件和原料气的组成以及有机硫化物的类型不同会出现不同的情况。7.什么叫硫容？什么叫硫容？ 硫容就是每单位重量的脱硫剂所能吸收的硫的重量，如 20硫容就是每 100kg 新鲜脱硫剂能吸收 20kg 的硫，这叫重量硫容。或者用单位体积新鲜脱硫剂吸收硫的重量来表示硫容，称体积硫容。一般最常用的是重量硫容。8.什么叫饱和硫容？什么叫饱和硫容？饱和硫容是指在一定的试验条

28、件下，单位重量的脱硫剂所能吸收的最大重量的硫。即进脱硫剂和出脱硫剂的原料气中硫含量相等时，此时脱硫剂再不能吸收硫，卸下脱 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答12硫剂后所测定的硫容为饱和硫容。9.什么叫穿透硫容和理论硫容？什么叫穿透硫容和理论硫容？穿透硫容是指在一定的条件下，脱硫剂在确保工艺净化度指标时所能吸收的硫的重量。即当出口油气中硫含量出现大于工艺净化度指标时，立即卸下全部废脱硫剂取平均代表样测定的硫容为穿透硫容。理论硫容是指按其化学反应方程式计算出来的硫容，如氧化锌脱硫剂在脱除 H2S过程按下式进行反应：ZnO + H2S = ZnS + H2O ，从反应方程式来看

29、，一个氧化锌分子能脱除一个硫化氢的的硫，ZnO 的分子量为 81.38，硫为 32.06，则氧化锌的理论硫容（ 32.0681.38）脱硫剂中ZnO 含量0.394ZnO（w）10. 饱和硫容、穿透硫容和理论硫容的比较？饱和硫容、穿透硫容和理论硫容的比较？由于氧化锌脱硫剂中含有一定的添加剂、助剂和杂质，又由于脱硫剂孔结构和使用条件的限制因素，其实际的饱和硫容均低于理论硫容。总的来比较：穿透硫容 饱和硫容 理论硫容11. 计算脱硫剂使用年限及空速？计算脱硫剂使用年限及空速？一个以炼厂干气作制氢原料的装置，其干气流量为 5500m3/h，含硫 50ppm（v） ，氧化锌脱硫剂的硫容按 30%计算，

30、堆积重度 1100kg/m3，现在脱硫剂装填量为 30 m3 ，预计可用多长时间？空速是多少？ 答: 一年按 8000h 计，总流量为：（8000550050/1000000/22.4）32 = 3142（kg/a） 30m3脱硫剂可以回收的总硫量为：3011000.3 = 9900（kg）使用期限 = 9900/3142 = 3.15 年3 年空速= 5500/30 183 h-112. 干点小于干点小于 220的转化原料和干点大于的转化原料和干点大于 200的转化原料的转化反应机理？的转化原料的转化反应机理？烃类蒸汽催化转化是制取工业氢气的最主要的方法。液态烃蒸汽转化是泛指组成C3以上的基

31、本上不含烯烃的各种石油烃类的转化。它是在常温常压或不太高的压力下呈液态的烃类，其中最常用的是各种不同馏程的轻油或石脑油。一般认为适合于蒸汽转化的石脑油干点小于 220，其组成可以用通式 CnHm表示。由于碳原子数较多，液态烃蒸汽转化反应是很复杂的。从蒸汽转化角度看，液态烃比起甲烷更容易转化。然 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答13而有些液态烃组成更复杂，特别是干点较高的石脑油组成更复杂，含有直链烷烃、环烷烃和芳烃。转化过程中，一方面这些烃类与水蒸气发生催化转化反应，另一方面烃类还会发生催化裂解反应和均相热裂解反应。（一般炼油行业制氢所用轻石脑油的干点均在 180以下，原

32、料很容易获得）除甲烷以外，一般烃类的干点在 200以上，其分解反应的自由能均为负值，而一般工艺装置上，水蒸汽转化炉管内催化剂床层的温度是 450800，所以裂解反应很容易发生。大量裂解产物经过进一步的聚合、芳构化和氢转移等反应都会导致结碳。所以液态烃蒸汽转化催化剂必须具有良好的抗积碳性能，这是催化剂能否正常使用的关键，也是液态烃蒸汽转化催化剂和以甲烷为主的气态烃（裂化干气、焦化干气）蒸汽转化催化剂的最基本的差别。13. 制氢的转化反应过程？制氢的转化反应过程？烃类蒸汽转化是制氢工艺中最为重要部分，工艺条件苛刻，投资大，占制氢能耗90%。选择好的工艺条件、优化操作，是提高装置效益的关键步骤。烃类

33、蒸汽转化是属于气-固相催化强吸热反应；除了反应外，还需外部供应大量热量，由转化炉内燃料燃烧提供。一般转化炉辐射段温度高达 1000，转化气出口温度 850870（一般控制在 750870） ，压力为 3.05MPa，炉管管壁温度 850950，所以是一个高温中压系统。其发生的反应如下：CH4+H2O（蒸汽）=CO+3H2-206000kJ/kmol CO+H2O（蒸汽）=CO2+H2+41200kJ/kmol第一反应叫转化反应，第二反应叫变换反应，两个反应均为可逆反应，在转化反应操作温度范围内，两反应的化学平衡均存在，所以气体在平衡状态下总会有一定量的 CH4、CO、CO2、H2和 H2O（汽

34、）五种成分。烃类原料中除含有 CH4外，还含有碳数更多的烃类。这些较高级烃与水蒸气反应的平衡常数都很大，亦即高级烃的平衡常数非常小，因此，认为较高级烃类的转化是完全的，其反应通式如下：CnHm+nH2O(蒸汽)=nCO+(n+m/2)H2-Q实际上，转化炉内进行的烃类蒸汽转化反应是很复杂的。一方面有大分子烃类的裂解，产生小分子的烃类直至 CH4，另一方面，裂解产物有发生聚合、缩合反应，直 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答14至生成焦碳。这些反应与转化反应一起构成了一个极复杂的平行、顺序反应体系，而且不可避免地造成了转化催化剂的表面结碳，降低转化催化剂的活性，严重时会酿成

35、事故。14. 什么是碳流量？什么是碳流量？碳流量是指在单位时间内，转化进料烃类中的碳元素都以甲烷状态存在时，在标准状况下计算所得的流量。可用符号 Qc表示，单位是 Nm3h。15. 什么是碳空速？什么是碳空速？碳空速是指单位时间、单位体积催化剂上所处理的碳流量，单位一般是 h-1。16. 什么是水碳比？什么是水碳比？水碳比是指单位时间里，转化进料中水蒸汽分子的总数与碳原子总数的比值。表示为 H2OC。17. 转化过程的体积空速为转化过程的体积空速为 335h-1，求相应的平均碳原子数和碳空速？，求相应的平均碳原子数和碳空速？已知原料气的成分如下：成分CO2N2CH4C2H6C3H8C4H10总

36、计比例(v)%0.511.5985.125.355.561.87100平均碳原子数C = 10.8512+20.0535+30.0556+40.0187 = 0.8512+0.107+0.1668+0.0740 = 1.2 碳空速 = 体积空速C = 335（1-0.0051-0.0159）1.2 = 393.6 h-118. 根据水碳比计算蒸汽量。根据水碳比计算蒸汽量。已知水碳比为 4.0，进油量为 3t/h，平均分子量 M 为 77，平均碳原子数 CM1 为5.5，求蒸汽量为多少？ htMCM/181进油量水碳比蒸汽量 = （4.035.5/77）18（吨/h） = 15.4（t/h） 惠

37、州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答1519. 转化气中转化气中 CO2含量含量 18%，CO 含量含量 7%，甲烷含量，甲烷含量 3.5%， 求转化率为多少？求转化率为多少？ %100%422CHCOCOCOCO转化率 = (0.18+0.07)/(0.18+0.07+0.035) = 0.25/0.285 = 87.7% 20. 一氧化碳变换的反应机理？一氧化碳变换的反应机理？气态或液态烃类蒸汽转化得到的转化气中含有百分之十几至二十几的 CO，变换的主要目的就是在高变催化剂的作用下，CO 和水蒸汽发生变换反应，生成 H2和CO2，制得更多的氢气。变换反应的化学方程式如下：

38、CO+H2O（汽）=CO2+H2+41170J/mol这是一个可逆、放热、反应前后气体体积不变的化学反应。从平衡转移原理可知，压力对反应、平衡没有影响。降低温度和增加蒸汽量，均有利于变换反应向右方向进行。21. PSA 的基本原理？的基本原理？变压吸附工艺的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物各组分有选择吸附的特性来提纯氢气的。杂质在高压下被吸附剂吸附，使得吸附容量极小的氢气得以提纯；然后杂质在低压下脱附，使吸附剂获得再生。变压吸附工艺为循环操作，用多个吸附器来达到原料、产品和尾气流量的恒定。每个吸附器一般都要经过吸附、降压、脱

39、附、升压、再吸附的工艺过程。22. 什么是什么是 PSA 氢气回收率？氢气回收率？PSA 的产品氢气量和进料高变气中所含氢气量的比值即氢回收率。计算公式如下：%100%1122YVYVX其中：V1-高变气量，Nm3/h；Y1-高变气中氢气含量，%；V2-产品氢气量，Nm3/h；Y2-产品中氢气纯度，%。亦可用如下公式：%100)1 (%BABAX 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答16其中：A 为高变气中氢含量；B 为解析气中氢含量23. 对于制氢装置能耗的计算，消耗的蒸汽与尾气是否计算在内？对于制氢装置能耗的计算，消耗的蒸汽与尾气是否计算在内？对于制氢装置配汽所消耗的蒸

40、汽量和 PSA 所产的尾气不计算在生产每吨氢气的能耗内，蒸汽一般都是制氢装置自产的，只计算除盐水的量即可。24. 计算某制氢装置生产每吨氢气的能耗。计算某制氢装置生产每吨氢气的能耗。生产每吨氢气各种消耗如下：燃料气 1.35t/tH2，除盐水 12.5t/tH2，新鲜水3.8t/tH2，循环水 50t/ tH2，产蒸汽量 28t/h，外送蒸汽 2.2t/tH2，耗电 298kWh，试计算装置每吨氢气的能耗为多少？（换算系数取：燃料气 1000，除盐水 2.3，新鲜水0.18，循环水 0.1，蒸汽 76，电 0.）答:能耗= 1.35100012.52.3+3.80.18+500.1+(-88)

41、2.6+2980.3 =135028.750.684+5197.689.4=1276.23(Kgso/tH2) 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答17第三章第三章 操作部分操作部分1.天然气用作制氢原料对转化催化剂有什么要求？天然气用作制氢原料对转化催化剂有什么要求？天然气主要由甲烷和少量乙烷、丙烷组成，不含有较高级的烃类也不含有烯烃，在转化条件下，一般不发生裂解，缩合等一系列的积碳反应，在转化炉管内进行的主要是甲烷制氢转化反应和变换反应，所以要求催化剂有较高的转化活性、稳定性和强度，以获得较长的使用寿命。因此，必须保持催化剂具有较大的稳定的活性表面。天然气转化催化剂目前

42、基本上采用预烧结型载体负载镍的形式，一是保持物理结构的稳定，二是保证镍组分的分布均匀，此外还采取了各种形状的催化剂来提高催化剂的几何表面积，增加活性表面的利用率。2.制氢原料为什么要脱砷？制氢原料为什么要脱砷？砷的化合物对制氢装置中多种催化剂是一种敏感的毒物。当钴钼加氢催化剂中含有 1000ppm 砷时可使其活性损失 5.5%8.3%，如果砷含量达到 3000ppm8000ppm时，催化剂的活性损失可达 15.5%66.4%，并发生砷穿透现象，从而毒害后续的转化催化剂，并能被转化管吸收，然后缓慢释放出来，甚至对下一批装填的催化剂造成威胁。3.脱砷剂一般装填在哪个位置？脱砷剂一般装填在哪个位置？

43、脱砷剂一般装填在加氢催化剂之前，以避免加氢催化剂以及下游工序催化剂中毒失活。4.一般的脱砷剂主要的反应是什么？一般的脱砷剂主要的反应是什么？ 3232/2/323OAlAsNiMoOOHRHHAsROAlNiMoO5.为什么制氢原料一般要脱硫？为什么制氢原料一般要脱硫？制氢原料中的硫化物对制氢过程中使用的转化催化剂与高温变换催化剂有毒害作用，如蒸汽转化所用的镍催化剂的硫容极限是 0.3%0.5%，超过这个极限将造成催化剂的失活。对于天然气制氢而言，虽然其中的 S 含量较低，但是仍不能满足转化催化剂的要求，需要通过化学的方法将其中的 S 等杂质脱除。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢

44、装置技术问答186.为什么要对加氢催化剂进行预硫化？为什么要对加氢催化剂进行预硫化？对于加氢催化剂而言，氧化态的加氢催化剂是不显活性或者仅能显示很小活性，催化剂的最佳活性组分被认为是硫化态的金属如 MoS2，故催化剂在投入正常使用之前，需将氧化态的活性组分先变成硫化态的金属硫化物，通常称作预硫化。7.加氢催化剂硫化的反应机理？加氢催化剂硫化的反应机理？加氢催化剂硫化的反应机理是在 H2环境下加热使氧化态的催化剂变为硫化态的催化剂，具体反应方程式如下：MoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O；9COO+8H2S+H2CO9S8+9H2O；若用 CS2为硫化剂，其反应为：MoO3+ CS2+5H

45、2 MoS2+CH43H2O9COO+4COS217 H2 CO9S8+4CH49H2O8.制氢装置加氢催化剂失活的主要原因是什么？制氢装置加氢催化剂失活的主要原因是什么？制氢装置加氢催化剂失活的主要原因有三种情况：首先是因某种气体（例如：硫化氢）存在而造成催化剂暂时的失活，当把该气体除去后又可以恢复到最初活性；其次是因加氢催化剂表面积碳，致使催化剂的表面积减小或者堵死催化剂细孔，而使活性下降；另外，催化剂再生过程中因为比表面的减小、局部过热引起活性物质的损失，以及由于某种物质的存在（如砷等）生成了对氢解无活性的化合物，将造成催化剂永久性失活，此时，应更换催化剂。9.加氢催化剂怎样再生？加氢催

46、化剂怎样再生？ 加氢催化剂经长期使用后，随着催化剂表面结碳量的增加，活性将逐渐下降，以致于不能满足生产上的要求，此时便需要对催化剂进行再生。再生可以采用氧化燃烧法，使催化剂恢复其活性。方法是在惰性气体（如氮气）或水蒸汽中配入适量空气或氧气，在通过催化剂床层时，要严格防止温度的急剧上升，床层温度不要超过 550，以避免催化剂超温或活性金属组分的迁移流失，要使再生过程所引起的表面积减少降至最小程度。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答1910. 加氢催化剂再生有哪些反应？加氢催化剂再生有哪些反应？再生过程主要包括以下的反应：C+O2=CO2+Q；C+O2=2CO+Q；2MoS

47、2+7O2= 4SO2 +MoO3+Q；2Co9S8+25O2=18CoO+16SO2+Q。从上述反应可知，催化剂进行再生时，将释放出大量的热量。因此，要严格控制好再生温度，防止温度剧烈上升，烧熔催化剂，破坏催化剂的结构，影响催化剂的活性。11. 加氢催化剂在卸出之前，如何处理？为什么？加氢催化剂在卸出之前，如何处理？为什么？加氢催化剂在正常使用中以硫化态的形式存在，硫化态的催化剂在高温下会引起激烈的氧化燃烧，俗称自燃，因此，加氢催化剂从反应器卸出之前，需先用氮气降温，一直降到常温左右，才能暴露在空气当中。在卸出后，注意用水喷淋或吹氮气，防止催化剂中硫化物在空气当中燃烧。12. 提高加氢反应温

48、度对加氢催化剂的活性和寿命有何影响？提高加氢反应温度对加氢催化剂的活性和寿命有何影响？提高加氢反应温度后，可以提高加氢催化剂的活性，有利于硫化物的加热分解，提高反应速度，如 370400的活性是 300时活性的三倍。但是，过大的提高温度会使催化剂容易结碳，催化剂因积碳而缩短了使用周期。13. 温度对加氢反应的影响？温度对加氢反应的影响？温度对加氢反应有显著的影响。由于加氢反应是放热反应，从化学平衡角度来讲，提高反应温度不利于反应的进行，但是温度太低则降低了反应速度，使加氢反应进行不彻底，造成后续转化催化剂的中毒，温度又不能太高，太高的反应温度容易使催化剂结碳。所以反应温度要控制在一定范围内。1

49、4. 压力对加氢反应的影响？压力对加氢反应的影响？对于加氢反应来说，压力对加氢反应的影响是通过氢分压来实现的，增加压力会促使加氢反应，增强反应深度，同时，提高操作压力可抑制结焦反应的发生，有利于保护催化剂的活性和延长催化剂的使用寿命。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答2015. 本装置加氢反应器入口温度、压力具体控制在多少？本装置加氢反应器入口温度、压力具体控制在多少？加氢反应的入口温度控制在 370左右。入口压力一般控制在 3.91MPa 左右。16. 加氢反应器入口温度如何控制？加氢反应器入口温度如何控制？加氢反应器入口温度是通过原料气与烟气换热器 E-108/ E

50、-109 出口的两个温度控制阀同时作用来控制的。17. 制氢原料为什么要脱氯？制氢原料为什么要脱氯？防止氧化锌脱硫剂、转化催化剂、高变催化剂因氯中毒，同时防止氯离子对设备和管道腐蚀。18. 脱氯剂应该放在哪个部位？为什么？脱氯剂应该放在哪个部位？为什么？一般来说，脱氯剂应该放在容易引起氯中毒催化剂的前面；其次如果原料中的有机氯含量较高，脱氯剂最好放在加氢催化剂的后面，以便有机氯经加氢转化为 HCl 后再予以脱除。19. 影响氧化锌脱硫的主要因素有哪些？影响氧化锌脱硫的主要因素有哪些？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三个方面：（1）脱硫剂自身的特性：氧化锌脱硫剂本身的化学组成

51、、物理结构对氧化锌脱硫剂的活性有很大的影响，具体体现在 ZnO 含量、强度、磨耗、孔径、孔容、孔的分布以及比表面上，但是这些质量指标是相互制约的，因此要全面、均衡考虑，以选择理想的催化剂。（2）操作条件的影响：温度：在单独使用氧化锌时，为了提高对有机硫化物的转化和吸收能力，可以适当地提高使用温度。在使用后期提高一点反应温度，这对提高硫容量、延长更换周期都是有好处的。压力：提高压力有利于降低线速度，提高反应速度。空速：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，但要考虑到设备的体积和使用率。 （3）硫化物的类型和浓度影响：一般来说，硫化氢比有机硫化物反应速

52、度快，简单的有机硫化物比复杂的反应速度快。另外原料中含硫化合物的浓度超过了一定的范围对反应有一定影响。20. 实际生产中脱硫反应的温度和压力如何控制？实际生产中脱硫反应的温度和压力如何控制？脱硫反应的温度受前面加氢反应温度影响，所以脱硫反应的温度依靠控制加氢反 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答21应入口温度的手段达到控制脱硫反应温度的目的。脱硫反应的压力受系统限制。21. 原料带水对氧化锌脱硫剂有什么影响？如何防止？原料带水对氧化锌脱硫剂有什么影响？如何防止？氧化锌脱硫剂在操作当中要避免进水或进蒸汽，因为水份的冷凝会导致脱硫剂破裂或强度下降；另外，在一定条件下（如水蒸汽

53、分压较高，而温度又较低）可能发生如下反应：ZnO + H2O = Zn（OH）2 其反应产物会降低孔的容积并使脱硫剂强度减弱，在以后的操作中又可能分解而使脱硫剂强度下降甚至破裂。一般情况下在使用氧化锌作为脱硫剂时，应注意不能在正常压力下使用蒸汽或含有蒸汽的气体冷却，这种操作只允许在低压下（仅几个大气压）进行，而温度在降至130以前先用氮气或者氢氮气吹扫。22. 在实际生产中，如何计算氧化锌脱硫剂上的硫容量？在实际生产中，如何计算氧化锌脱硫剂上的硫容量？根据原料气放出的硫和脱硫剂吸收的硫的平衡关系，进行计算。如原料气是气体，可计算如下：设进口硫的平均浓度为 C（ppm） （v） ，气体流量为 V

54、 （Nm3/h） ，脱硫剂的装填重量为 G（kg） ，有效运转时间为 T（h） 。则在脱硫剂中的硫容为：GTCV324.22106气硫容此公式中忽略脱硫反应器出口气体中的硫含量。23. 脱硫剂在装填时应注意什么问题？脱硫剂在装填时应注意什么问题？（1）氧化锌脱硫剂是强度比较差的催化剂，由于在运输过程中会产生粉尘，所以装填之前要过筛；（2）装填过程中催化剂下落高度不能大于 0.5 米；（3）装填后再以氮气吹扫，直到无粉尘为止；（4）装填工作要求十分认真和细致，尽量避免在反应器中再次产生粉尘，要求装填均匀平整，防止粉碎、受潮；（5）禁止直接在催化剂上踩蹋，造成运转时气流分布不均匀，形成沟流，脱硫剂

55、使用效率降低。24. 转化催化剂的活性组分是什么？以什么形态提供？转化催化剂的活性组分是什么？以什么形态提供？目前，国内外已工业化的转化催化剂，基本上都以金属镍作为活性组分。大部分 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答22的转化催化剂的活性组分金属镍是以氧化态提供的，使用时，要先利用氢气进行还原。25. 对于含有氧化钾的转化催化剂，氧化钾起什么作用？对于含有氧化钾的转化催化剂，氧化钾起什么作用？氧化钾是转化催化剂抗积碳助剂，可以抑制积碳反应的发生。研究发现，催化剂的积碳反应与催化剂本身的化学组成有关，实践证明，酸性载体上催化裂解反应加剧，酸性载体的存在会促进积碳反应，如果向

56、催化剂中加入碱性的钾化物，中和固体酸，增加蒸汽的吸附能力，可以有效地抑制催化剂积碳；此外，钾又是新生态碳气化反应的催化剂，促进碳与蒸汽反应，所以，加入钾化物非常有效地解决了转化催化剂积碳的问题。26. 转化的主要反应是什么？转化的主要反应是什么？一般来说，甲烷的蒸汽转化反应式是 CH4+H2O=CO+3H2和 CO+H2O=CO2+H227. 引起转化催化剂积碳的原因有哪些？引起转化催化剂积碳的原因有哪些？ （1）新催化剂未经充分还原即进料，催化剂无活性，烃类进入高温区裂解积碳。 （2）水碳比太小，产生热力学积碳。（3）催化剂已被严重钝化，或因中毒而活性下降，使转化反应的起始温度升高，热裂解和

57、聚合反应加快，而 KOH 所引起的消碳反应速度低于结碳反应速度，则催化剂结碳。（4）上段催化剂碱性助剂流失严重，已不起抗积碳作用。（5）操作波动大，当因波动造成蒸汽和原料交替脉冲时最易结碳，如果配氢中断后又突然恢复或氢压力大幅度波动时也会引起催化剂积碳。28. 转化催化剂有哪些积碳反应？转化催化剂有哪些积碳反应？（1）CH4C+2H2 （甲烷裂解）（2）2COC+CO2 （一氧化碳歧化）（3）CO+H2C+H2O （CO 还原）（4）CH2C+H2 （高级烃裂解聚合）29. 转化催化剂积碳时有何现象？转化催化剂积碳时有何现象？（1）床层阻力降（压差）增大；（2）炉管上部温度升高，炉管出现热带（

58、红管）或花斑，当该管结碳严重时，该 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答23管的壁温升高，颜色明亮；（3）催化剂活性下降，出口尾气中甲烷含量增加；（4）严重积碳时转化出口气体冷凝水中有少量碳末。30. 如何防止转化催化剂积碳？如何防止转化催化剂积碳？（1）催化剂在进料前还原要充分。（2）前面原料气处理单元脱硫要合格。（3）生产过程中，要保证适当的水碳比。（4）平稳操作，避免系统压力波动大，特别是原料气、氢气和水蒸汽交替大幅度波动时最为有害。（5）处理事故紧急停工时，要首先切断原料气，手动降低加氢脱硫部分压力，防止原料气串入转化系统，然后降温，酌情降低水蒸汽流量。（6）提量时

59、应先提蒸汽量，再提配氢量，最后提原料气量。31. 转化催化剂还原时为何还要加水蒸汽？转化催化剂还原时为何还要加水蒸汽？转化催化剂的还原反应，用氢气做还原介质时是生成水的反应：NiO+H2=H2O+Ni，从平衡来看加水蒸汽不利，但在还原时为何还要加水蒸汽？在还原转化催化剂的过程中配入蒸汽，主要有以下原因：（1） 防止还原介质带入系统中的烃类在转化催化剂上结碳。（2） 提高还原气体的流速，使管内气流分布和温度分布更加均匀。（3） 水蒸汽和氢气同时存在时，还能促进催化剂中硫化物的脱除。（4） 当串联高变反应器升温还原时，水蒸汽的存在可防止高变催化剂的过度还原。32. 水碳比对转化反应有何影响？水碳比

60、对转化反应有何影响？对于转化反应来说，水碳比升高：（1）可以防止转化催化剂结碳；（2）可以降低转化气中的甲烷平衡浓度；（3）可满足变换反应对水蒸汽的要求。但是水碳比过大时，装置的能耗将上升。所以在实际操作中一般根据转化气中甲烷含量和实际的反应情况来调节水碳比，一般控制在 2.63.0 左右。 惠州炼油项目制氢装置技术问答惠州炼油项目制氢装置技术问答2433. 空速对转化反应有何影响？空速对转化反应有何影响？对于天然气制氢来说，用碳空速来表示转化负荷，转化碳空速一般为 5002000h-1左右，对制氢一般取下限。在其他工艺条件固定的情况下，空速越大，则停留时间越短，出口残余甲烷含量升高。但当空速