天然气制氢分析和总结.docx

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天然气制氢工艺常见事故的处理

前言：

氢气是自然界中较为丰富的物资，也是应用最广泛的物资之一。氢气主要用于炼油工业中加氢裂化，加氢精制，合成氨、甲醇、燃料油等。制氢装置的生产流程复杂，生产过程伴随高温高压，产品及原料都是易燃易爆的危险化学品，如果发生泄漏，极易发生着火爆炸事故。装置内所用催化剂品种繁多，操作条件苛刻，稍有不慎便会造成设备及催化剂的损坏。

实验部分：

天然气制氢原理

天然气制氢包括以下两个过程的主反应：

天然气和水在1000℃高温和氧化镍催化剂的条件下反应生成一氧化碳和氢气。

反应式如下：

CH4+H2O→CO+H2 +Q

一氧化碳和水在430℃高温和三氧化二铁催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气。

反应式如下：

CO+H2O→CO2+H2 +Q

天然气制氢工艺流程

外界天然气经减压阀调节至0.5Mpa后，在经天然气分离器缓冲并由压缩机压缩到2.7Mpa，后经流量调节器调量后入蒸汽转化炉对流段预热至390℃，进入脱硫槽，使原料气中的硫脱至0.2ppm以下。脱硫后的原料气与工艺蒸汽按水碳比3.5:1的比值混合后进入混合预热管进一步预热至550~600℃，经上支尾管均匀的进入56根转化管中。在催化剂床层中，甲烷与水反应生成一氧化碳二氧化碳和氢气。甲烷转化所需的热量由顶部烧嘴燃烧燃料混合气提供。转化气出转化炉温度约830℃，残余甲烷含量约为3%~4%，进入废热锅炉换热至350℃，进入中变炉，在中变炉中转化气中的一氧化碳和水反应生成二氧化碳和氢气形成变换气。变换气经中变气换热器、锅炉给水预热器、中变气脱盐水换热器和水冷器换

热至40℃后进入中变气气液分离器分理处工艺冷凝液，工艺气体压力降至1.9Mpa送至PSA进行提纯。

制氢常见的工艺事故及解决

制氢的工艺事故，主要是操作、设备、催化剂、原料或公用工程等原因所引起的工艺参数超标、生产波动或停工等事故。

造气系统工艺常见事故处理

造气系统工艺是氢气产生的主要流程，也是事故多发段，其产氢的质量直接影响到氢气的提纯。

脱硫气质量不合格

脱硫气质量不合格，主要指脱硫气中硫含量超标。原料中的硫元素对转化及低变催化剂有极大的危害，脱硫气含硫量超过0.2ppb，将会使转化剂中毒，低变进料中含硫量超过0.2ppb，对低变催化剂的活性有较大影响。

生产中，脱硫气质量不合格时脱硫反应器床层和氢反应器床层出现热点，脱硫反应器出口气体含硫量过高等现象。天然气作为制氢原料，含硫量超过加氢转化能力和脱硫剂吸附能力容易造成脱硫气质量不合格，在操作中，脱硫反应器温度低，进料量大，配氢小也是造成脱硫气不合格的主要原因。

当脱硫气不合格时，分析原因，如果是原料超标所致，立即切除原料。操作人员提高操作质量，保持反应器温度，控制好配氢量，保证硫的转化和吸收。

转化催化剂硫中毒

转化剂中毒主要是指转化催化剂在长期运行中由于原料脱硫不合格造成硫的积累而使催化剂失活。

转化催化剂硫中毒后，其活性下降，上部催化剂由于没有发生吸热反应而使炉管温度异常升高，转化出口甲烷也快速升高；中毒严重会发生芳烃穿透，上部首先出现红管现象而逐渐向下部延伸，炉进出口压差增大。

当催化剂发生轻微中毒时，可已通过降低生产负荷、改换干净原料在高水碳比的条件下运行一段时间，如果上部炉管温度下降，转化出口甲烷逐渐降低，说明放流措施有效；效果不好即切除原料，催化剂在还原气氛中运行一段时间，以达脱硫再生目的。如果中毒比较严重，可通过氧化还原的处理方法，如下：

切除低变，切除进料，转化系统氮气循环，压力将至0.5~1.0Mpa，配气量维持在正常操作时的20%~30%，控制床层温度低于正常值，运转8h。

在压缩机入口配入干净氢气，将水氢比逐步提到3左右，维持运转4h，配入的氢气此时与催化剂上的硫起反应生成硫化氢放出。

当转化出口的硫化氢含量小于0.2ppb时，停止配氢，再配入氮气将氢气置换。

分析转化出口的二氧化碳含量相等时，在压缩机入口配入氢气，将水氢比逐步提到3左右进行再次放硫，及时分析转化气中的硫含量，含硫高时用氢气置换，当转化出口的硫化氢含量小于0.1ppb时，在此条件下运行4h，放硫结束。

转化催化剂积碳

转化催化剂积碳是催化剂的活性表面被掩盖，炉管被堵塞，出现炉管出现红管和花管，转化炉出口压力持续升高等现象，甲烷得不到转化而导致生产无法维持。

转化催化剂积碳主要有：催化剂装填时，催化剂在高空落下容易造成粉碎和装填不均匀，容易造成积碳；在生产过程中，催化剂水解导致粉碎负荷加重，催化剂失活，炉嘴的偏烧等都有可能造成积碳。所以要求操作人员密切注意这些事项。

当催化剂积碳时，如果不严重，可以通过降低负荷、切换较轻原料在高水碳比的条件下运行一段时间，如果