制氢工艺毕业设计论文.doc 26页

'枣庄职业学院毕业设计制氢工艺毕业设计论文目录一、装置概述41、装置概况42、装置工艺技术特点4二、制氢工艺设计61、工艺过程62、制氢的反应机理63、变压吸附原理7三、生产工艺过程81、工艺流程简述82、装置物料平衡及工艺操作条件11(1)装置生产物料平衡11(2)主要工艺操作条件11四、设计结果和设计讨论191、设计结果192、设计讨论20五、存在的问题及解决方法211、（瞬时）紧急停电事故处理21（1）恍电现象：21（2）停电原因：21（3）紧急处理：21（4）需注意的问题:212、低风压紧急处理22（1)供风要求22(2)低风压现象：22(3)低风压原因：22(4)紧急处理（一般情况按维持装置运行处理，特殊情况按紧急停工处理）22(5)需注意的问题:22六、总结与展望231、国内外催化剂概况及发展趋势23(1)国内外概况23(2)发展趋势23致谢25参考文献26第26页共26页 枣庄职业学院毕业设计第26页共26页 枣庄职业学院毕业设计制氢工艺设计一、装置概述1、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/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。2、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，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：①.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。②.采用顶部火嘴。③.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。④第26页共26页 枣庄职业学院毕业设计.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。⑤.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。⑥.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。⑦.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①.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。②.设置连锁自保系统，提高装置安全运行的考靠性。第26页共26页 枣庄职业学院毕业设计二、制氢工艺设计1、工艺过程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。1.原料气净化是原料气进入精制系统加氢、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。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。2、制氢的反应机理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+H20a.烃类的蒸汽转化是将烃类与蒸汽转化为H2和CO少量残余CH4CH4+H20=CO+3H2CO+H20=CO2+H2b.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26页共26页 枣庄职业学院毕业设计3、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:H2