烃类蒸汽转化流程
第2章 合成气
3、脱碳方法的选择
氨加工的品种
取决于
气化所用原料和方法 后继气体精炼方法 各脱碳方法的经济性
2.2.4.原料气的精炼(CO、CO2、O2、水等)
1、铜氨溶液吸收法 氯化铜氨液 吸 蚁酸铜氨液 收 碳酸铜氨液 液 醋酸铜氨液 (1)、铜液的组成
总量≤10ppm
铜离子浓度(铜比) 氨含量 醋酸浓度 残余CO、CO2(再生液)
3、甲烷化法
互逆 甲烷蒸汽转化 机理分析：
甲烷蒸汽转化机理
CH4 + [ ] ? [CH 2 ]
[CO] [ ] + CO
甲烷化机理
CO + [ ] [CO]
H2
[CH2 ] + H2O [CO] + 2H2
[CO] + [ ] [C ] + [O]
[C] + H2 ? [CH2 ] H2 揪快? CH4 [ ]
CH 4 + H 2O CO + 3H 2
H2O + [ ] [O] + H 2
[O] + H2 ? H2O [ ]
CO2 + [ ] ? [CO2 ]
[CO2 ] + [ ] [CO] + [O* ]
CO + [O] [ ] + CO2
CO + H 2O CO2 + H 2
利用催化剂使CO、CO2加氢生成CH4使气体 精炼的方法，可使CO、CO2&度增加都会造成扩散系数下降
5.活性系数与催化剂用量
活性系数指真实工业条件下的使用活性与标准条件下的比值 催化剂用量：
VK
yCO ,2 dy G CO = r òyCO ,1 xA k
烃类水蒸气转化法制氢概述
烃类水蒸气转化法制氢概述摘要：本文以烃类水蒸气转化法为例概述了原料经过预处理、转化、中温变换、PSA变压吸附等步骤转化为氢气纯度达到99.9%以上的过程。
关键词：烃类水蒸气转化预处理吸附提纯1 烃类水蒸气转化法原理烃类水蒸汽转化是以烃类为原料，在一定温度和催化剂作用下使烃类和水蒸汽经过一系列的分解、裂化、脱氢、结炭、消炭、氧化、变换、甲烷化等反应，最终转化为H2、CO、CO2、和少量残余的CH4，其中H2是本阶段的目的产物。
烃类的蒸汽转化反应如下：CnHm+nH2O=nCO+（n+m/2）H2――QCH4+H2O=CO+3H2――206000KJ/KmolCO+H2O=CO2+H2――41200KJ/Kmol转化炉内进行的烃类蒸汽转化反应是一个极复杂的平行、顺序反应体系。
从以上反应原理中可以看出其反应过程需需要吸收大量的热，这就要就反应要有较高的反应温度，而烃类易在高温下裂解结炭特别是烯烃，结炭是转化过程中的必然反应，当结炭反应速度大于消炭反应速度时，转化催化剂就会积炭，使催化剂活性下降甚至丧失。
为保证催化剂活性，就要有大于反应所需求过量的水蒸气来进行消炭，从转化后阶段来看，反应生成的CO也需要水蒸汽与之反应，所以生产时要求转化进料始终保持一定的水碳比，使消炭速度大于结炭速度，避免催化剂上炭的沉积。
烃类水蒸气转化法其催化剂主要活性组分为单质Ni，其对原料品质有较高要求，原料中的硫、氯等有害杂质能与转化催化剂活性组分Ni反应生成不可逆转的化合物，从而使其永久性中毒失去活性。
为了充分发挥转化催化剂的活性，并获得较高的氢收率，转化床层一般装填有两种不同性能的催化剂，一般选用Z417/Z418转化催化剂。
Z417/Z418转化催化剂可以适应多种原料，并且对脱毒的需求相对较低。
Z417含有一定钾碱金属的抗结炭助剂因此作为上段催化剂使用，其具有较好的低温活性及抗积炭性能，Z418具有较高的转化活性作为下段床层催化剂。
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它在工业生产和能源开发领域中具有广泛的应用。
在这篇文档中，我们将介绍甲烷蒸汽转化反应的基本原理、反应过程、应用和挑战等方面内容，旨在给读者提供一个更深刻的了解。
一、甲烷蒸汽转化反应的基本原理甲烷蒸汽转化反应是一种高温反应，其基本原理是将甲烷和水蒸气在高温和高压下反应，产生氢气和一氧化碳等烃类气体。
这种反应至少涉及两个化学反应，即水气转移反应和蒸汽重整反应。
水气转移反应是指甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应，生成氢气和二氧化碳。
这个反应式可以用如下式子表示：CH4 + H2O → CO + 3H2蒸汽重整反应是指将一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下反应，生成氢气和二氧化碳。
这个反应式可以用如下式子表示：CO + H2O → CO2 + H2这两种反应都需要催化剂的存在，通常使用镍作为催化剂。
而在反应中产生的一氧化碳和二氧化碳则被称为“反应渣”，需要进一步处理或回收。
二、甲烷蒸汽转化反应的反应过程甲烷蒸汽转化反应是一种复杂的反应，通常需要在高温和高压下进行。
反应过程可以分为三个主要步骤：甲烷水气转移、蒸汽重整和一氧化碳转换为二氧化碳等反应渣。
甲烷水气转移反应：在高温和高压下，甲烷和水蒸气在催化剂的加速下发生氧气和氢气的水气转移反应，生成CO和H2，反应可作为如下：CH4 + H2O → CO + 3H2蒸汽重整反应：反应前反应渣的CO和H2O进行重整反应，生成CO2和H2，反应可作为如下：CO + H2O → CO2 + H2其次在上述的反应过程中会产生一些二氧化碳、甲烷、一氧化碳等Reforming gas的其他成分，其中一氧化碳需要进一步氧气化、还原或其他的处理方式进行净化或者回收利用。
三、甲烷蒸汽转化反应的应用甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它在工业生产和能源开发等领域中具有广泛的应用。
其应用主要集中在以下几个领域：1.工业领域：甲烷蒸汽转化反应广泛应用于合成氨、甲醇、二甲醚等化工产品的生产。
2合成气(化学工艺学)解析
K P1
P CO
P3 H2
P P CH 4 H 2 O
K P2
P P CO 2 H 2 P CO P H 2 O
b.平衡组成的计算
已知条件： m原 料 气 中 的 水 碳 比 (m H2O)
CH4 P 系 统 压 力 ； T 转 化 温 度 假定：无炭黑析出
计算基准：1mol CH4 在甲烷转化反应达到平衡时，设x为按式(2-3)转化了
压力和水碳比确定后，按平衡甲烷的浓度来确定温度。一般要
求yCH4<0.005,出口温度应为1000℃ 左右。实际生产中，转
化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高， 这个差值叫平衡温距。
T ＝T－Te（实际温度－平衡温度） 平衡温距低，说明催化剂活性好。一、二段平衡温距通常分 别为 10~15 ℃ 和 15~30 ℃ 。
为代表来讨论气态烃类蒸汽转化 的主要反应及其控制条件。
➢ 烃类主要进行的反应 烷烃
烯烃 CnH2n n2H2O34nCH4 n4CO2 CnH2n nH2OnCO2nH2 CnH2n 2nH2OnCO2 3nH2
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
主要反应
高温、催化 剂
( 1 ) C 4 H H 2 O ＝ C 3 H O 2 2.4 0 km 6 J o ( 2 ) C H O 2 O ＝ C 2 H O 2 4 .2 k 1 /m J
水碳比 反应温度 反应压力
➢ 温度增加，甲烷平衡含量下降，反应温度每降 低10℃，甲烷平衡含量约增加1.0%-1.3%；
➢ 增加压力，甲烷平衡含量随之增大；
➢ 增加水碳比，对甲烷转化有力；
➢ 甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行 有利
合成氨工艺及反应原理简介
合成氨工艺及反应原理简介合成氨工艺采用烃类蒸汽转化法。
天然气经加压至4.05MPa，经预热升温在脱硫工序脱硫后，与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2，随后进入二段转化炉，在此引入空气，转化气在炉内燃烧放出热量，供进一步转化，同时获得N2。
工艺气经余热回收后，进入变换系统，将CO变为CO2，随后经脱碳、甲烷化反应除去CO和CO2，分离出的CO2送往尿素工艺。
工艺气进入分子筛系统除去少量水份，为合成氨提供纯净的氢氮混合气。
氢氮混合气经压缩至14MPa，送入合成塔进行合成氨的循环反应，少量惰性气体经过普里森系统分离进行回收利用。
产品氨送往尿素工艺和氨罐保存。
合成氨工艺的5个过程：1、天然气脱硫：R-SH+H2＝RH+H2S H2S+ZnO＝H2O(汽)+ZnS2、转化CH4+H20(汽)＝CO+3H2 CH4+2H2O(汽)＝CO2+4H2 （H2+ 1/2 O2＝H2O）3、变换：CO+H2O(汽)＝CO2+H24、脱碳：1）K2CO3＋CO2＋H2O⇔2KHCO32KHCO3⇔K2CO3＋CO2＋H2O2）甲烷化：CO+3H2＝CH4+H2O CO2+4H2＝CH4+2H2O5、N2＋3H2＝2NH31 脱硫系统工艺流程及原理1.1流程天然气进入界区后分为两路：一路作原料气，另一路作燃料气。
原料天然气进入原料气压缩机吸入罐116-F，除去携带的液体，经过原料气压缩机102-J被压缩到4.05MPa(G)，经过原料气预热盘管预热到399℃，接着原料气与来自合成气压缩机103-J一段的富氢气混合。
经过Co-Mo加氢器101-D把有机硫转换成H2S，将3 ml/m3的有机硫转化为无机硫，原料气中总硫为30～90ml/m3左右，经氧化锌脱硫槽脱硫至总硫小于0.5mg/m3。
随后进入氧化锌脱硫槽，天然气中的硫化物被ZnO所吸附，制得合格原料气。
ZnO脱硫槽共二个，可以串联或并联操作，一般串联操作。
阀门及管线的配置可以使任何一个脱硫槽停止使用而另一个继续运转。
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它可以将甲烷和水蒸气反应生成一系列有用的化学品，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等。
这种反应在化工生产中得到了广泛应用，尤其是在石油化工、化肥生产、合成气等领域。
甲烷蒸汽转化反应的化学方程式为：CH4 + H2O → CO + 3H2。
这个反应是一个放热反应，需要高温和高压条件下进行。
一般来说，反应温度在700℃以上，压力在1-3 MPa之间。
在这种条件下，甲烷和水蒸气可以充分反应，生成大量的氢气和一氧化碳。
甲烷蒸汽转化反应的反应机理比较复杂，主要包括以下几个步骤：首先，甲烷和水蒸气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气；其次，一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气；最后，氢气和一氧化碳在催化剂的作用下发生水气转移反应，生成更多的二氧化碳和氢气。
甲烷蒸汽转化反应的催化剂是非常重要的，它可以影响反应的速率和选择性。
目前，常用的催化剂包括镍、铁、钴等金属催化剂，以及氧化铝、硅酸盐等氧化物催化剂。
这些催化剂具有不同的催化活性和选择性，可以根据不同的反应条件和反应目的进行选择。
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，可以将甲烷和水蒸气转化为有用的化学品。
这种反应在化工生产中得到了广泛应用，对于
提高资源利用率和环境保护具有重要意义。
未来，随着科技的不断进步，甲烷蒸汽转化反应的催化剂和反应条件将会不断优化，为化工生产带来更多的发展机遇。
化学工艺学 第 2 章 合成气
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.5 转化反应工艺流程及转化炉
燃料用天然气 11
8 9 过 热 蒸 汽
5
2
1 3
一段转化
4
二段转化
对流段
7 10 蒸汽 空气 原料天然气 锅炉给水 转化气去变换 6
氢氮气来自合成
天然气蒸汽转化工艺流程
1、钴钼加氢反应器；2、氧化锌脱硫槽；3、对流段；4、辐射段（一段炉）；5、二段转化炉；6、第一废热锅炉；7、批二废热 锅炉；8、汽包；9、辅助锅炉；10、排风机；11、烟囱
图解法或迭代法求解x,y
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
水碳比 反应温度 反应压力
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
温度增加，甲烷平衡含量下降，反应温度每降低 10℃，甲烷平衡含量约增加1.0%-1.3%；
增加压力，甲烷平衡含量随之增大；
增加水碳比，对甲烷转化有利； 甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行有利
立式圆筒，内径约3米，高约13米；壳体材质 为碳钢，内衬不含硅的耐火材料，炉壳外保温。
上部有燃烧空间的固定床绝热式催化反应器。
工艺学复习总结分析解析
流程框图一、烃类蒸汽转化催化剂烃类蒸汽转化都是在1000℃下反应，其反应速度也很慢，需加催化剂。
①活性组分：10～25％（重量）Ni②载体：α-Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O，CaO-Al2O3③活化：原因，镍的氧化物无活性目的，还原氧化物、脱除微量毒物④中毒：硫和铅等。
对催化剂的要求：①高活性；②高强度；③较好的热稳定性和抗析碳能力1、催化剂的活性组分、助催化剂和载体①活性组分：从性能和经济方面考虑，活性组分，镍为最佳。
NiO为最主要活性成份。
实际加速反应的活性成份是Ni，②助催化剂：提高镍的活性、延长寿命和增加抗析碳能力。
③镍催化剂的载体：使镍高度分散、晶料变细、抗老化和抗析碳等作用。
催化剂中毒（1）S S ≤0.5ppm,可逆性中毒催化剂活性越高，允许S含量越低。
温度越低，S对镍催化剂毒害越大。
（2） As 永久性中毒 As来源:含As碱液脱碳（3）卤素卤素≤0.5ppm,永久性中毒二、合成气催化剂◆铁系催化剂◆未还原前FeO+Fe2O3，可视为Fe3O4，尖晶石结构。
◆ Al2O3: 结构型促进剂，改善还原态铁的结构◆ MgO K2O :电子型促进剂，有利于氮气的吸附和活化◆ CaO二、催化剂的还原与活性保持◆（1）还原◆反应的活性组成是金属铁，所以使用前要将催化剂还原。
通常用氢气作还原剂：◆ Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O kJ/kmol◆确定还原条件的原则：①使完全还原为a-Fe。
②保持还原铁晶粒具有大的表面积、大的活性中心。
◆还原温度一般选500-520℃，根据反应式可确定H2/H2O之比要尽可能高三、乙苯催化脱氢催化剂的选用⏹乙苯在高温下脱氢时，主要产物是苯！⏹脱氢反应是在高温、有氢和大量水蒸气存在下进行的⏹脱氢催化剂的活性组分是氧化铁，助催化剂有钾、钒、钼、钨、铬等氧化物Fe2O3:K2O: Cr2O3=87:10:3组成的催化剂乙苯的转化率可达60%，选择性为87%催化剂种类① Cr2O3/Al2O3烷烃烯不能有水(侵占活性中心)减压操作失活快（易结焦），用含O2的烟道气再生。
烃类水蒸汽转化制氢技术问答
催化剂基本知识1．什么是催化剂？催化剂作用的特征是什么？答：在化学反应中能改变反应速度而本身的组成和重量在反应前后保持不变的物质叫做催化剂，加快反应速度的称正催化剂；减慢称负催化剂，通常所说的催化剂是指正催化剂。
催化作用改变了化学反应的途径。
在反应终了，相对于始态，催化剂虽然不发生变化，但却参与了反应，例如形成了活化验室吸附态，中间产物等，因而使反应所需的活化能降低。
催化作用不能改变化学平衡状态，但却缩短了达到平衡的时间，在可逆反应中能以同样的倍率提高正、逆反应的速度。
催化剂只能加速在热力学上可能发生的反应，而不能加速热力学上不可能发生的反应。
催化作用的选择性。
催化剂可使相同的反应物朝不同的方向反应生成不同的产物，但一种催化剂在一定条件下只能加速一种反应。
例如CO和H2分别使用铜和镍两种催化剂，在相应的条件下分别生成CH3OH和CH4+H2O。
一种新的催化过程，新的催化剂的出现，往往从根本上改变了某种化学加工过程的状况，有力推动工业生产过程的发展，创造出大量财富，在现代的无机化工、有机化工、石油加工和新兴的石油化工工业中这样的例子不胜枚举。
在与人类的生存息息相关的诸多方面如资源的充分利用，提高化学加工过程的效率，合成具有特定性能的产品，有效地利用能源，减少和治理环境污染以及在生命科学方面，催化作用具有越来越重大的作用。
2．什么是活化能？答：催化过程之所以能加快反应速度，一般来说，是由于催经剂降低了活化能。
为什么催化剂能降低活化能呢？关键是反应物分子与催化剂表面原子之间产生了化学吸附，形成了吸附化学键，组成表面络合物，它与原反应物分子相比，由于吸附键的强烈影响，某个键或某几个键被减弱，而使反应活化能降低很多，催化反应中的活分能实质是实现上述化学吸附需要吸收的能量，从一般意义来说，反应物分子有了较高的能量，才能处于活化状态发生化学反应。
这个能量一般远较分子的平均能量为高，两者之间的差值就是活化能。
在一定温度下，活化能愈大，反应愈慢，活化能愈小，反应愈快，对于特定的反应物和催化剂而言，反应物分子必须跨过相应的能垒才能实现化学吸附，进而发生化学反应，简言之，在化学反应中使普通分子变成活化分子所须提供的最小能量就是活化能。
煤制油天然气制氢烃类蒸汽转化炉设备操作规程
煤制油天然气制氢烃类蒸汽转化炉设备操作规程一、简介以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定的地位。
炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。
其工作原理、操作参数和结构设计等都大致相同。
所不同的是合成氨厂因有二段转化炉，因此其一段转化炉的转化率要低一些，残余甲烷比制氢炉高一倍左右，一段转化炉的残余甲烷一般是12%-15%，而制氢炉的仅5%-7%。
就合成氨工业而言，目前世界上应有该法生产的原料气占其总产量的80%以上。
天然气蒸汽转化最早由德国法本公司，英国I.C.I公司和美国美孚公司进行研究，1936年英国建立了第一套生产装置，1959年英国又建立了第一套石脑油蒸汽转化装置，该技术得到了进一步的发展并日趋完善。
烃类蒸汽转化制氢的路线具有工艺流程短、投资省、能量利用合理、自控程度高、环境污染少等优点，因此，应用极为普遍。
为多生产化肥支持农业，我国在上世纪70年代引进薄8套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于大庆、辽河、沧州、齐鲁二化、泸天化、赤天化、云天化；80年代迄今又引进8套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于濮阳、锦西、涪陵、合江、海南、乌石化。
二、烃类蒸汽转化概述1.烃类蒸汽转化热力学1.1化学反应主要反应：CH4+H2O→CO+3H2-206288kj∕kg·molCH4+2H2O→CO+4H2-185098kj∕kg·molCH4+CO2→2CO+2H2-247478 kj∕kg·molCO+H2O→CO2+H2-41190kj∕kg·mol析碳反应：CH4→C+2H2-74898 kj∕kg·mol2CO→C+CO2+172580 kj∕kg·molCO+H2→C+H2O+131390 kj∕kg·mol对于烃类混合物（包括轻油）转化时，通过换算，用下列统式表示：CHｍ+（a+b）H２O→Aco+bCO２＋(1-a-b)CH４＋（3a＋4b－4－m ∕2）H２1.2 影响平衡甲烷含量的因素根据反应式，用平衡转移的原理进行分析。
第二部分烃类蒸气转化
粗原料气组成
化工生产典型工艺
省级精品课程
任务2 原料气制备
四、工业生产方法
（三）烃类蒸气转化法的操作条件
• 影响甲烷蒸汽转化平衡组成的因素
•T K
PK
水碳比 x
化工生产典型工艺
图2-7 甲烷蒸汽转化中的影响因素
省级精品课程
任务2 原料气制备
（三）烃类蒸气转化法的操作条件
1.水碳比：是指进口气体中水蒸汽与含烃原料中碳分子总数之比。表 示转化操作所用的工艺蒸汽量。在约定条件下，水碳比愈高，甲烷平 衡含量愈低。但过大，产量降低，不经济。
n 4
CO2
Cn H 2n nH2O nCO 2nH2
Cn H2n 2nH2O nCO 2 3nH2
H 0 吸热反应
必须提供热量
化工生产典型工艺
省级精品课程
任务2 原料气制备
甲烷转化
甲烷蒸气转化反应 CH4+H2O=CO+3H2 -206.4
主反应
副反应
CH4
C 2H2
2CO
C CO2
任务2 原料气制备
• 一段转化炉：承担大部分甲烷的转化
对流段
一段转化炉的操分作气总管
上猪尾管
盘管
烧嘴 进口温度控制在400~520 ℃，
出口温度不超过820 ℃。具体措
反应管
施： 保持稳定物料量，维持足够水
辐射段
碳比；
集气总管
炉膛内必须保持10~30P下a猪的尾负管
化工生产典型工艺
压。
省级精品课程
➢再生：用过量蒸汽处理，并使硫化氢含量降到规定标准以下，催化剂 的活性就可以逐渐恢复。为了确保催化剂的活性和使用寿命，要求原料 气中总硫含量的体积分数小于0.5×10-6。
烃类蒸汽转化制氢装置高效开工进料操作法
烃类蒸汽转化制氢装置高效开工进料操作法发布时间：2021-08-13T10:45:34.130Z 来源：《科学与技术》2021年4月10期作者：赵健[导读] 作为公司炼油产品结构调整和油品质量升级的重要组成部分，10万标立/小时制氢装置为下游赵健中国石化天津分公司炼油部天津300270摘要:作为公司炼油产品结构调整和油品质量升级的重要组成部分，10万标立/小时制氢装置为下游多个加氢装置提供优质纯氢。
随着公司对加工损失和整体物料平衡的要求愈加严格，环保压力不断增大，装置定员越来越少，车间基于装置自身特点，优化制氢装置开工进料操作，在装置开工进料阶段具有火炬零排放，初期产氢低，出产品即合格，并节省人力的特点。
关键词: 烃类水蒸汽转化制氢；开工进料；1装置简介100000Nm3/h制氢装置采用LEPC的低能耗蒸汽转化制氢技术，PSA净化部分采用成都华西变压吸附（PSA）技术，是目前国内最大的采用国产工艺包的同类装置，也是中石化最大的烃类蒸汽转化制氢装置。
本装置由原料预热部分、原料精制部分、预转化转化部分、变换及工艺气热回收部分、PSA净化部分、工艺冷凝水回收部分、转化炉热量供应和烟气预热回收部分以及产汽部分组成。
本装置原设计原料为天然气，不具备低压干气进料条件，天然气硫含量低于3ppm。
设置一台开工压缩机，一级压缩设计，用于装置开停工、事故处理和气密工况，开工压缩机入口设计压力达到2.35MPa。
2开工进料操作的具体步骤2.1进料前状态1）装置采用高压循环，系统压力始终保持在可达到的最高压力，因系统充氢气位置与压缩机出口接近，所以，系统压力在启动PSA前维持在1.8MPa。
2）转化剂还原结束，变换反应器升温结束，具备进料条件。
3）PSA各塔按步序建压完成，吸附状态的吸附塔升至与氢气管网平压。
4）加氢反应器升温结束，已切出系统，预转化反应器在系统外。
5）配汽量调整至满负荷的50%，在进料过程中保持配汽量不变即可，简化开工操作。
转化炉讲议
采用小直径的转化炉管
内径一般只有71mm。空速高，阻力降大， 动力损耗大。
竖琴管顶烧方箱炉结构简图
5.炉型及结构
5.1炉型
制氢转化炉按辐射室供热方式及外型 分，可分为四种类型。 单管型顶烧方箱炉（I.C.I型） 竖琴管顶烧方箱炉（Kellogg型） 侧烧箱式炉（Topsфe型） 梯台炉（Foster Wheeler型）
5.2主要炉型特点及结构
5.2.1单管型顶烧方箱炉特点(I.C.I炉型) 顶烧
方箱型
辐射段为方箱型，管排紧凑、数目增减灵活， 占地少，炉宽不受产量限制，适宜大型化。
对流段设置在炉侧
安装拆修方便，但占地较大。
茂名分公司联合二车间 6×104m3/h制氢装置的转化炉就 是与此类型相似的炉子。
I.C.I型转化炉结构简图
茂名分公司6×104m3/h制氢装置的转化炉
炉膛尺寸为长(18.22)×宽(14.25)×高(25)， 六排炉管，每排54根，共324根。炉顶设置七 排燃气燃烧器，每组16个，共112个。 炉管规格为ф123×10×14500，装载转化催 化剂32.4m3，炉子热负荷97.088MW,管外壁 最高温度为950º C，操作压力3.1MPa，炉管 材质为ZG40Ni35Cr25Nb（HP-40Nb），下猪 尾管和下集气管材质为Incoloy-800。
※燃烧器(WR-I)
(整理)海川hcbbs4制氢工艺原理修改完
第四章烃类蒸汽转化制氢装置工艺原理制氢工艺过程可分为如下几个步骤：（1）钴－钼加氢转化脱有机硫；（2）脱氯；（3）氧化锌脱无机硫；（4）烃类——水蒸汽转化；（5）一氧化碳变换；（6）净化与甲烷化（7）PSA提纯。
4．1净化部分工艺原理4．1．1有机硫加氢转化制氢装置的轻油原料中含有小部分有机硫，硫对含镍的转化催化剂和甲烷化催化剂，对含铜的低温变换催化剂，以及对含铁的中变催化剂都会造成毒害。
虽然大多数转化催化剂允许在含硫高达0.5 ppm 下操作，但这对活性及寿命仍有一定的影响，一般要求硫能小于0.1ppm。
硫中毒会使转化炉管产生“热带”，炉出口气体甲烷含量增高。
一般通过钴─—钼加氢脱硫法将有机硫变为无机硫。
在一定的温度（一般为350～400℃）及有H2存在的条件下，钴─钼加氢脱硫催化剂能使有机硫发生氢解反应，转化成主要以H2S形式存在的无机硫，无机硫再由其它脱硫剂（如ZnO）吸收，原料中含有的烯烃也能被加氢饱和，有机氯化物被加氢生成HCL。
4．1．1．1有机硫的热解硫醇与二硫化物分解温度为150~250℃，前者的分解产物为H2S和烯烃，后者的分解产物为H2S和硫醇，但苯硫醇则较为稳定。
芳族二硫化物在300℃下分解成硫化物与元素硫，环烷及直链烷烃的硫化物在400℃时分解为H2S和烯烃，噻吩在470~500℃分解。
部分有机硫化物热解温度见表4-1。
表4-1 某些有机硫化物热解温度4．1．1．2有机硫的氢解（1）反应式及热力学数据（R、R’代表烷基）硫醇R-SH ＋H2→RH ＋H2S二硫醚R-S-S-R'＋3H2→RH ＋2H2S ＋R'H硫醚R-S-R'H ＋2H2→RH ＋R'H ＋H2S二硫化碳CS2＋4H2→CH4＋2H2S硫氧化碳COS ＋H2→H2S ＋CO烯烃RCH=CHR' ＋H2→RCH2-CH2R'有机氯化物R-CL ＋H2→R-H ＋HCL苯硫醇C6H5—SH＋H2→C6H6＋H2S噻吩C4H4S＋4H2→C4H10＋H2S某些有机硫的氢解热见表4-2。
制氢方法
工业制氢方法概述世界上大多数氢气通过天然气、丙烷、或者石脑油重整制得。
经过高温重整或部分氧化重整，天然气中的主要成分甲烷被分解成 H2、 CO2、CO 。
这种路线占目前工业方法的 80 %, 其制氢产率为 70 %—90 %。
烃类重整制氢技术已经相当成熟，从提高重整效率，增强对负载变换的适应能力，降低生产成本等方面考虑，催化重整技术不断得到发展，产生了不少改进的重整工艺 , 其中包括可再生重整、平板式重整、螺旋式重整、强化燃烧重整等。
煤直接液化工艺中一个重要单元就是的单元就是加氢液化，下面着重介绍几种工业上制氢工艺：一、烃类蒸汽转化法蒸汽转化法可以采用从天然气到石油脑的所有轻烃为原料。
主要利用高温下水蒸气和烃类发生反应。
转化生成物主要为氢、一氧化碳和二氧化碳。
该过程需要消耗大量的能量，只不过要脱除或分离二氧化碳是件很麻烦的事，虽然目前分离二氧化碳的方法在不断推出，如变压吸附法( PSA)、吸收法( 包括物理吸收和化学吸收法)，低温蒸馏法，膜分离法等等，然而，二氧化碳的处理仍是很费脑筋，若是直接排入大气，势必造成环境污染。
二、烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法该方法是将烃类分子进行热分解，产物为氢气和炭黑，炭黑可用于橡胶工业及其它行业中，同时避免了二氧化碳的排放。
目前，主要有如下两种方法用于烃类分解制取氢气和炭黑。
( 1 ) 热裂解法：将烃类原料在无氧( 隔绝空气)，无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。
生产装置中可设置两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格成方型通道，生产时，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑，两台炉子轮流进行蓄热和裂解，循环操作，将炭黑与气相分离后气体经提纯后可得纯氢，其中氢含量依原料不同而异，例如原料为天然气，其氢含量可达 85 % 以上。
天然气高温热裂解制氢技术，其主要优点在于制取高纯度氢气的同时，不向大气排放二氧化碳，而是制得更有经济价值、易于储存且可用于未来碳资源的固体碳，减轻了环境的温室效应。
烃类蒸汽转化制氢装置的设计和应用总结
烃类蒸汽转化制氢装置的设计和应用总结烃类蒸汽转化制氢装置的设计和应用总结一、引言随着能源需求的增加和环境保护的要求，绿色能源的研究和应用越来越受到关注。
氢能作为一种清洁能源受到广泛的关注，其中烃类蒸汽转化制氢技术是一种较为成熟和广泛应用的制氢方法。
本文将主要探讨烃类蒸汽转化制氢装置的设计和应用，介绍烃类蒸汽转化制氢技术的工作原理、装置设计、影响因素及其应用。
二、烃类蒸汽转化制氢技术的工作原理烃类蒸汽转化制氢技术是通过将烃类气体与水蒸气反应，生成氢气的一种方法。
其反应方程式可以用以下简化的式子表示：CnHm + nH2O → nCO + (n + m/2)H2该过程中，烃类气体与水蒸气在高温下通过反应释放出氢气，并生成一定量的一氧化碳。
由于烃类蒸汽转化制氢技术具有反应速度快、转化率高以及废气排放较少等优点，所以被广泛应用在工业领域和能源生产中。
三、烃类蒸汽转化制氢装置的设计1. 反应器设计反应器是烃类蒸汽转化制氢装置的核心部分，其设计直接影响到装置的性能和效果。
在反应器的设计中，应考虑以下几个方面：- 反应器的材料选择：由于烃类蒸汽转化制氢反应需要在高温下进行，所以反应器材料需要具有耐高温的特性，常见的选择包括不锈钢和镍基合金等耐热材料。
- 反应器的结构设计：反应器的结构应合理设计，以便实现流体的均匀分布和充分接触，提高反应转化率。
- 反应器的传热和传质设计：反应器内部应设置合适的传热和传质设备，以提高反应速率和转化率。
2. 废气处理装置设计烃类蒸汽转化制氢反应中会生成一氧化碳等废气，这些废气如果直接排放到大气中会对环境造成污染，因此需要设置废气处理装置。
常见的废气处理方法包括催化剂和吸附分离技术等。
催化剂可以用于将一氧化碳等有害气体转化为无害物质，吸附分离技术可以通过吸附剂将废气中的有害物质吸附下来，实现废气的净化。
3. 控制系统设计烃类蒸汽转化制氢装置的控制系统设计主要涉及到反应温度、压力和气体流量等参数的控制。
烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状
2016·1263工艺与设备Chenmical Intermediate当代化工研究烃类蒸汽转化法制氢工艺发展现状＊张晓辉 赵霞 孙嫚(中国石油工程建设有限公司华东设计分公司 山东 266071)摘要：烃类水蒸气转化法（Steam Methane Reforming,SMR）是目前炼厂中最常用的制氢方法，近年来，该工艺在流程优化、节能降耗、提高装置操作灵活性方面不断改进。
介绍了该工艺在国内外的发展现状，详细叙述了国内主要技术供应商的工艺特点及业绩，并提出了我国该工艺的发展方向。
关键词：烃类蒸汽转化法；制氢；工艺中图分类号：T 文献标识码：Adevelopment of hydrogen production by Steam Methane Reforming processZhang Xiaohui, Zhao Xia, Sun Man（CPECC EASTCHINA DESIGN BRANCH,Shandong,266071）Abstract：Steam Methane Reforming(SMR) is the most commonly used methods for hydrogen production in the refinery. Recent years, the process is continuous improved in process optimization, energy saving and improving the flexibility of operation device. Development status of the process at home and abroad is introduced. The process characteristics and performance of the main technology suppliers are described in details. The development direction of the technology in our country is also suggested.Key words：Steam Methane Reforming (SMR)；hydrogen generation；process1.前言近年来世界炼油行业愈来愈向原油重质化和劣质化方向发展。
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烃类蒸汽转化流程
1、凯洛格流程
天然气首先被压缩至3.6MPa，通过对流段预热至350℃左右进入钴钼反应器和氧化脱硫槽，将硫脱至小于后与中压蒸汽混合（水碳比为2.7-3.5），再入对流段预热至520℃左右，通过上集气管，猪尾管从辐射段顶部进入转化炉管，在转化炉管内边反应边吸热，当离开炉管底部时温度达820℃，甲烷含量为10％左右，压力3.1MPa，经炉底分集气管和上升管，0.5ppm温度升至850℃左右，出炉顶汇集子集气总管再入二段炉。
工艺空气压缩至3.3-3.5MPa并混入少量蒸汽经对流段预热至450℃后进入二段炉，与一段炉转化气混合、燃烧、进一步转化、出二段炉的温度达1000℃左右，甲烷含量小于0.4％，二段炉出来的工艺气经第一，第二废热锅炉温度降至370℃以后进入变换炉。
辐射段出来的烟气温度为1000℃左右，经对流段预热工艺混合气，工艺空气，动力蒸汽，原料气锅炉给水等使温度降至240℃左右后由引风机排入大气。
流程设置中的关键设备为一段转化炉，烃类蒸汽转化反应主要在此进行，为了维持正常操作，必须使转化反应和传热相适应，在满足工艺要求的前提下，力求降低对转化炉管的要求和节约高温合金钢的使用。
就合成氨生产而言，它要求转化后的甲烷含量越低越好，一般不大于0.5%,如果这任务全由一段炉来承担，则出口温度为1000℃左右，这无疑对炉管材料的要求太苛刻了。
由于制合成氨原料气时需要氮。
因而又引出了二段炉流程，一段炉反应所需的热量是通过管
壁从高温烟气中传入的，因此对炉管要求较高，因二段炉是绝热反应，高温的或得是靠工艺气中的氢、一氧化碳和甲烷与空气中的氧燃烧，不需传热的高合金材料，只需耐火衬里就行了。
对于制氢，就不能没二段炉，它的操作条件也不一样，所得气体中甲烷含量也远大于0.5%，对流段的设置，一方面是充分利用废热，另一方面也是减少辐射段的热负荷，以就可节省高温材料。
脱硫设备的设置是由于转化催化剂的要求。
二段炉气废热锅炉的设置也是充分回收能量。