制氫裝置概況

1、制氫裝置概況1.1.1 制氫裝置簡介本裝置是12000Nm3/h制氫裝置，由中石化北京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，2004年投入正式生產(chǎn)。裝置以油田氣為主要原料，采用烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法造氣，PSA法凈化提純的工藝路線制取氫氣，設(shè)計(jì)產(chǎn)氫規(guī)模為年產(chǎn)99.9%（V）的工業(yè)氫氣0.9萬噸，年開工8000小時(shí)，相當(dāng)于每小時(shí)產(chǎn)純氫12000標(biāo)準(zhǔn)立方米。所產(chǎn)的氫氣中，供90萬噸柴油加氫裝置使用，其余部分送入公司氫氣管網(wǎng)。1.1.1.1設(shè)計(jì)概況 中國石油天然氣股份有限公司克拉瑪依石化分公司稠油集中加工技術(shù)改造及配套工程可行性研究報(bào)告(BQOD-225-1、2.1、2.2、2.3）；克拉瑪依石化分公司關(guān)于稠油集中加工技術(shù)改造及配

2、套工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)/詳細(xì)設(shè)計(jì)的委托書KSHG(2003)38CS；中國石油天然氣股份有限公司關(guān)于本項(xiàng)目可行性研究報(bào)告的批復(fù)文件(石油計(jì)字2003227號(hào))。 1.1.1.2設(shè)計(jì)原則采用技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠的工藝方案，在降低能耗，減少環(huán)境污染的同時(shí)為下游裝置提供穩(wěn)定的高純度氫源。嚴(yán)格執(zhí)行國家、中國石化集團(tuán)公司及當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)環(huán)保法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)。1.1.1.3工藝概況裝置的組成制氫裝置共分為六個(gè)部分：原料氣壓縮部分；原料氣加氫精制、干法脫硫部分；轉(zhuǎn)化及中溫變換部分； 中變氣換熱及冷卻部分；變壓吸附氫提純部分；酸性冷凝水汽提及蒸汽發(fā)生部分。 裝置的特點(diǎn)優(yōu)化換熱流程，提高能量利用效率加強(qiáng)對(duì)中變氣熱能的回收，利用中變氣

3、先后與原料氣（去精制部分）、脫氧水（鍋爐給水）進(jìn)行熱交換，充分回收了中變氣的熱能，降低裝置能耗。利用轉(zhuǎn)化爐煙道氣高溫位預(yù)熱原料氣，利用煙道氣和轉(zhuǎn)化氣高溫余熱發(fā)生并過熱3.5MPa中壓蒸汽，利用轉(zhuǎn)化爐煙道氣低溫位余熱預(yù)熱燃燒用空氣，降低轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗。回收工藝?yán)淠?，減少除鹽水的用量。在中變氣冷卻的過程中，產(chǎn)生大量的冷凝水。水中含有微量的CO2、有機(jī)物，金屬離子的含量很低，經(jīng)酸性水汽提塔汽提后，經(jīng)檢驗(yàn)合格由凝結(jié)水泵（P-2101A/B）升壓后，送出裝置。采用PSA凈化工藝，提高氫氣質(zhì)量，降低裝置能耗。采用PSA凈化工藝的制氫裝置，工業(yè)氫壓力高，質(zhì)量好（純度99.9%以上）有利于降低加氫裝置的投

4、資和能耗。采用PSA凈化工藝還可以減少制氫裝置的燃料消耗，為全廠燃料氣平衡提供了靈活的手段。裝置內(nèi)外關(guān)系系統(tǒng)除了向裝置提供原料以及常用的水、電、風(fēng)、蒸汽、燃料氣、氮?dú)獾龋陂_工時(shí)，鄰近的制氫裝置為本裝置提供：40，2.0MPa（G），純度為99.9%（V）的產(chǎn)品氫氣。向系統(tǒng)提供3.5MPa，420的中壓蒸汽。1.1.2 制氫工藝原理 1.1.2.1加氫反應(yīng)部分的反應(yīng)原理加氫反應(yīng)加氫反應(yīng)是制氫工藝中一個(gè)重要的反應(yīng)，它是原料精制部分的起始步驟，它進(jìn)行的好壞將直接影響到下一步脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。加氫反應(yīng)的主要作用是把原料氣中的有機(jī)硫和有機(jī)氯通過加氫反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臒o機(jī)硫（H2S）和無機(jī)氯（HCl），以便

5、在后續(xù)的脫氯、脫硫反應(yīng)器內(nèi)脫除。反應(yīng)方程式如下：RSH + H2 = RH + H2SRSR+ 2H2 = RH + RH + H2SRSSR+ 3H2 = RH+ RH + 2H2SC4H4S + 4H2 = C4H10 + H2SCOS + H2 = CO + H2SCS2 + 4H2 = CH4 + 2H2S 影響加氫反應(yīng)的因素溫度：加氫反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，溫度降低將對(duì)反應(yīng)朝正方向進(jìn)行有利，但是考慮到催化劑的催化活性溫度，溫度又不能夠太低，況且根據(jù)反應(yīng)熱力學(xué)公式，溫度的升高將加速反應(yīng)的進(jìn)行速度，但溫度太高將會(huì)有析碳等副反應(yīng)發(fā)生，所以，對(duì)反應(yīng)溫度應(yīng)綜合考慮，取最優(yōu)溫度點(diǎn)。原料氣在鈷鉬催化劑

6、作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)時(shí)，操作溫度通?？刂圃?50-400范圍內(nèi)。當(dāng)溫度低于320，催化劑活性降低導(dǎo)致加氫效果明顯下降，溫度高于420以上催化劑表面聚合和結(jié)碳現(xiàn)象增加。壓力：對(duì)上述反應(yīng)來說，大都為體積不變的反應(yīng)，增加壓力對(duì)反應(yīng)進(jìn)行的影響不大。生產(chǎn)實(shí)際反應(yīng)的壓力一般控制在2.0-3.5MPa?？账伲嚎账賹?duì)加氫反應(yīng)有較大影響，空速大可以使單位時(shí)間內(nèi)通過反應(yīng)器的物料量增大，增加裝置的生產(chǎn)能力，但是空速過大，中變氣還沒有在催化劑床層上充分反應(yīng)就已經(jīng)通過床層，降低了催化劑內(nèi)表面利用率，使反應(yīng)進(jìn)行的不夠完全。空速小可以使反應(yīng)物與催化劑充分接觸，增加反應(yīng)時(shí)間，從而使中變反應(yīng)進(jìn)行的更加徹底，但是，空速過小，單位時(shí)

7、間內(nèi)流過催化劑床層的物料量就少，裝置的生產(chǎn)能力就會(huì)降低，這對(duì)于裝置來講是不經(jīng)濟(jì)的。因此應(yīng)根據(jù)多方因素綜合考慮，確定一個(gè)合理的空速。組成（配氫量）：氫氣是加氫反應(yīng)的反應(yīng)物之一。配氫不足，加氫反應(yīng)進(jìn)行的不徹底，有機(jī)硫化物加氫不完全，容易使后序催化劑中毒；增加配氫量將使反應(yīng)物的濃度增加，有利于加氫反應(yīng)的正向進(jìn)行。過剩的氫氣還可保持轉(zhuǎn)化爐入口段催化劑為還原態(tài)，但配氫量過大將使裝置能耗增大，從經(jīng)濟(jì)方面講是不合算的。1.1.2.2脫硫反應(yīng)部分的反應(yīng)原理脫氯反應(yīng)CL-+ H+HCL脫硫反應(yīng)硫是制氫反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化催化劑的主要毒物，對(duì)制氫反應(yīng)過程中的一系列催化劑都有毒害作用，反應(yīng)原料氣中含0.5ppm以上的硫化

8、氫就可能造成轉(zhuǎn)化催化劑失活，因此，必須將反應(yīng)物中所含的硫除去。對(duì)本裝置而言，采用氧化鋅脫硫工藝：氧化鋅脫硫劑是一種高效的脫硫劑，經(jīng)過氧化鋅脫硫后，原料中的硫含量可以降低到0.5ppm以下。其反應(yīng)式如下：ZnO + H2S ZnS + H2O由于該反應(yīng)的平衡常數(shù)非常大，反應(yīng)幾乎是不可逆的。另外，ZnO脫硫劑還可以把部分殘余的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成H2S進(jìn)而將其脫除。氧化鋅脫硫劑屬于消耗型的化學(xué)藥劑，每個(gè)生產(chǎn)周期的用量大約為20噸左右。影響ZnO脫硫反應(yīng)的因素溫度脫硫反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，溫度降低將對(duì)反應(yīng)有利，但由于該反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)很大，所以，只要反應(yīng)溫度達(dá)到ZnO的活性溫度，該反應(yīng)就可以認(rèn)為是完全進(jìn)行

9、，故對(duì)該反應(yīng)溫度只要在ZnO脫硫劑的活性溫度范圍內(nèi)即可。一般情況下，升高溫度可以加快硫的吸收速度，進(jìn)而可以提高硫容，故在工況末期可以通過適當(dāng)提升脫硫反應(yīng)器床層溫度的方法提高ZnO脫硫劑的利用率。壓力脫硫反應(yīng)是等體積變化，因而壓力對(duì)反應(yīng)的影響在考慮反應(yīng)影響因素的時(shí)候可以忽略不計(jì)?？账伲嚎账傩。瑔挝粫r(shí)間內(nèi)通過反應(yīng)器的物料量少，脫硫更加徹底，但生產(chǎn)能力低；空速大，ZnO脫硫劑的過渡區(qū)過大，脫硫劑利用率降低，脫硫效果下降，故應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要選取適宜空速。組成水（蒸汽）的存在對(duì)脫硫反應(yīng)有較大的抑制作用，同時(shí)，由于原料含水而易造成脫硫劑結(jié)塊、粉碎，因此，要嚴(yán)格控制原料氣中水的含量。1.1.2.3轉(zhuǎn)化反應(yīng)

10、部分的反應(yīng)原理轉(zhuǎn)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)是制氫裝置的核心反應(yīng)部分。原料氣（油田氣）在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)通過轉(zhuǎn)化催化劑的作用，與配入的過量的水蒸汽發(fā)生蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下：CH4 + H2O CO+ 3H2（強(qiáng)吸熱反應(yīng)）CnHm + nH2O nCO+（n+m/2）H2（強(qiáng)吸熱反應(yīng)）CO + H2O = CO2 + H2（放熱反應(yīng)）由上面的方程式可以看出，轉(zhuǎn)化反應(yīng)的兩個(gè)主反應(yīng)都是強(qiáng)吸熱反應(yīng)。轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱由轉(zhuǎn)化爐供給。轉(zhuǎn)化爐的燃燒情況及熱效率直接影響轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行。如熱量供給不足，則影響產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率和氫氣的產(chǎn)率。影響轉(zhuǎn)化反應(yīng)的因素壓力：提高壓力是近年來蒸汽轉(zhuǎn)換法的重要技術(shù)改進(jìn)之一。蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是體積增大

11、的反應(yīng)，增大壓力不利于轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行，使轉(zhuǎn)化率下降。而這個(gè)缺點(diǎn)可以通過改變操作條件（如提高爐出口溫度、加大水碳比等）來克服。而對(duì)于整個(gè)過程提高操作壓力有如下突出優(yōu)點(diǎn)： 降低壓縮機(jī)動(dòng)力消耗：由于工業(yè)氫使用時(shí)需加壓到7.5MPa以上，故壓縮機(jī)功率消耗對(duì)氫氣成本有較大關(guān)系，而在氣體整個(gè)壓縮過程中，起始階段消耗功率占有較大比例。而烴類轉(zhuǎn)化制氫又是一個(gè)體積增大的反應(yīng)（一般比原料增大45倍），因此將體積較小的原料壓縮到一定程度可大大降低壓縮費(fèi)用（就是說：壓縮1m3的原料就等于壓縮45m3的氫氣）。 提高熱效率：變換氣中含有的過剩蒸汽由于操作壓力的提高，水蒸氣分壓也隨之提高，其露點(diǎn)溫度也升高，從而提高了蒸汽作

12、為加熱熱源的可能性。否則在常壓下操作，蒸汽的露點(diǎn)溫度較低，蒸汽的冷凝熱不但不能利用而且為了將其從氣體中除去還要建立龐大的冷卻系統(tǒng)。這對(duì)制氫的能耗控制來講是不經(jīng)濟(jì)的。 加壓可提高設(shè)備生產(chǎn)能力和催化劑利用率。 提高操作壓力后可使管線及設(shè)備縮小，從而節(jié)省了占地面積。 提高壓力對(duì)氣體凈化（化學(xué)吸收或PSA）有利。為此，轉(zhuǎn)化反應(yīng)壓力一般控制在1.64.0MPa。溫度：轉(zhuǎn)化反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此提高反應(yīng)溫度在加快反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，更有利于反應(yīng)平衡向正方向移動(dòng)，提高轉(zhuǎn)化率，但是，提高溫度要受到轉(zhuǎn)化爐管和反應(yīng)器材質(zhì)以及催化劑活性的限制，并將增加裝置的綜合能耗，因而不能靠無限制的提高反應(yīng)的溫度來提高轉(zhuǎn)化率。本裝置

13、正常生產(chǎn)中一般控制轉(zhuǎn)化出口在820左右。空速：空速是反應(yīng)轉(zhuǎn)化催化劑轉(zhuǎn)化能力大小的一個(gè)重要指標(biāo)。一般情況下，在保證產(chǎn)品質(zhì)量要求的條件下，能達(dá)到的空速越大，催化劑的性能越好，生產(chǎn)能力越大，但空速過大將使轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行得不夠完全，造成原料氣的浪費(fèi)。水碳比：水碳比是影響轉(zhuǎn)化反應(yīng)的一個(gè)重要因素，水碳比增加有利于反應(yīng)平衡向正向移動(dòng)，有利于提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，但是，過大的水碳比會(huì)增加空速，同時(shí)又會(huì)引起轉(zhuǎn)化爐的入出口壓差增大，發(fā)生催化劑氧化等副反應(yīng)的幾率增加，同時(shí)由于水蒸氣的熱容較大，過多的水蒸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，會(huì)使加熱反應(yīng)物所消耗的燃料氣量增大，能耗增加，同時(shí)增加了后續(xù)中變氣冷卻分液的壓力；水碳比過低，會(huì)導(dǎo)致烴類在催

14、化劑表面結(jié)碳，使催化劑失活，因而必須根據(jù)反應(yīng)條件選擇合適的水碳比。1.1.2.4中變反應(yīng)部分的反應(yīng)原理中變反應(yīng)中變反應(yīng)的作用是將轉(zhuǎn)化氣中含有的大量的一氧化碳通過變換催化劑的作用與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步生成氫氣和二氧化碳的過程。主要反應(yīng)：CO+H2OCO2+H2 （放熱反應(yīng)）影響中變反應(yīng)的因素溫度：中變反應(yīng)屬放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但考慮到催化劑的活性以及相平衡常數(shù)的關(guān)系，溫度又不能降得太低。本裝置實(shí)際操作過程中，控制中變反應(yīng)器進(jìn)料溫度控制在340左右（出口溫度400左右）。壓力：中變反應(yīng)是體積不變的反應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)的影響不大，因此，可以不考慮壓力對(duì)反應(yīng)的影響?？账伲嚎账俅罂梢允箚挝?/p>

15、時(shí)間內(nèi)通過反應(yīng)器的物料量增大，增加裝置的生產(chǎn)能力，但是空速過大，中變氣還沒有在催化劑床層上充分反應(yīng)就已經(jīng)通過床層，使反應(yīng)進(jìn)行的不夠完全?？账傩】梢允狗磻?yīng)物與催化劑充分接觸，增加反應(yīng)時(shí)間，從而使中變反應(yīng)進(jìn)行的更加徹底，但是，空速過小，單位時(shí)間內(nèi)流過催化劑床層的物料量就少，裝置的生產(chǎn)能力就會(huì)降低，這對(duì)于裝置來講是不經(jīng)濟(jì)的。因此應(yīng)根據(jù)多方因素綜合考慮，確定一個(gè)合理的空速。水氣比：水氣比是指變換原料氣中水蒸氣和干原料氣（或原料氣中的CO）之比（體積或摩爾）。由變換反應(yīng)方程式可知，工藝氣體中的水蒸氣含量增多，也就是水氣比增大，無論從反應(yīng)平衡和反應(yīng)速度來講，都有利于反應(yīng)向生成H2和CO2的方向進(jìn)行，即有利

16、于CO的變換，提高變換率。另外，提高水氣比有利于抑制甲烷化等負(fù)反應(yīng)的發(fā)生。因此，變換反應(yīng)總是在過量的水蒸氣中進(jìn)行，如果變換反應(yīng)的水氣比過小，可以適當(dāng)加大轉(zhuǎn)化的水碳比。但是水氣比也不宜過大，過大的水氣比不但增大了水蒸氣的消耗，還會(huì)增大系統(tǒng)阻力或降低反應(yīng)器的生產(chǎn)能力甚至使反應(yīng)溫度難于維持。另外，對(duì)于一個(gè)設(shè)定的反應(yīng)器來說，過大的水氣比意味著空速增大，反應(yīng)時(shí)間相應(yīng)減少，反而會(huì)降低變換率。1.1.3 PSA工藝原理1.1.3.1 PSA工藝原理吸附是指兩種相態(tài)不同的物質(zhì)相接觸時(shí)，其中密度較小的物質(zhì)的分子在密度較大的物質(zhì)表面富集的現(xiàn)象和過程。前者通常為密度相對(duì)較小的氣體或液體，稱為吸附質(zhì)；而后者通常為密度

17、相對(duì)較大的多孔固體，叫做吸附劑。吸附按其性質(zhì)的不同可分為四大類，即：化學(xué)吸附、活性吸附、毛細(xì)管凝縮、物理吸附?；瘜W(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)間發(fā)生有化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成化合物的吸附過程。其吸附過程一般進(jìn)行得很慢，且解吸過程非常困難。活性吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)間生成有表面絡(luò)合物的吸附過程，其解吸過程一般也較困難。毛細(xì)管凝縮是指固體吸附劑在吸附蒸氣時(shí)，在吸附劑孔隙內(nèi)發(fā)生的凝結(jié)現(xiàn)象。一般需加熱才能完全再生。物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（即范德華力）進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附過程進(jìn)行的極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。

18、PSA制氫裝置中的吸附主要為物理吸附。1.1.3.2 PSA吸附劑工業(yè)PSA制氫裝置所用的吸附劑都是具有較大比表面積的固體顆粒，主要有：活性氧化鋁類、硅膠類、活性炭類和分子篩類。吸附劑種類不同，其孔隙大小分布、比表面積以及表面性質(zhì)等亦不同，因此對(duì)混合氣體中的各組分的吸附能力和吸附容量各異。本氫提純裝置所用吸附劑如下：活性氧化鋁本裝置所用活性氧化鋁為一種物理化學(xué)性能極其穩(wěn)定的高空隙AL2O3，規(guī)格為3-5球狀，抗磨耗、抗破碎、無毒。對(duì)幾乎所有的腐蝕性氣體和液體均不起化學(xué)反應(yīng)。裝填在PSA單元吸附塔底部，主要用于脫除水分。專用活性炭本裝置所用活性炭是以煤為原料，經(jīng)化學(xué)和熱處理得到的孔隙發(fā)達(dá)的專用活

19、性炭，屬于耐水型無極性吸附劑，對(duì)原料氣中幾乎所有的有機(jī)化合物都有良好的親和力。其規(guī)格為1.52柱狀，裝填于吸附塔中部用于脫除甲烷和二氧化碳。專用分子篩本裝置所用的分子篩為一種具有立方體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，規(guī)格為2-3球狀，無毒，無腐蝕性。該分子篩不僅有著發(fā)達(dá)的比表面積，而且有著非常均勻的空隙分布，其有效孔徑為0.5m，因此是一種吸附容量較大且吸附選擇性極佳的優(yōu)良吸附劑，裝填于吸附塔的上部，用于脫除甲烷和一氧化碳。幾乎所有的吸附劑都是吸水和二氧化碳的，特別是5A分子篩具有極強(qiáng)的親水性，因而在吸附劑的保管和運(yùn)輸過程中應(yīng)特別注意防潮和包裝的完整性。5A分子篩如果受潮和與空氣接觸，則必須作活化處理。對(duì)

20、于廢棄的吸附劑，一般采用深埋處理。但應(yīng)注意：在卸取吸附劑時(shí)，必須先用氮?dú)鈱?duì)吸附塔進(jìn)行置換，徹底置換掉塔內(nèi)的有毒或爆炸性氣體。1.1.4 制氫基本概念1.1.4.1 催化劑催化劑：是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度或方向，反應(yīng)前后本身性質(zhì)不發(fā)生變化的物質(zhì)。作為催化劑的物質(zhì)具有以下特性：活性：衡量催化劑催化效能大小的標(biāo)準(zhǔn)，通常用通過催化劑床層后反應(yīng)了的原料克分子數(shù)與通過催化劑床層的總原料克分子數(shù)的比值表示。 選擇性：是指催化劑能改變反應(yīng)方向，使反應(yīng)向我們希望的方向進(jìn)行。催化劑中毒：指催化劑的活性及選擇性可能由于某些外來的微量物質(zhì)的存在而下降或完全失去的現(xiàn)象叫催化劑中毒。催化劑中毒可分為可逆中毒與不可逆中毒兩

21、種方式?？赡嬷卸荆菏侵父街诖呋瘎┍砻娴亩疚锱c催化劑的附和力或者化合力較弱，可用比較簡單的方法使催化劑恢復(fù)活性，這種中毒叫可逆中毒。永久中毒：是指附著在催化劑表面的毒物與催化劑的附合力或結(jié)合力較強(qiáng)，不能用一般的方法將毒物除去使催化劑恢復(fù)活性的中毒叫永久中毒。這種中毒又叫不可逆中毒。1.1.4.2 硫穿透使用氧化鋅(ZnO) 作為脫硫催化劑時(shí)，在脫除原料中硫的過程中，靠反應(yīng)器入口側(cè)的催化劑由于吸附硫首先飽合，隨著生產(chǎn)過程的繼續(xù)，飽合層逐漸擴(kuò)大，當(dāng)催化劑飽合層接近反應(yīng)器出口時(shí)，脫硫后原料氣中硫含量就會(huì)增加，正常操作情況下，脫硫后原料氣中硫含量 0.5ppm時(shí)，即認(rèn)為硫穿透。1.1.4.3硫容及其計(jì)

22、算方法所謂硫容是指在滿足脫硫催化劑使用要求的條件下， 每100公斤脫硫劑所能吸附的硫的公斤數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)表示。催化劑總硫容原料氣總處理量（原料氣進(jìn)口平均含硫量出口平均含硫量）/催化劑裝填量1.1.4.4總碳原子數(shù)總碳原子數(shù)是：指原料氣中各組份烴類所含碳原子數(shù)的總和。 用C表示，計(jì)算方法：C=1C1+2C2+3C3+nCn其中：C1、C2Cn分別表示原料氣中1個(gè)碳原子數(shù)的氣體（如甲烷）、2個(gè)碳原子數(shù)的氣體組份（如乙烷）及n個(gè)碳原子數(shù)的烴類的體積百分?jǐn)?shù)。1.1.4.5水氣比及水碳比在轉(zhuǎn)化進(jìn)料中，水蒸汽體積流量與原料氣體積流量之比值稱為水氣比或蒸汽比。所謂水碳比是指水蒸汽體積流量與原料氣體積流量和總

23、碳原料數(shù)乘積的比值。1.1.4.6空速空速指單位時(shí)間單位催化劑所通過原料氣流量，分為體積空速和重量空速兩種表示方式。 單位：小時(shí)-1 1.1.4.7轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率：是指在給定的溫度、壓力和物料流量條件下，經(jīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)后已經(jīng)轉(zhuǎn)化了烴類總碳量和原料中烴類總碳量的百分比率，用公式表示:1.1.4.8變換率變換率：表示一氧化碳變換程度的量，通常用已反應(yīng)了的一氧化碳量與反應(yīng)物中總的一氧化碳量之比來表示。 式中：a表示反應(yīng)前混合氣體中的CO含量（或體積百分?jǐn)?shù)） b表示反應(yīng)后混合氣體中CO含量（或體積百分?jǐn)?shù)）1.1.5 工藝流程說明本裝置采用烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法造氣，PSA法凈化提純的工藝路線制取氫氣。天然氣在轉(zhuǎn)化

24、爐內(nèi)通過轉(zhuǎn)化催化劑的作用與水蒸氣在820條件下反應(yīng)，可以得到CO、CO2、H2和未反應(yīng)的CH4、H2O的混合氣，此過程叫烴類蒸汽轉(zhuǎn)化，所產(chǎn)氣體稱為轉(zhuǎn)化氣，反應(yīng)方程式如下：CH4 + H2O CO+ 3H2CnHm + nH2O nCO+（n+m/2）H2CO + H2O = CO2 + H2轉(zhuǎn)化氣中的CO在340左右通過變換催化劑的作用與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步生成氫氣和二氧化碳。反應(yīng)方程式如下：CO + H2O CO2 + H2變換后的混合氣（主要含有CH4、CO2、CO等雜質(zhì)）經(jīng)過換熱，降溫（至40左右）后利用中變氣PSA提純單元提濃后得到純度高達(dá)99.9%的工業(yè)氫氣送出裝置。原料中的硫、氯

25、等元素是轉(zhuǎn)化催化劑的主要毒物，因此，在原料進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐之前，必須對(duì)之進(jìn)行預(yù)處理，即需經(jīng)過原料精制部分后才能作為轉(zhuǎn)化的合格進(jìn)料。1.1.5.1 制氫裝置生產(chǎn)流程簡述自裝置外來的40左右，0.10.4MPa的油田氣在壓縮機(jī)入口分液罐（D-2101）切液，由原料氣壓縮機(jī)K-2101A/B升壓至3.2MPa后，送中變氣/原料氣換熱器（E-2101）和中變氣/原料氣換熱器（E-2102）加熱至360，進(jìn)入加氫反應(yīng)器R-2101將原料氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫（H2S），有機(jī)氯轉(zhuǎn)化為無機(jī)氯（HCl），再經(jīng)過脫硫反應(yīng)器R-2102分別將原料氣的含氯量降至0.1ppm以下，含硫量降至0.5ppm以下。經(jīng)過預(yù)處理的360，3.1MPa的原料氣與本裝置內(nèi)余熱鍋爐自產(chǎn)的3.5MPa、420的水蒸汽混合（水碳比為3.2），經(jīng)轉(zhuǎn)化爐（F-2101）對(duì)流段預(yù)熱到520后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐管，在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)發(fā)生烴類的水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣由H2O、H2、CO、CO2和殘余甲烷組成。其中殘余甲烷干基含量為5%（V）（設(shè)計(jì)值）。自轉(zhuǎn)化爐F-2101出來的820、2.45MPa（G）的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣廢熱鍋爐(ER-2102)管程，與殼程鍋爐給水換熱發(fā)生3.5MPa的中壓蒸汽，轉(zhuǎn)化氣自身降溫至340-360，降溫后的轉(zhuǎn)化氣自上而下的通