化工制氢装置运行维护知识试卷及答案

化工制氢装置运行维护知识及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种工艺不属于工业主流制氢技术？（）A.天然气水蒸气重整制氢B.甲醇裂解制氢C.煤制气变换制氢D.液氨分解制氢2.制氢装置中，转化炉的主要反应是（）A.甲烷与水蒸气在催化剂作用下生成CO、H₂和CO₂B.一氧化碳与水蒸气发生变换反应生成CO₂和H₂C.氢气与氧气燃烧生成水D.吸附剂对杂质气体的选择性吸附3.变压吸附（PSA）装置中，常用的吸附剂不包括（）A.活性炭B.分子筛C.活性氧化铝D.金属钯4.转化催化剂（如镍基催化剂）的主要载体是（）A.二氧化硅B.三氧化二铝C.氧化镁D.氧化钙5.制氢装置正常运行时，转化炉出口温度一般控制在（）A.500-600℃B.650-750℃C.780-850℃D.900-1000℃6.PSA装置中，“顺放”步骤的主要目的是（）A.降低吸附塔压力，回收床层死空间的氢气B.用产品氢气冲洗吸附剂，再生杂质C.向吸附塔充压至进料压力D.排出吸附的杂质气体7.转化炉烧嘴火焰呈黄色且冒黑烟，可能的原因是（）A.燃料气压力过高B.空气量不足C.燃料气中氢气含量过高D.烧嘴堵塞8.制氢装置停车时，转化催化剂需进行钝化处理，其主要目的是（）A.防止催化剂吸潮B.避免高温下催化剂与氧气剧烈反应C.提高催化剂活性D.去除催化剂表面积碳9.以下哪种情况会导致PSA氢气收率下降？（）A.吸附时间缩短B.进料中杂质含量降低C.均压次数增加D.冲洗压力过高10.制氢装置中，汽水分离器的主要作用是（）A.分离转化气中的液态水，防止带液进入变换炉B.回收凝结水，提高水利用率C.控制转化炉入口水蒸气压力D.监测循环水系统的水质二、填空题（每空1分，共20分）1.工业制氢装置的核心工艺单元通常包括______、______、______和氢气提纯（PSA）。2.转化催化剂的主要活性组分是______，其失活的常见原因包括______、______和______。3.变压吸附（PSA）的基本原理是利用吸附剂对不同气体组分的______和______差异，通过______循环实现氢气提纯。4.转化炉的主要受热面包括______、______和______，其中______是直接发生烃类转化反应的关键部件。5.制氢装置的安全联锁系统（SIS）通常设置的触发条件包括______、______、______（至少列举3项）。6.循环水系统的主要监测指标有______、______、______（至少列举3项）。三、判断题（每题2分，共20分）1.转化炉升温过程中，为缩短开车时间，应尽可能提高升温速率。（）2.PSA装置吸附时间越长，氢气纯度越高，因此应尽量延长吸附时间。（）3.转化催化剂还原时，需控制氢气浓度逐步升高，避免剧烈反应放热损坏催化剂。（）4.制氢装置原料气中硫含量超标会导致转化催化剂永久失活。（）5.汽水分离器液位过高会导致转化气带液，可能损坏下游变换催化剂。（）6.燃料气中氢气含量过高会导致烧嘴火焰变短、温度升高，可能烧坏炉管。（）7.PSA装置均压次数越多，氢气收率越高，但设备投资和能耗也会增加。（）8.转化炉出口甲烷含量升高，说明催化剂活性下降或反应温度不足。（）9.制氢装置停车后，应立即对转化炉进行自然通风冷却，无需氮气保护。（）10.循环水系统结垢会导致换热器换热效率下降，但不会影响装置安全运行。（）四、简答题（每题8分，共32分）1.简述转化催化剂还原的操作步骤及注意事项。2.列举PSA装置常见的异常现象（至少4项），并分析其可能原因。3.制氢装置运行中，如何判断转化炉管是否发生结碳？应采取哪些处理措施？4.简述循环水系统在制氢装置中的作用及日常维护要点。五、综合分析题（8分）某制氢装置运行中，PSA出口氢气纯度由99.9%降至98.5%，同时氢气收率下降。请结合工艺原理，分析可能的原因（至少5项），并提出对应的排查措施。化工制氢装置运行维护知识答案一、单项选择题1.D（液氨分解制氢属于小规模制氢技术，非工业主流）2.A（转化炉是烃类与水蒸气发生重整反应的核心设备）3.D（金属钯主要用于氢气纯化膜，非PSA吸附剂）4.B（三氧化二铝是镍基催化剂的常用载体）5.C（转化炉出口温度通常控制在780-850℃以保证甲烷转化率）6.A（顺放步骤通过降压回收床层死空间的氢气，提高收率）7.B（空气量不足导致燃料气不完全燃烧，火焰发黄冒黑烟）8.B（钝化处理通过通入少量氧气在催化剂表面形成氧化膜，防止高温下与空气剧烈反应）9.D（冲洗压力过高会导致更多氢气被带出，降低收率）10.A（分离转化气中的液态水，防止带液损坏变换催化剂）二、填空题1.原料预处理、转化反应、一氧化碳变换2.金属镍（Ni）；硫中毒；积碳；烧结（或水热失活）3.吸附容量；吸附速率；压力变化（或“加压吸附-降压解吸”）4.辐射段炉管、对流段盘管、燃烧器；辐射段炉管（或转化管）5.燃料气压力低低联锁；转化炉入口温度高高联锁；循环氢压缩机停机联锁（或“氧含量超标联锁”）6.电导率；pH值；浊度（或“氯离子含量”“总硬”）三、判断题1.×（升温速率过快会导致炉管热应力过大，引发变形或开裂）2.×（吸附时间过长会导致吸附剂饱和，杂质穿透，纯度反而下降）3.√（逐步提高氢气浓度可控制还原反应速率，避免局部过热）4.√（硫会与镍活性中心结合，造成永久失活）5.√（带液会导致变换催化剂粉化或失活）6.√（氢气燃烧速度快，火焰短，局部温度高易烧损炉管）7.√（均压次数增加可减少氢气损失，但需要更多阀门和时序控制）8.√（甲烷未完全转化，可能因催化剂活性下降或温度不足）9.×（停车后需用氮气保护转化炉，防止空气进入与高温催化剂反应）10.×（结垢会导致设备超温，甚至引发安全事故）四、简答题1.转化催化剂还原步骤及注意事项：步骤：①氮气置换：用氮气置换转化系统，确保氧含量＜0.5%；②升温干燥：以10-15℃/h速率升温至300℃，脱除催化剂物理水；③引入氢气：氢气浓度由5%逐步提至70%以上，控制床层温升≤30℃/h；④还原主阶段：在450-500℃保持12-24h，直至出口水含量＜0.1%；⑤降温切换：还原完成后，逐步降低氢气浓度，切换为原料气。注意事项：严格控制升温速率和氢气浓度，避免剧烈反应放热；监测床层各点温度，防止局部超温；还原过程中需连续排放生成的水，避免催化剂吸潮。2.PSA装置常见异常现象及原因：①氢气纯度下降：可能原因包括吸附剂性能下降（老化或中毒）、进料杂质含量超标、阀门内漏（吸附塔间串气）、时序控制偏差（吸附时间过短或过长）。②氢气收率下降：可能原因包括均压次数不足、冲洗压力过高、进料流量波动大、吸附剂装填不均（局部短路）。③吸附塔压力波动大：可能原因包括程控阀开关不同步、管线堵塞（如吸附剂粉末堵塞）、进料压力不稳。④吸附剂粉化：可能原因包括装填时撞击受损、频繁压力波动（应力疲劳）、原料气带液（吸附剂潮解）。3.转化炉管结碳判断及处理措施：判断方法：①炉管表面局部温度异常升高（“红管”或“花斑”）；②转化炉出口甲烷含量升高；③炉管压差增大（阻力上升）；④催化剂床层温度分布不均（热点上移）。处理措施：①降低负荷，提高水碳比（由正常3.5-4.0提至4.5-5.0）；②注入蒸汽进行烧碳（温度控制在600-700℃，逐步增加蒸汽量）；③若结碳严重，需切出该炉管或停车再生催化剂；④检查原料气组成（如烯烃、芳烃含量是否超标），调整预处理工艺（如加强脱硫、脱氯）。4.循环水系统作用及维护要点：作用：为制氢装置的换热器（如转化气冷却器、PSA水冷器）提供冷却介质，控制设备和工艺介质温度，防止超温损坏催化剂或设备。维护要点：①控制水质：定期检测电导率（＜3000μS/cm）、pH值（7.5-9.0）、浊度（＜20NTU），添加缓蚀阻垢剂（如有机膦酸盐）和杀菌剂（如次氯酸钠）；②监测压力和流量：确保循环水泵出口压力稳定（0.4-0.5MPa），换热器进出口温差＜15℃；③清理换热器：定期化学清洗或机械清洗，防止结垢；④检查泄漏：通过检测循环水中的工艺介质（如氢气、烃类）判断换热器是否内漏，及时处理。五、综合分析题PSA出口氢气纯度及收率下降的可能原因与排查措施：1.吸附剂性能下降：长期运行后吸附剂老化（如活性炭微孔堵塞、分子筛结焦），吸附容量降低。排查措施：取样分析吸附剂成分（如烧失量、比表面积），必要时更换吸附剂。2.进料杂质含量超标：原料气中CO、CO₂、CH₄等杂质浓度升高（如转化炉甲烷转化率下降），超出吸附剂处理能力。排查措施：检测转化炉出口气组成（甲烷含量应＜0.5%），调整转化炉温度或水碳比。3.程控阀内漏：吸附塔之间的程控阀密封不严，导致杂质气串入产品气。排查措施：通过压力曲线对比（正常塔压力平稳，内漏塔压力异常下降）或肥皂水试漏检查阀门。4.时序控制偏差：吸附时间设置过长（吸附剂饱和