制置

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制氢装置危险因素及防范措施

装置的发展及类型

1．制氢装置的发展

氢气是石油化工的基本原料，随着加氢技术的发展，对氢气的需

求量日益增加，一般对于加氢装置较多的炼油厂，除利用重整副产氢

外，尚须有专门制氢装置。

我国第一套轻烃蒸汽转化制氢装置是20世纪60年代建成的，随

后又陆续建立起多套制氢装置，这时期的氢气净化技术为化学净化

法。

进入20世纪80年代以后，随着变压吸附技术的发展，新建的制

氢装置多采用变压吸附净化法。

2．装置的主要类型

以制氢装置的原料分：有天然气制氢：油田伴生气制氢；液化气

制氢；炼厂气制氢；氢石脑油制氢等以产品精制方法分：有化学净化

法制氢：变压吸附(PSA)净化法制氢。

天然气制氢造气单元和PSA单元工艺流程见图2—19a、图

2—19b、图2—19c。

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(二)工艺流程及讨论

1，工艺流程

一般制氢装置主要由原料精制单元、蒸汽转化单元、变换单元、

产品净化单元及其他辅助单元构成。

(1)原料精制单元

制氢装置的转化催化剂在使用过程中，极易中毒而丧失活性，因

此，制氢装置对原料的要求很严格，一般要求S10—6、Cl10—6，制

氢原料进装置后首先在加氢精制催化剂的作用下进行加氢精制反应，

将原料中的有机硫转化为H2S，而后进人脱硫反应器，脱硫反应器中

的氧化锌吸收H2S。

(2)蒸汽转化单元

精制后的原料按水碳比3．5与中压蒸汽混合，经转化炉对流段

预热到500℃，进人转化炉辐射段，在催化剂作用下，发生复杂的水

蒸气转化反应。水蒸气转化反应是吸热反应，反应热由转化炉提供，

转化炉出口温度可达到840℃，转化气经蒸汽发生器后降到360℃，而

后进入中温变换单元。

(3)变换单元

自转化单元来的转化气进人中温变换反应器，将变换气中的CO

含量降到3%左右，再经过汗脚怎么治 冷却，降到40℃后送人PSA单元。

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(4)产品净化单元

自变换单元来的变换气进入吸附塔进行吸附，氢气以外的杂质吸

附性较强，被吸附在吸附剂上，吸附性较小的氢气，浓度得以提高，

纯度可以达到99．99%，氢气作为产品送出装置。

(5)其他辅助系统

为回收转化炉烟气及中温变换气的余热，制氢装置设有蒸汽发生

系统，分别发生中压蒸汽及低压蒸汽。

2．工艺流程讨论

(1)产品净化流程的选择

制氢装置产品净化流程主要有两种，以前多采用化学溶剂吸收净

化流程，现在多采用变压吸附流程。

化学溶剂吸收净化流程是用化学溶剂吸收变换气中的C02等，而

CH4不能被化学溶剂吸收，因此，用该种方法所产的氢气纯度较低，

最高为97%。此外，受转化炉出口化学平衡的影响，反应压力不能太

高，否则转化率太低，导致氢纯度太低，用化学溶剂吸放净化流程时，

转化压力不得高于1．3MPa。采用PSA净化产品流程，以变压吸附原

理分离氢气，氢气产品纯度可高达99．99%，转化反应压力也不受限

制，转化压力高，所产氢气的压力高，就可以减小加氢装置新氢压缩

机的功率，但采用PSA净化产品流程时，产品收率低，原料消耗较多。

(2)变换部分流程

变换部分的主要作用就是将转化气中的CO变换成C02，以便尽

可能的多产氢气，变换反应为放热反应，低温有利于反应进行，但温

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度降低反应速度变慢，为解决反应速度与转化率之间的矛盾，可以用

两段完成变换反应。中变反应温度360℃，反应器出口CO浓度3％左

右；低变反应温度200℃左右，反应器出口CO浓度可以降到0．3%以

下。在采用PSA净化产品流程时，变换气中的CO最终作为燃料气使

用，因此可以不必追求高CO转化率，因此，可以只设置中温变换，

不设置低温变换，以简化流程。

(3)反应系统压力的确定

转化反应为体积增大反应，反应压力低有利于转化反应进行，但

是，幼儿园园长培训 反应压力低，产品氢气的压力也低，加氢装置氢气增压的能耗就

会增大，因此，转化反应压力应确定较为合适的数值，多为2．0～

3．0MPa．

(4)PSA部分流程

变压吸附净化工艺于20世纪60年代由美国联合碳化物公司(UCC)

首先实现工业化，开始为4床流程，以后又出现了5床、8床、10床、

12床流程，控制方面也不断改进和完善，产品的收率和纯度也得到

了很大提高。

国内西南化工研究院和华西化工研究所也开发了变压吸附工艺

技术，并已实现了工业化。

(三)制氢的化学反应

1．原料精制化学反应

在催化剂的作用下氢气与原料中的烯烃、S、N、O化合物及金属

反应，通过加氢饱和、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧、加氢脱金属

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等杨舒平 反应改善原料质量，这种反应叫加氢精制反应。

加氢所产生的H2S用氧化锌脱硫剂进行脱除。反应式为：

ZnO+H2S＝ZnS+H20

2．蒸汽转化反应

轻烃水蒸气转化反应主要为转化反应和CO变换反应，反应式如

下：

(四)主要操作条件

制氢装置的主要操作条件：

(五)原料及产品性质

现将制氢装置原材料的性质列于表2—59。

二、重点部位及设备

(一)重点部位

制氢装置的原料及产品多为易燃、易爆物质，整个装置区内都具

有较大危险性，其中危险性最大的区域属转化炉区和压缩机区。

(二)主要设备

1．制氢转化炉

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转化炉是制氢装置的核心设备，它处于高温、高压、临氢状态下

操作，对炉管材质及结构有严格要求。

目前，流行的转化炉有三种炉型：一是以托普索公司为代表的侧

烧炉：二是以凯洛格公司为代表的顶烧炉；三是以福斯特惠勒公司为

代表的阶梯式转化炉。国内流行的为顶烧炉和侧烧炉。

转化炉炉管一般为DNlOOmmXl2000mm，材质为HK—40或

HP—40的离心浇铸管，由于炉管的温度高，设计时应充分考虑热膨

胀问题。

2．PSA吸附床

变压吸附分离为间歇操作，对于每个吸附床来讲，在高压下吸附，

在低压下脱附，因此吸附床受交变压力的作用，为疲劳容量，在设计、

制造时要引起足够重视。

本装置在火灾危险性分类中为甲类危险性装置。

(一)开停工时的危险因素及其防范措施

1，开工时的危险因素及其防范措施

(1)装置全面大检查

装置全面大检查是开工前非常重要的步骤，装置在设计、施工当

中必然存在一些问题，通过检查，发现问题，并进行整改，以保证装

置安全顺利开工。

(2)吹扫及冲洗

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吹扫及冲洗的目的是吹出在施工时留在系统内的杂质，以保证装

置安全顺利开工，吹扫时应注意选用适宜的吹扫介质。

(3)装置气密

制氢装置系统气密是装置开工阶段一项非常重要的工作，气密工

作的主要目的是查找漏点，消除装置隐患，保证装置安全运行。加氢

反应系统的气密工作分为不同压力等级进行，低压气密阶段所用的介

质为氮气。

(4)装置烘炉、煮炉

制氢装置反应系统干燥、烘炉的目的是除去反应系统内的水分，脱

除加热炉耐火材料中的自然水和结晶水，烧结耐火材料，增加耐火材

料的强度和使用寿命。加热炉烘炉时，装置需引进燃料唐代宗李豫 气，在引燃料

气前应认真做好瓦斯的气密及隔离工作，防止瓦斯泄漏及窜至其他系

统。加热炉烘炉时应严格按烘炉曲线升温、降温，避免升温过快，炒锅怎么选 耐

火材料中的水分迅速蒸发而导致炉墙倒塌。

余热锅炉煮炉的目的是除去锅炉系统内的施工时留下的铁锈和

油脂，以保证开工后能尽快产出合格蒸汽。

(5)催化剂及吸附剂装填

催化剂装填应严格按催化剂装填方案进行，催化剂装填的好坏对

制氢装置的运行情况及运行周期有重要影。向，催化剂装填前应认真附近英文

检查反应器及其内构件，检查催化剂的粉尘情况，决定催化剂是否需

要过筛。催化剂装填最好选择在干燥晴朗的天气进行，保证催化剂装

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填均匀，否则在开工时反应器内会出现偏流或“热点”，影响装置正常

运行。催化剂装填时工作人员需要进入反应器工作，因此，要特别注

意工作人员劳动保护及安全问题，需要穿劳动保护服装，带能供氧气

或空气的呼吸面罩，进反应器工作人员不带其他杂物，以防止异物落

人反应器内。

(6)系统气密及置换

在完成催化剂装填后，系统必须重新进行气密检查，制氢系统置

换分为两个阶段，即空气环境置换为氮气环境、氮气环境置换为可燃

气环境。在空气环境置换为氮气环境时需要注意，置换完成后系统氧

含量应(7)脱硫系统升温开工

如果原料的硫含量高，加氢催化剂需要进行硫化，如原料的硫含

量较低，可不进行硫化。氮气置换合格后，建立氮气循环，系统升温。

(8)转化、中变催化剂还原

转化催化剂在使用前需要将NiO还原为金属Ni，中变催化剂的

Fe203须还原为Fe3O4。

(9)转化进气、中变催化剂继续放硫

装置进原料气，中变催化剂继续放硫。

(10)PSA部分开工

PSA部分开工应严格按开工方案进行，PSA部分严禁带水，以免

损坏吸附剂。

(11)调整操作向外供氢

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调整系统操作，氢气质量合格后向用氢装置供氢。

2．停工时的危险因素及其防范措施

制氢装置停工过程中属于不稳定过程，操作参数变化大，如不注

意也容易发生问题。因此，停工过程应认真组织，严格按停工方案进

行。

(二)正常生产时的危险因素及其防范措施

1．遵守“先降温后降量”的原则

制氢装置正常操作调整时必须遵守“先降温后降量”，先降原料气

量，再降蒸汽的原则。

2．反应温度的控制

制氢装置的反应温度是最重要的控制参数，必须严格按工艺技术

指标控制各反应器的反应温度。

3．监视转化催化剂性能变化情况

转化反应为强吸热反应，如果催化剂活性下降，转化炉管的壁温

会明显升高，因此，通过观察炉管颜色可判断催化剂的状况。如出现

花管、红管、热带，应采取措施，进行处理。

4．反应系统压力控制

制氢装置反应系统压力是重要的工艺控制参数，影响装置反应系

统压力的因素很多，应选择经济、合理、方便的控制方案对反应系统

的压力进行控制。

5．控制毒物含量

转化催化剂对硫、氯、砷等杂质要求非常严格，一般要求S

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6．加热炉的控制

加热炉是制氢装置的重要设备，加热炉的使用应引起重视。加热

炉各路流量应保持均匀，并且不低于规定的值，防止炉管结焦；保持

加热炉各火嘴燃烧均匀，尽量使炉常内各点温度均匀：控制加热炉各

点温度不超温；保持加热炉燃烧状态良好。

7．控制水碳比

水碳比是制氢装置非常重要的工艺参数，必须严格控制，任何时

候都不能低于给定值。

8．PSA部分操作调整

调整PSA部分的操作系统，使PSA部分达到合格的产品纯度及回

收率。