制氢培训教材

1.制氢装置设计及改造情况大连西太平洋石油化工有限公司制氢装置规模为6×104Nm3/h。

两套加氢、脱硫、转化炉、中变采用国内技术；净化系统为变压吸附法，技术为德国林德（Linde）公司专利，引进控制计算机、成套阀门、管线、仪表和吸附剂，吸附罐为国内制作，林德公司制造技术。

设计单位为中国石化北京设计院。

本装置由下列五部分组成：（1）原料油干法加氢、脱硫部分（2）转化及相应对流段热回收部分（3）中温变换及变换气换热冷却部分（4）PSA中变气净化部分（5）开工及循环氢压缩机及酸性水汽提部分装置的加氢、脱硫、转化、中变过程采用两个系列。

PSA部分则为一个系列。

原料设计时以轻质油（重整拔头油或轻石脑油）为主，同时应用少量液化气和ARDS装置弛放干气。

98年7月至今，由于重整装置停工未开，制氢原料改为重整精制油。

产品纯度为H2>%。

产品主要供常渣油加氢脱硫（ARDS）装置、蜡油加氢精制装置及煤柴油加氢精制装置、聚丙烯用。

施工图设计于1992年12月末完成，1995年末基本建成，1997年7月正式投产。

1998年2月经标定达到设计规模，生产稳定，质量良好。

2.生产装置工艺原理本制氢工艺采用以轻质油(重整拔头油或轻石脑油)为原料．经干法加氢、脱硫后与水蒸汽混合，经催化剂转化产生H2、CO及CO2。

转化气再经中温变换将CO与转化气中水蒸汽反应成CO2同时再产生部分H2。

中变气经换热、冷却分液后进往PSA吸附部分脱除中变气的CH4、CO和CO2，生产纯度为99 9％(v)的氢。

RS+H2→R+H2SH2S+Z n O→Z n S+ H2 OR+ H2 O→CH4+CO+CO2CH4+ H2 O→3 H2+CO-QCO+ H2 O→H2+CO2+Q3.生产装置工艺流程详述本装置设计原料主要是重整拔头油，工艺流程大致可分为五部分：（设计条件）（1）原料脱硫部分（分A、B两系列，以A系列为例，下同）40℃的重整拔头油自装置外进原料缓冲罐D-101，经原料泵P-101/1升压至。

目录第一篇部门概述1、部门简介2、部门职责3、岗位职责4、岗位编制及设置第二篇部门制度1、行为管理办法2、工具管理办法3、制氢班长管理办法4、卫生管理办法5、交接班管理办法6、替换班管理办法及流程7、请销假管理办法级流程8、考勤办法第三篇部门工作流程与标准1、制氢物品管理流程与标准2、交接班流程与标准3、内操流程与标准4、外操流程与标准5、用火监护人流程与标准第四篇专业知识第一章制氢装置的操作知识1、制氢装置的操作规程2、气柜操作规程3、制氢取样操作规程4、润滑油更换操作规程5、压缩机切换操作规程6、机泵操作规程7、制氢巡检内容8、制氢压力表更换操作规程9、制氢压安全阀的检查维护第二章设备材料及管线流程图1、制氢静设备台账2、制氢机泵设备明细表3、制氢车间管道明细表第三章安全消防知识1、预防硫化氢中毒安全知识2、空呼器的使用保养知识3、火灾扑救知识4、安全事故事例5、灭火器的使用知识6、事故处理知识7、检火人职责知识8、停工检修的安全知识9、进入生产装置的安全知识10、外来人员的安全知识第五篇应急预案1、制氢体停电事故的处理预案2、制氢开工预案3、制氢停工预案4、制氢事故处理预案5、气柜电事故的处理预案6、气柜瓦斯泄漏预案7、转化进料脱硫不合格处理预案8、转化炉管出现热斑、热带、热管的处理预案9、装置外来燃料中断的处理预案10、H2S中毒救护及预防预案。

氢是元素中期表中第一种元素，也是最轻的元素，原子量为l.0079。

它是组成水、石油、煤炭及有机命体等的一个要素。

由两个氢原子结合在一起成为氢分子，即氢的单质。

氢是自然界较为丰富的物质，也是应用最广泛的物质之一，是重要的工业原料，在化学工业、半导体工业及冶金工业等中均占有重要的地位，特别是在化学工业中以氢为原料可生产许多重要的化工产品，如合成氨、甲醇、精炼各种石油产品及合成多种有机化学产品。

氢也可作为燃料，是城市煤气及工业燃料的重要组成部分。

大部分氢气是生产后就地消耗使用，如石油油工业的制氢装置就是为精制各种石油产品和合成各种有机化学产品提供氢源。

1.1 氢气的性质氢气是一种无色无味的气体，在通常情况下其密度约为空气的十三分之一。

采用致冷剂将氢气进行冷冻或高压氢气通过绝热膨胀，将温度降至其临界温度以下，压力高于临界压力，均可将氢气液化。

液态氢在减压下蒸发可形成固体氢。

表1——1气态氢的物理性质表1-2液态氢的物理性质表1-3 固态氢的物理性质氢气在一般溶剂中的溶解度很低。

表1-4是几种常见溶剂对氢气的溶解度(25℃)。

氢在气态、液态和固态都是绝缘体。

表1-4 氢气在常见溶剂中的溶液度1．1．2氢气的化学性质氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反应形成化合物时其价键具有特征。

氢原子失去其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核或质子。

质子的半径比氢原子的半径要小许多倍，使质子有相对很强的正电场。

因此它总是同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。

如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反应。

如甲烷化反应：C02+4H2——CH4+2H201.2氢气制造方法及其用途1.2.1氢气制造方法氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造及氢气提纯。

根据所需氢气的用途不同，采用不同的制造工艺，得到不同纯度的氢气。

制造含氢气体的原料，目前主要是碳氢化合物，包括固体(煤)、液体(石油)及气体(天然气)。

水是制造氢气的另一重要原料，可以采用单独从水中制取氢气如电解水，也可以与碳氢化合物相结合制得氢气。

第一节概述制氢装置和贮存系统为发电机提供氢气冷却系统所需的氢气，其纯度和湿度应满足发电机氢气冷却系统的要求。

电厂二期工程要在原已有基础上扩建并有一部分设备要与原设备接口。

因此，要保证一期工程设备安全、正常运行情况下顺利安装和调试二期设备。

一、制氢系统设备概况二期设备为一套完备的制氢工艺装置以及氢气贮存和分配系统。

包括氢发生处理器（含电解槽、框架一、干燥装置、碱液泵）、框架二、框架三（含除盐水箱、碱液箱、注水泵）、氢气贮罐、压缩空气贮罐、除盐水闭式冷却装置以及系统内的电气及控制设备、管道、阀门和仪表等。

表8－1给出了二期制氢设备清单。

1.设备要求1.1 整套设备为组装单元式，单元范围包括所有设备、阀门、管件、支吊架。

同时应提供各单元间的连接管道。

1.2 电解槽连续、间断均可运行。

槽体为碳钢镀镍材质，压缩空气贮罐，氢气贮罐为合金钢，其余设备均为不锈钢材质（1Cr18Ni9Ti）。

1.3 氢气贮罐能耐-19 ℃的低温。

1.4 所有管路阀门均为不锈钢材质（1Cr18Ni9Ti），气管路及碱液管路的阀门和其它参与程控的阀门均采用进口产品。

1.5 到汽机房氢气管应设置二个接口，框架二上还应设置备用氢气接口。

1.6 所有设备在额定条件下应能保证安全运行,电解槽大修周期不少于10年。

2.主要设备性能与参数2.1 电解槽主要技术参数：（安装在氢发生器）2.1.1 氢气产量：10Nm3/h(产氢气量连续可调范围为额定出力的50～100%)。

2.1.2 氧气产量：5Nm3/h2.1.3 氢气纯度：≥99.9%2.1.4 氧气纯度：≥99.3%2.1.5 氢气湿度：＜4mg/m32.1.6 电解槽额定工作压力：3.2MPa2.1.7 电解槽工作温度：＜90℃2.1.8 电解槽额定工作电流：740A2.1.9 电解槽电解小室工作压力：～2V2.1.10 电解槽单位产氢量直流电耗：4.6kW.h/Nm32.1.11 氢氧分离器液位差：±5mm2.2 氢发生处理器：数量：1套；结构形式：组装框架式，框架材料为碳钢；氢气处理量：10 NmЗ/h；出口氢气含湿量：露点<—55℃。

氢气的制取和发电机的冷却第一节发电机的冷却方式1. 发电机冷却的重要性发电机运转时要发生能量消耗，这是有一种能（机械能）转变为另一种能（电能）时所不可避免的。

这些损耗的能量，最后都变成了热量，致使发电机的转子、定子、定子绕组等各部件的温度升高。

因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的，所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损。

为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行，必须及时地把铜损和铁损所产生的热量导出，使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内。

否则，发电机的温升就会继续升高，使绕组绝缘老化，出力降低，甚至烧坏，影响发电机的正常运行。

因此，必须连续不断地将发电机产生的热量导出，这就需要强制冷却。

2. 发电机常用的冷却方式发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的。

常用的冷却方式有：2.1 空气冷却。

容量小的发电机（两万千瓦以下）多采用空气冷却，即使空气有发电机内部通过，将热量带出。

这种冷却方式效率差，随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰。

2.2 水冷却。

把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心，运行中使高纯度的水通过铜线内部，带出热量使发电机冷却。

这种冷却方式比空气冷却效果好，但必须有一套水质处理系统和良好的机械密封装置。

目前，大型机组多采用这种冷却方式。

2.3 氢气冷却。

氢气对热的传导率是空气的六倍以上，加以它是最轻的一种气体，对发电机转子的阻力最小，所以大型发电机多采用氢气冷却方式，即将氢气密封在发电机内部，使其循环。

循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却。

氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触的内冷式（直接冷却）和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种。

当前除了小容量（25MW及以下）汽轮发电机仍采用空气冷却外，功率超过50MW的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却，氢气、水冷却介质混用的冷却方式。

在冷却系统中，冷却介质可以按照不同的方式组合，归纳起来一般有以下几种：2.3.1 定、转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却，即氢外冷；2.3.2 定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却，转子绕组采用直接冷却（即氢内冷）；2.3.3 定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢外冷；2.3.4 定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯采用氢外冷，即水氢氢冷却方式；2.3.5 定、转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，即水水空冷却方式；2.3.6 定、转子绕组水内冷，定子铁芯氢外冷，即水水氢冷却方式。

操纵培训手册第一部份描述一.系统介绍氢气生产系统设计了一个平安、靠得住的操作系统，一旦制氢系统的某部份犯错，操纵系统有声光报警、提示报警内容、切断整流柜的直流输出功能。

氢气生产的操纵系统，利用了一台可编程操纵器来治理整个系统的调剂和报警处置，提高了自动化水平，减轻了劳动强度，给氢气生产提供了一个平安、靠得住的、有效的操作系统。

操作人员能够不需调整、监视，由可编程操纵器通进程序来操纵系统的压力、液位、温度，操纵器不断监视由变送器送入的运行状况信号，所有的运行要求如：自动补水、报警连锁，都由可编程操纵器来完成，。

电解槽的直流电源是由整流柜提供，整流柜的直流电的输出通过PLC及运算机操纵，也可手动调剂电位器，使电流达到额定值740A，它的工作原理是桥式、全波整流。

当发生故障时，发作声光报警，及时切断直流电的供给，而且可通过外部连锁使整流柜停止，提高了系统的平安性。

整流柜面板上装有直流电压表、左、右电流表。

其整流原理祥见整流原理图及操作手册。

配电柜是提供整个制氢站的电源，将主电源分成五路给操纵柜、整流柜、冷却水装置、照明、检修。

二.操纵描述可编程操纵器由两个CPU单元和一个I/O模块单元组成，并配备了热备冗余系统，当一个CPU单元发生故障时自动切换到备用CPU单元。

I/O模块单元要紧由输入输出模块及电源模块组成。

I/O清单三.操纵调剂回路：1.压力调剂压力调剂在操纵系统中是超级重要的调剂回路，压力调剂的好坏，直接阻碍系统的各项指标，可避免压力太高造成事故。

制氢系统的运行压力能够设定，压力可在必然的范围内进行调剂，制氢系统的压力通过压力变送器（PT）测得，4-20mA的信号直接送至可编程操纵器，PLC通过比较设定值与实际值的误差值，通过PID功能，输出相应的调剂信号4-20mA，到PV调剂阀门（氧侧调剂阀）的开度。

若是实际压力超出设定压力值,那么通过计算后,输出信号使得调剂阀PV开度变大，使得实际压力降低，最终使得系统实际运行压力在设定值下稳固运行。

第九章单体设备操作9．1化工机械与设备知识9．1．1制氢主要设备概况反应器类：制氢装置的反应器有加氢反应器、脱硫反应器、中低温变换反应器，甲烷化反应器等。

低温变换反应器操作温度较低，筒体材质一般为16MnR，其余反应器如果采用热壁结构，筒体材质一般为15CrMoR，也有采用冷壁结构，在反应器内壁加衬一定厚度的隔热材料（如膨胀珍珠岩），筒体材质就可降为16MnR。

反应器的内构件通常有分布器、热电偶管等。

塔类设备：酸性水汽提塔，用于酸性水汽提。

为了防止酸性介质的腐蚀，主体材质为0Cr18Ni10Ti或复合钢板，通常内装陶瓷填料；二氧化碳吸收塔，主要内构件有除雾器、分液管、分布盘等，通常内装填料（如鲍尔环等），主体材质常用16MnR；二氧化碳再生塔，采用塔盘结构或填料，为防止碱液腐蚀，主体材质常用复合钢板（即碳钢内衬不锈钢）。

冷换设备类：装置的冷换设备主要用于中、低变气的冷却及锅炉水、汽的加热。

操作条件较为苛刻，操作介质有腐蚀性，管子一般选用不锈钢（Cr18Ni10Ti 等），壳体和管箱也较多采用不锈钢或复合钢板（16MnR+0Cr18Ni9）。

还有用于用于提高粗氢温度和降低工业氢温度的冷换设备，降低贫液温度的冷换设备，再生塔重沸器等。

此外开工冷却器、开工加热器及压缩机循环气冷却器等冷换设备一般采用碳钢设备。

PSA变压吸附塔：变压吸附塔用于冷却分水后的氢气提纯。

其操作压力在与之间循环变化，因此除常规的压力容器的要求外，还需要根据相关标准进行疲劳分析。

主体材质一般为16MnR。

为使气体分布均匀及防止吸附剂带出，吸附器底部气体入口装有过滤锥，顶部气体出口装有过滤篮，内装分子筛，活性炭和硅胶等吸附剂。

9．1．2制氢装置的设备腐蚀与防腐知识9．1．2．1腐蚀部位、形态和原因（1）转化炉炉管的破坏转化炉管入口是原料烃和水蒸汽，而在转化催化剂床层反应生成转化气。

在炉管外边是燃烧烟气，烟气中含有硫化物和氧化。

转化炉管的工作条件苛刻，管壁工作温度高（850—920℃），内外壁温差大（28~101℃），承受内压引起的工作应力和自重应力，并经受开停工引起的疲劳和热冲击。

第一章概述第一节装置概况及特点1. 装置概况装置工业氢生产能力为1200 nm3/h 工业氢。

装置技术采用上海华西化工科技的轻烃水蒸气转化造气、变压吸附（PSA）净化工艺专有技术路线。

该装置由原料气压缩、原料气精制、轻烃水蒸气转化、中温变换、PSA以及余热回收等部分组成。

2. 制氢装置组成原料气压缩→原料气精制→转化→中温变换→PSA单元3. 生产规模设计生产能力为1200nm3/h工业氢，最大生产能力为1200nm3/h工业氢。

年开工时数为8000小时。

第二节生产流程简述一.工艺流程简述1. 原料气压缩部分来自装置外的天然气与循环氢混合后进入原料气缓冲罐（V101），经原料气压缩机（C101A.B）升压后后进入转化炉对流段中，预热至380℃进入加氢脱硫部分。

1.2 加氢脱硫部分预热后的原料气，进入加氢反应器（R101），在加氢催化剂的作用下发生有机硫转化反应，使有机硫转化为无机硫，然后再进入氧化锌脱硫反应器（R102A.B），在此氧化锌与硫化氢发生脱硫反应，脱除原料中的硫。

精制后的气体中硫含量小于0.2ppm，进入转化部分。

1.3 转化部分精制后的原料气在进入转化炉（F101）之前，按水碳比3.5与2.2MPa水蒸汽混合，再经转化炉对流段（原料预热段）预热至500℃，由上集合管进入转化炉辐射段。

转化炉管装有转化催化剂，在催化剂的作用下，原料气与水蒸气发生复杂的转化反应。

整个反应过程表现为强吸热反应，反应所需的热量由设在转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供。

出转化炉的高温转化气(出口温度为820℃)经转化气蒸汽发生器（E101）发生中压蒸气后，温度降至280～320℃，进入中温变换部分。

1.4 中温变换部分由转化气蒸汽发生器（E101）来的300～360℃转化气进入中温变换反应器（R103），在催化剂的作用下发生变换反应，将变换气中CO含量降至3%（干基）左右。

中变气经锅炉给水预热器（E102）预热锅炉给水、除盐水预热器（E103）预热除盐水回收大部分的余热后，再经中变气水冷却器（E104）降温至40℃，并经分水后进入PSA部分。

电解水制氢经典书籍电解水制氢是一种常见的制氢方法，它通过电解水来产生氢气。

下面是一些关于电解水制氢的经典书籍，它们对于了解这一领域的原理、方法和应用有着重要的指导作用。

1.《电解水制氢原理与技术》：这本书详细介绍了电解水制氢的基本原理和相关技术，包括电解池、电解液、电解反应等方面的内容。

它提供了理论和实践相结合的知识，适合初学者和专业人士阅读。

2.《水电解制氢与燃料电池技术》：该书系统地介绍了水电解制氢和燃料电池技术的原理、方法和应用。

它涵盖了电解水制氢的各个方面，包括电解池设计、电解液选择、电极材料等内容，对于深入研究和应用具有较高的参考价值。

3.《电解水制氢技术与应用》：这本书从理论到实践，全面介绍了电解水制氢技术及其在能源、环保等领域的应用。

它还讨论了电解水制氢的经济性、可持续性等问题，对于了解电解水制氢的全貌具有重要意义。

4.《水电解制氢：原理、技术与应用》：该书系统地介绍了水电解制氢的原理、技术和应用领域。

它包括电解水制氢的基本原理、电极材料的选择、电解池的设计等内容，以及水电解制氢在交通、能源等领域的应用。

5.《电解水制氢与储氢技术》：这本书重点介绍了电解水制氢和储氢电解液的选择、储氢技术的种类等内容，对于深入了解电解水制氢的技术细节具有重要参考价值。

6.《电解水制氢的原理与应用》：该书以电解水制氢的原理为主线，介绍了电解水制氢的基本概念、反应机理和实际应用。

它还涉及了电解水制氢的经济性、环境影响等问题，对于综合理解和应用电解水制氢具有一定的指导作用。

7.《水电解制氢技术与能源转化》：这本书系统地介绍了水电解制氢技术和能源转化的原理、方法和应用。

它包括了电解水制氢的基本原理、电解池的设计、电解液的选择等内容，以及水电解制氢在能源转化中的应用领域。

8.《电解水制氢的原理、方法与应用》：该书从理论到实践，全面介绍了电解水制氢的原理、方法和应用。

它详细探讨了电解水制氢的反应机理、电解液的选择、电解池的设计等内容，以及在能源、环保等领域的应用。