天燃气制氢操作规程

天然气制氢

第一章天然气制氢岗位基本任务

以天燃气为原料的烃类和蒸汽转化，经脱硫、催化转化、中温变化，制得丰富含氢气的转化气，再送入变压吸附装置精制，最后制得纯度≥99.9%的氢气送至盐酸。

1.1工艺流程说明

由界区来的天然气压力为1.8～2.4MPa，经过稳压阀调节到1.8Mpa,进入原料分离器F0101后，经流量调节器调量后入蒸汽转化炉B0101对流段的原料气预热盘管预热至400℃左右，进入脱硫槽D0102,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约为3.5进行自动比值调节后进入混合气预热盘管，进一步预热到～590℃左右，经上集气总管及上猪尾管，均匀地进入转化管中，在催化剂层中，甲烷与水蒸汽反应生产CO和H2。甲烷转化所需热量由底部烧咀燃烧燃料混合气提供。转化气出转化炉的温度约650--850℃，残余甲烷含量约3.0％（干基），进入废热锅炉C0101的管程，C0101产生2.4MPa（A）的饱和蒸汽。出废热锅炉的转化气温度降至450℃左右，再进入转化冷却器C0102，进一步降至360℃左右，进入中温变换炉。转化气中含13.3％左右的CO，在催化剂的作用下与水蒸气反应生成CO2和H2，出中变炉的转化气再进入废热锅炉C0101的管程换热后，再经锅炉给水预热器C0103和水冷器C0104被冷至≤40℃，进入变换气分离器F0102分离出工艺冷凝液，工艺气体压力约为1.4MPa（G）。

燃料天然气和变压吸附装置来的尾气分别进入转化炉的分离烧嘴燃烧，向转化炉提供热量≤1100℃。

为回收烟气热量，在转化炉对流段内设有五组换热盘管：（由高温段至低温段）蒸汽－A原料混合气预热器， B 原料气预热器，C烟气废锅，D燃料气预热器，

E尾气预热器

压力约为1.4的转化工艺气进入变化气缓冲罐，再进入PSA装置。采用5-1-3P，即（5个吸附塔，1个塔吸附同时3次均降）。常温中压下吸附，常温常压下解吸的工作方式。每个吸附塔在一次循环中均需经历；吸附A，→一均降E1D，→二均降E2D，→顺放PP，→三均降E3，→逆放D，→冲洗P，→三均升E3R，→二均升E2R，→一均升E1R，→终升FR，等十一个步骤。五个吸附塔在执行程序的设定时间相互错开，构成一个闭路循环，以保证转化工艺气连续输入和产品气不断输出。

1.2原料天然气组份表

PSA尾气组份表

1.3天然气制氢岗位主要设备一览表

变压吸附主要设备

1.4正常操作主要设计指标（1）温度

第二章工艺基本原理说明

2.1.1 天然气脱硫

在一定的温度、压力下，原料气通过氧化锰及氧化锌脱硫剂，将原料气中的有机硫、H2S脱至0.2PPm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求，其主要反应为：

COS + MnO MnS + CO2

H2S + MnO MnS + H2O

H2S + ZnO ZnS + H2O

2.1.2烃类的蒸汽转化

烃类的蒸汽转化是以水蒸气为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到支取氢气的原料气。这一过程为吸热过程，转化所需热量由转化炉辐射段燃烧天然气提供。

在镍催化剂存在其主要反应如下：

CH4 + H2O CO + 3H2 - Q

CO + H2O CO2 + H2 + Q

2.1.3中温变换

转化炉送来的原料气，含13.3％左右的CO，变换的作用是使CO在催化剂存在的条件下，与水蒸汽反应而生成CO2和H2。这样，增加了需要的原料氢气。

中温变换反应的反应方程式如下：

CO + H2O CO2 + H2 + Q

这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸汽，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反应速度。

第三章原始开车准备工作

3.1现场清理、检查

首先要清理现场，清除一切与安装无关的东西，要保证进出口道路及安全通道的畅通。要特别注意检查与安全有关的设施是否齐备完好，如消防栓、灭火器、安全阀、阻火器、放空管、电气防爆设施等。

3.2系统吹扫

吹扫的目的是吹出设备、管道的杂物，保证投产后的产品质量及不出现堵塞阀门、管道和仪表事故。

3.3 管道、设备清洗

管道、设备、阀门等在制造过程中，表面积有不少油污、杂物，单靠吹除一般处理不干净，一旦带到催化剂上会毒害催化剂，带入产品会影响其质量，当杂物太多时还会造成管道、阀门、仪表的堵塞，因而必须要清洗。

3.4气密性试验

气密性试验的目的是检查设备、阀门、管线、仪表、连接法兰、焊缝是否密封，有无泄漏。气密性试验采用压缩空气，试验压力一般采用最高操作压力的1.15倍。在试验压力下，保压10分钟，再将压力降至设计压力，停压30分钟，以压力不下降、无泄漏为合格。

主要物料天然气、氢气为易燃易爆、有毒性物料，故在气密性试验中还需测定泄漏率。泄漏率试验压力为设计压力，时间为24小时，泄漏率以平均每小时≤0.5％为合格。

3.4 单机试车

单机试车目的是考验主要设备性能及组装质量，应按设计要求、机泵使用说明书等有关规定进行，包括如下几项主要内容：

①锅炉给水循环泵J0103a/b的运转性能、输送量和压力；

②锅炉给水泵J0102a/b的运转性能、输送气量和压力；

③引风机J0101的运转性能、输送气量和压力；

3.5 仪表的检查和校验

在系统进行化工试车之前，应由专业人员及操作工人配合对整个仪表系统进行全面检查及调试，看是否符合工艺设计的要求。进行各仪表报警值的试验，看是否准确可靠，同时查看报警指示灯和声响是否正确。

3.6 吹干

上述工作完成之后，开车前的工作以基本完成。打开设备管道的排污阀，将水排净。由于反应系统、还原活化系统不允许有水，故必须吹干。

3.7烘炉

砌有耐火材料衬里的炉子，在施工或大修后投入运行前都必须在常温养护之后进行烘炉工作以除去耐火材料或浇铸耐火材料中的水份（物理水和结晶水）。烘炉是在人工控制条件下进行干燥，这样可以放置这些水份在高温下突然大量逸出，而造成耐火材料的破裂，此举也增加了耐火材料的强度。因此，是一个重要的程序，必须精心操作严格控制保证质量以利设备长期运转。

3.7.1 烘炉前的准备

（1）安装后的新耐火材料在环境温度下最好养护72个小时以上才能开始烘炉。（2）彻底清理转化炉辐射段对流段、烟道耐火材料衬里是否完整，有无木材或其他零星杂物遗留在炉内。要确保炉内清洁，炉膛检查完毕后封闭入孔。

（3）烘炉期间测温用的热电偶的正确位置及可靠性，应当加以校核，如果正常的测温点的热电偶离开关键的耐火材料部位较远那就还要安装临时热电偶，转化炉B0101烘炉时的温度是以烟道气入对流段温度（TI－0107）为准。

（4）引风机试运转结束，连锁应调试合格。

（5）燃料气管线吹扫结束并用氮气置换至O2＜0.5%。

（6）烘炉前完成所有相关主管线的吹扫，并对转化管、对流段盘管充氮气保护，以免干烧。

（7）检查燃料气和蒸汽阀门，管线和仪表并拆除盲板。

（8）准备好点火枪、记录报表、安全防护用具，升温曲线，图表和方案。

3.7.2 转化炉（B0101）烘炉。

（1）启动引风机，保持炉膛负压（底部负压PI0104：-50~70Pa）。

（2）用引火器点燃底部常明灯烧嘴，要按均布对称方式去点燃烧嘴，以保证炉膛中部供热均匀，防止高温烟道气与低温炉壁接触。