加氢制氢装置操作问题及解决方案

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温度、浓度、时间(与专利商商定)
温度(℃) 400
350 300
250 A 220℃恒温 B
200 C
0
10
360℃恒温
E
F
D
15
20
25
30 时间(h)
加氢预硫化床层温度控制曲线
加氢催化剂
操作中出现的问题
CH3SH + H2 → CH4 + H2S - 热量 CH3SCH3 + 3H2 → 2CH4 + H2S - 热量 COS + H2 → CH4 + H2S - 热量 —— 杂质影响 As、Pb、Hg、Si及金属元素
脱硫剂
氧化锌 硫容10-25% 温度180-400 返氢2-10%对脱硫有利,大于30%阻碍 高径比大于3 有害杂质:氯、砷
脱硫催化剂
操作中出现的问题
H2S + ZnO → ZnS + H2O - 热量 34 81.4 97.4 18 理论上100kg纯ZnO可以吸收39.3kg的S 即理论硫容0.393 实际饱和硫容25%
——催化剂中毒 ● 由氯、硅、磷、钾的化合物引起
◎蒸汽系统带入 ● 由砷引起
◎不可逆的引起催化剂中毒! ◎含1ppm的砷,几天转化炉就出现严重积碳! ◎可能来自不纯的氧化锌。
进转化工段质量要求
杂质含量应达到: 硫:小于0.2ppm,短期允许到0.5ppm 氯:小于0.2ppm,短期允许到0.5ppm 砷:小于5ppb 铅:小于5ppb 烯烃:小于1%(v/v)
要求:原料中O2<1%
加氢催化剂
操作中出现的问题
—— 原料中CO、 CO2 ① 1%CO反应温升高达75℃ ② 1%CO2反应温升高达60℃ ③ 生产的水影响脱硫效果,导致更多的H2S逃逸
要求:原料中CO2+CO<1%
加氢催化剂
操作中出现的问题
—— 原料中烯烃 ① 1%乙烯反应温升高达26℃ ② 1%丙烯反应温升高达23℃ ③ 1%碳四烯烃反应温升高达23℃ ④ 需要消耗氢气。 要求:原料中烯烃总量<1%
均压减压
传质 区
饱和 区
纯净 区
传质 区
纯净 区
解吸气
解吸气
均压减压
逆向减压
冲洗或 抽真空
N2、 CO
CH4、 C02
CO2 C2.C3
再生前的吸附塔状态
PSA
真空再生: 优点是操作压力低,产品收率高,但缺点
是需要增加真空泵和能耗。 冲洗再生:
优点是正压下即可完成,缺点是会多损失 部分产品氢气。
吸附过程压力曲线示意图
加氢催化剂
操作中出现的问题
—— 操作温度 低温:活性不足,影响加氢效果 高温:① 低硫(<1ppm)、高氢分压(1.5MPa),还原 成单质金属,加剧热裂解的进行 ② 高级烃热裂解 要求:防止低硫(<1ppm)、高氢分压(1.5MPa) 天然气转化,配氢3-10%
加氢催化剂
操作中出现的问题
—— 原料中含氧气 ①在加氢催化剂前H2S和O2生产SO2,逆反应需要 370℃才能生产H2S,最终被氧化锌吸收 ② 1%O2反应温升高达70℃ ③ 生产的水影响脱硫效果,导致更多的H2S逃逸
中变催化剂
铁铬系 四氧化三铁为主要活性组分 0.1-8.5MPA、300-500 还原:200℃左右,有水蒸气存在通入还原性气体。 取样分析中变器进出口还原气组成不变
控制升温速度,防温升过大 中变催化剂还原期间有H2S放出。配氢时应及时将脱 硫系统串入,以免H2S毒害转化催化剂。
中变催化剂
过度还原会促进甲烷化反应 在达到还原温度前,一定要先配入足够
的蒸汽量,才允许配入还原气进行还原 。否则会发生深度还原,生成金属铁: Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O 149.92KJ/mol Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 +14.8KJ/mol
中变催化剂
压力 MPa
2.35 1.89 1.43 1.01 0.51
0.25
0.03
A E1D E2D E3D E4D P1 P2 P3 D P P P E1R E2R E3R E4R FR A TIMER
吸附塔工作状态表
步序 A2001A A2001B A2001C A2001D A2001E A2001F A2001G A2001H A2001I A2001J
乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 强
吸附、再生过程示意图
产品
产品
产品
减压气
减压气
氢气
纯净 区
传质 区
原料 吸附初
纯净 区
传传质质 区区 饱和 区
原料
吸附中
纯净 区
传质 区
饱和 区
原料
吸附末
传质 区
饱和 区
3、化学吸收:压损小、收率高、纯度低、 能耗高、操作麻烦。
4、吸附分离:纯度高、压损小、能耗低、 操作简便、收率低。
PSA
用吸附剂在相同压力下对不同组分的吸附量不同 在不同压力下对同一组分的吸附量不同。 将变换气在较高的压力下,通过吸附剂床层变换
气中的杂质CH4、CO2、CO、N2等组分被选择 性吸附,因H2组份最不易吸附而通过吸附剂的床 层,达到氢和杂质组分的分离。吸附杂质的吸附 剂在减压下获得再生。
还原条件 转化入口:480-520 转化出口:790-810 压力:0.8~1.0MPa 氢浓度:大于60% 水氢比:小于7 还原时间:8-12小时 防钝化、交替点火嘴、防止烃进入积碳
转化催化剂
操作中出现的问题
——炉管堵塞 ● 催化剂结碳
◎由于烃裂解堵塞催化剂活性孔道,引起催化剂活性降低 ◎由于瞬间蒸汽中断,迅速结碳 ● 入口堵塞 ◎由于焊工遗留杂物
◎啐杂物吹入上尾管转弯处
转化催化剂
操作中出现的问题
——催化剂中毒 ● 由硫引起--来自原料
◎ZnO饱和 ◎加氢反应催化剂失效,有机硫没有转化 ● 由硫引起--来自蒸汽 ◎水汽中携带有硫酸盐 ◎H2S 溶于不纯的锅炉给水 ◎来自亚硫酸钠(化学除氧的除氧剂)分解产生SO2
转化催化剂
操作中出现的问题
PSA
压力:1.2—2.5MPa.G
组成:H2:68-76%,CO:0.3-3.0%
CO2: 18-23%, CH4: 2-6%
N2: 0-5.0%, H2O: 0.3-1.0%
产品纯度: H2>99.9%,
CO+CO2<20ppm
各气体组分在沸石吸附剂上的吸附力减弱排列顺序
氦气


氢气
转化催化剂
操作中出现的问题 ——炉管过热
● 炉管形成“热带” ___ 炉管入口部分催化剂活性降低导致积碳,限制热量传
递,而产生吸热少的区域。 ◎催化剂中毒 ◎催化剂还原不完全 ◎催化剂是旧的 ◎催化剂处于寿命末期
转化催化剂
操作中出现的问题 ——炉管过热
● 炉管形成“热斑” ___ 由于催化剂在装填过程中不密实,催化剂中有缝隙,

氩气
☆☆
氧气
☆☆
氮气
☆☆☆
甲烷
☆☆☆☆☆
一氧化碳
☆☆☆☆☆
二氧化碳
☆☆☆☆☆☆
乙烷
☆☆☆☆☆☆
乙烯
☆☆☆☆☆☆☆
丙烷
☆☆☆☆☆☆☆
异丁烷
☆☆☆☆☆☆☆☆
丙烯
☆☆☆☆☆☆☆☆
硫化氢
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
硫醇
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
甲苯
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
加氢制氢装置试车常见问题分析
矿业公司 2014年8月
主要内容:
一、制氢装置工艺 二、制氢装置试车程序 三、制氢装置常见问题分析 四、加氢装置工艺 五、加氢装置试车程序 六、加氢装置常见问题分析
一、制氢工艺
主要 工艺路线
1、催化转化(烃类蒸汽转化) 2、部分氧化(煤汽化 、重油) 3、化工附产 (重整、甲醇、乙烯、) 4、氨、甲醇裂解 5、电解水
煤制氢与天然气制氢比较
煤制氢投资大、工艺复杂、稳定性差
6万标方/小时
天然气制氢
煤制氢
投资
3亿
7亿+总图1亿
运行成本
450/8900
1.8/8900
敏感因素
原料不到4成
原料占8成以上
蒸汽转化制氢工艺的流程
空气预热
原料 精制
辐 射 热
转化
变换
氢气
PSA
预转化 烟气
红色方块为制氢必须的步骤 蓝色方块为节能降耗的措施
提高操作温度可提高脱硫剂的硫容量,特别在200-400℃之间增加 较明显。但不要超过400℃,以防止烃类的热解结焦。
脱硫催化剂
操作中出现的问题
H2S + ZnO → ZnS + H2O - 热量 如果水占原料的含量〔H2O〕=10% Kp =〔 H2O〕/〔 H2S 〕, 平衡〔 H2S 〕=10%/4×105 = 0.25×10-6 = 0.25 ppm 如果原料中含水10%,即使是新鲜脱硫剂,有0.25ppm的H2S不能脱除!
转化催化剂
操作中出现的问题
——炉管过热 ● 转化炉出口残余甲烷含量增加
___ 原料中硫含量升高,但还没有危害到引起整个转化炉 壁温均匀上升,只表现在维持转化炉出口操作温度下,残余 甲烷含量轻微增加。
措施:增加水碳比,在线烧碳,恢复催化剂的活性。
降低负荷,增大水碳比,配入一定还原气条件下操作, 以达到消碳目的消除轻微积碳,转化水碳比可以控制在5.0以 上,生产负荷减小到50~60%。
导致转化炉管周围随机分布着单个热斑。 在操作过程中,用橡胶锤敲击顶部边缘,可以将大
多数热斑除去。
转化催化剂
操作中出现的问题——炉管过热
● 炉管形成“热管”——气流严重受阻,催化剂严重积碳 或破碎 ——由于催化剂积碳引起,在需要专门的催化剂烧碳, 如果不行,则更换催化剂。 —— 由于催化剂破碎引起,则更换催化剂。注意在意外 事故或非计划停车中,千万要注意催化剂降温的速度!避 免水蒸汽带水!!
高温变换 SK-201-2 325-500 ℃ 中温变换 LK-811 200-350 ℃ 低温变换 LK-821-2 185-275 ℃
操作中出现的问题 硫催化剂中毒 有较高的抗氯、 硅中毒能力。
1、深冷:投资大、能耗高、开停车慢、 可获 得多产品。
2、膜分离:投资小、操作简便、纯度低、 压损大。
传统 10-2-4 PSA 时序表
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E3D E4D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A E1D E2D E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A A A A A E1D E2D E3D E4D PP1 PP2 PP3 D P3 P2 P1 E4R E3R E2R E1R FR A A
加氢催化剂
钴钼镍催化剂 150℃-400℃ 压力0.5-10MPA 入口有机硫200ppmLeabharlann Baidu出口0.1ppm 氧化态出厂,需活化
加氢催化剂预硫化
硫化剂:二硫化碳、DMDS 注硫温度:175-200,硫化剂分解温度 硫化氢穿透前床温不超过230,防还原 升温硫化阶段保持必要的硫化氢浓度 过程中关注床层温升。 硫化完成的判断
转化催化剂
操作中出现的问题——炉管过热
● 催化剂热老化——催化剂Ni表面烧结,引起催化剂的活性 逐渐损失 ◎转化炉原料不连续,瞬间中只有蒸汽存在下,由于 没有吸热,顶部温度比操作温度高100℃以上,再长时间 导致催化剂钝化!! ◎转化炉过热也会加快催化剂的热老化,即使短时 间温度聚升也会引起催化剂Ni表面的损失,缩短数月催化 剂使用寿命!
转化催化剂
活性组分:镍 出厂氧化态,使用前需还原 吸热反应、体积增大。
应用条件:水碳比3-5 入口温度550-650℃ 出口温度800-850℃ 压力2.0-5.0MPa
转化催化剂的装填
分布均匀、各炉管同等参与反应 “同重量、同高度、同种类”的原则 炉空管阻力降偏差小于5% 下落高度不超过1米 阻力降偏差小于5%的要求,应将催化剂
排烟
制氢首次开车
系统氮气置换 装置的氮气气密(分段气密) 热氮联运(烘炉、煮炉)循环回路 在2-2.5Mpa下煮炉,多次换水,排污水质达到运行
标准为止,磷酸根7-15mg/L,PH值降至11左右 加氢催化剂干燥、预硫化 转化、中变配汽升温及配氢还原 转化进料及产品质量调整 PSA系统的投用
已经不能满足转化催化剂的脱硫要求!!
脱硫催化剂
操作中出现的问题
——原料气含Cl 2HCl + ZnO ZnCl2 + H2O
● ZnCl2的熔点285℃! ● 在转化炉管中遇水蒸汽,发生上述反应逆反应! ● HCl引起转化催化剂中毒! ● ZnO形成白色粉末积压在转化催化剂上,引起压降! 要求:一定要在氧化锌上另外加上脱氯剂!
卸出重装。最好小于3%
阻力降测量
限流孔板
仪表风
V1
V2
密封胶圈
PG1 PG2
PG3
转化炉管
放大气
打开手阀V1、V2,调节V1开度,将PG2读数调到0.25MPa。读出PG3 的值。
1.转化出口通大气。 2.胶皮管与其它管线的连接处必须紧密,不能有泄漏。 3.测量过程中必须维持PG2的指示不变。
转化催化剂还原
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