氢气纯化装置讲义

水电解制氢装置培训讲义(纯化工艺部分)•制氢工程部2015-6-161培训内容概述纯化流程常见故障及排除方法2015-6-162概述2015-6-1631、催化脱氧氢气中含有的氧杂质通常可采用催化转化的方法来去除。

脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属（如钯脱氧的工作原理脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属（如钯、装置中使用的催化剂为钯金属--2015-6-164装置中使用的催化剂为钯金属半导体体系，具有脱氧活性高、脱氧深度深、气体处理量大、强度高等特性，常温下即可催化反应发生，而且无需预处理（活化）和再生。

脱氧深度可达生。

脱氧深度可达1ppm 1ppm及以下。

及以下。

2、脱氧器的结构¾内筒：电加热元件电缆接入口a 口（气体入口）¾保温层进入经电加热元2015-6-165原料氢气从原料氢气从a a 口进入，经电加热元件加热后进入催化剂床层，氢气和氧气在催化剂的作用下发生化合反应生成水，水以气态的形式随氢气从水以气态的形式随氢气从b b 口流出脱氧器。

3、温度控制在催化剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。

分别用来检测催化剂床层上部和下部的温度。

下部铂电阻检测温度达到设定温度时，会暂停电加热元2015-6-166如果电加热元件已开启而没有通气，那么电加热元件产生的热量就无法散发出去，并且没有气流的传导，测温元件也不能及时将电加热元件的真实温度传至控制系统停止加热，造成电加热元件自身过热，直至烧断。

干燥器的工作原理1、变温吸附干燥变温吸附干燥技术在气体制取工业应用广泛。

它是利解吸出来（即吸附剂的再生）。

从而达到循环工作的目的。

2015-6-167解来即附剂从到循作2、分子筛的吸附原理分子筛是一类具有均匀微孔的硅铝酸盐化合物，其孔般径相当于一般分子大小，由于微孔表面的分子或原子存在子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔从而达到消除水分2015-6-168子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔，从而达到消除水分的目的。

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。

XXXXX有限公司加氢精制和制氢联合装置200000Nm3/h 制氢装置PSA氢提纯单元操作手册XXXXXXX有限公司2007-1编制：校对：审核：审定：目录序言 (4)第一章概述 (5)第一节前言 (5)第二节装置概貌 (6)第三节设计基础 (7)第二章工艺过程说明 (8)第一节吸附工艺原理 (9)第二节工艺流程说明............................................................................... 错误!未定义书签。

第三章装置的操作 (20)第一节装置的开车 (20)第二节装置的运行 (25)第三节装置的停车 (28)第四章维修与故障处理........................................................................................ 错误!未定第一节故障查找指南 ................................................................................ 错误!未定义书签。

第二节故障处理 ........................................................................................ 错误!未定义书签。

第五章安全规程 (29)序言本操作手册是XXXXX有限公司专为XXXXXXX有限公司建设的200000Nm3/h制氢装置PSA氢提纯单元编写的。

用于向装置操作人员提供正确的操作步骤，以及预防和处理事故的方法。

本装置是采用变压吸附（简称PSA）法从变换气中提纯氢气的成套装置。

在启动和运行本装置前，要求操作人员透彻地阅读本操作手册及相关图纸。

因为，不适当的操作会导致运行性能低劣、产品不合格，甚至吸附剂损坏或造成安全事故。

四川天一科技股份有限公司概述1460-E3-703500-PDM01版次：1第1章概述1版次修改标记修改依据编制校核审核审定日期目录1装置概况 (1)2产品和副产品的规格、产量、储存运输条件、运输方法和去向 . 7 3主要原料的规格、用量、来源和供应（输送）方式 (9)4装置的生产方法和技术来源、生产过程和节能措施 (9)5装置自动控制水平、主体仪表和控制系统的选型 (11)6装置在厂区内的位置 (13)7公用物料、燃料的规格、用量和来源 (13)8主要技术经济指标 (17)1 装置概况1.1 概述青海大美甘河工业园区尾气综合利用制烯烃项目由选煤厂和烯烃厂以及公用工程、储运包装装置、辅助生产设施、系统工程、服务设施、厂外工程组成。

主要产品的公称能力为500万吨/年选煤、30万吨/年聚乙烯、40万吨/年聚丙烯。

氢气提纯装置为本项目公用工程装置之一,装置号为35。

氢气提纯装置的公用工程依托全厂公用工程。

经过业主批准,北京中寰工程项目管理有限公司分包四川天一科技股份有限公司（以下简称天一公司）承担氢气提纯装置的工程设计工作。

1.2 业主名称、项目名称和地点1.2.1 业主名称青海大美煤业股份有限公司1.2.2 项目名称及代码项目名称：青海大美甘河工业园区尾气综合利用制烯烃项目项目代码：DMCPP11.2.3 项目地点青海省西宁经济技术开发区甘河工业园区西区1.3 设计范围氢气提纯装置生产工艺过程及设计界区范围如下图：点①②③间为本装置界区范围如图虚线框内为装置界区，界区内外接口交接点在装置平面布置界区线外1米处.设计范围为装置界区内工艺、设备、自控、土建、电气、消防、给排水、安全、环保等相关专业的设计。

1.4 装置规模1.4.1装置建设规模：原料气处理量6601Nm3/h。

1.4.2 操作负荷：70～110%1.4.3产品技术规格：1) 质量要求：H2≥99.99%(V/V)2) 产品气流量: ~1302Nm3/h3) 产品气压力：~4.2Mpa(G)4) 产品气温度：~40℃1.4.4装置年连续运行时间：8000小时1.4.5装置设计寿命：20年1.5 编制依据1.5.1 四川天一科技股份有限公司与北京中寰工程项目管理有限公司签订的《青海大美甘河烯烃项目氢气提纯装置工程设计合同》1.5.2 四川天一科技股份有限公司与北京中寰工程项目管理有限公司签订的《青海大美甘河烯烃项目氢气提纯装置工程设计技术协议》1.5.3 北京中寰工程项目管理有限公司提供的《氢气提纯装置设计工作委托函》1.5.4 北京中寰工程项目管理有限公司提供的氢气提纯装置设计基础资料：统一规定、气象资料、地质资料及总平面布置图等。

QC-25/1.6型氢气纯化制氢装置使用说明书中国船舶工业总公司第七一八研究所第七研究院一九九三年目录1、 (1)2、………………………………………（）3、工作原理…………………………………..（）4、安装………………………………….（）5、操作…………………………………………()6、维修………………………………………………7、故障及其处理……………………………………..()8、附件………………………………………….()2.4 干燥器再生采用原料氢气再生切换方式：手动切换周期：24h2.5 冷却水水质：软化水温度：30℃用量：1.5t/h2.6 冷冻水温度：10℃用量：1t/h2.7 电源种类：三相、四线，220V，50HZ耗电量：11KW2.8 氮气种类：普通氮气压强：0.1-0.7MPa消耗气量：1.5m/h【20，0.1MPa<绝对>】2.9 外型尺寸设备框架<长×宽×高>：1850×1273×2000mm 控制柜<长×宽×高>：1200×900×2100mm 2.10 重量设备框架：1.2t控制柜：300Kg3 工作原理3.1 脱氧、干燥工作原理水电解制氢装置生产的氢气中含有饱和状态的水和一定量的氧气，必须设置氢气纯化设备进行纯化处理方能满足对氢气纯度有较高要求的用户，QC-25/1.6型氢气纯化装置就是其中一种。

该装置采用催化脱氧、冷却去湿及吸附干燥的方法纯化氢气，采用原料氢气再生干燥剂，这种方法流程简单，设备成本低，操作简便，是纯化氢气的较好方法。

流程见附图。

原料氢气进入该装置后，首先进入脱氧器，脱氧器内装填常温脱氧催化剂，含有氧气的氢气经过催化剂把含氧量降至5mm以下，脱氧器内安装有电加热元件以便在需要提高脱氧器的工作温度或活化催化剂时使用。

从脱氧器出来的氢气进入冷却器Ⅰ冷却，再进入气水分离器Ⅰ除去过饱和水，而后进入干燥器A；干燥器内装有干燥剂和电加热元件，气体被干燥器A内的电加热元件加热后再生其内的干燥剂，热的再生气经冷却器A，再经过冷却器Ⅱ，进入气水分离器Ⅱ除去过饱和水，然后进入干燥器B，氢气在干燥器B内除掉水份流出装置供用户使用。

制氢讲义1、为什么要用氢气冷却转子绕组、定子铁芯？1、发电机在运行中产生磁感应的涡流损失和线阻损失，这部分能量损失转变为热量，使发电机的转子和定子发热。

发电机线圈的绝缘材料因温度升高而引起绝缘强度降低，会导致发电机绝缘击穿事故的发生，所以必须不断地排出由于能量损耗而产生的热量。

2、 空气冷却20世纪30年代末期以前，汽轮发电机基本上处于单一的空气冷却阶段。

空气冷却在结构上最简单，费用最低廉，维护最方便，这些显著的优点使得空气冷却首先得到了应用和发展。

随着电网容量的增大，要求提高汽轮发电机的容量。

为了提高容量，需要增加电磁负荷，导致电磁损耗增大，从而引起电机发热量的增加要强化冷却就必须加大通风量，这必然引起通风损耗的增大，而通风损耗(含风摩耗)占总损耗的40%，这就使得电机的效率降低。

另外，空气冷却的定转子绕组的温升也较高，影响绝缘的寿命。

氢气冷却当电机的单机容量达到一定水平时，空冷技术在效率和温升等方面逐渐暴露出不足，为了寻求更加有效的冷却方式，人们发展了氢冷技术。

从20世纪30年代末，容量大于50MW的汽轮发电机逐步过渡到氢气冷却。

氢气的比重小，纯氢的密度仅为空气的1/14，导热系数为空气的7倍，在同一温度和流速下，放热系数为空气的1 4～1 5倍,粘度最小，导热系数最高。

由于密度小，因此，在相同气压下，氢气冷却的通风损耗、风摩耗均为空气的1/10，而且通风噪声亦可减小。

氢冷电机的效率提高了，而且温升明显下降。

由于电机内氢气必须维持规定纯度，为此必须额外设置一套供氢装置，给设计和安装带来了困难。

另外，密封防爆问题始终是氢气冷却电机安全运行的一个隐患。

3、本厂1100MW发电机定子绕组直接水内冷，转子绕组直接氢内冷，定子铁芯氢冷由于发电机都是高转速的汽轮发电机组，由于其转速很高，为3000转/分钟，为降低离心力，其发电机设计成直径短而轴向长度很长的样子。

由于长度太长，发电机中部的热量不易散出，所以需要专门的发电机冷却系统。

工艺原理1.1制氢装置主要工艺过程装置从原料净化到原料蒸汽转化及中温变换，每个过程都包含有复杂的化学反应，而产物的分离则是一个除去杂质的变压吸附过程，装置的各组成部分的催化剂有所不同，对操作的要求及处理也不同，为达到正常生产控制的目的，必须对每个过程的生产原理及催化剂性能有一定认识。

本装置制氢工艺主要由原料气净化，烃蒸汽转化，CO中温变换及中变气的PSA氢气提纯等几部分组成。

1.2制氢装置主要化学反应机理1.2.1原料气净化部分原料净化过程是在一定的温度、氢气压力和空速条件下，借助加氢催化剂作用，把原料气中硫化物、氯化物脱除，使原料气中硫含量降至0.2PPm，氯含量降至0. 1PPm，以保护好后续转化催化剂的正常运行。

原料气中硫化物对含镍蒸汽转化催化剂以及变换催化剂等一系列催化剂都有毒害作用，因此一定要脱除。

原料烃中的硫化物以多种形态存在，一般分为无机硫化物和有机硫化物两大类。

原料气中的硫化物绝大部分是有机硫化物，按有机硫化物的热稳定程度，大致可分为两类。

一类是硫醇和二硫化物，它们在150~250℃便能分解；另一类为硫醚和环状硫化物(噻吩类)，它们在400℃时仍然稳定。

这些有机硫化物不能在氧化锌脱硫剂上直接反应被脱除，为了便于复杂有机硫的转化，必须使用加氢转化催化剂在氢气作用转化生成无机硫化物，再用氧化锌脱硫及吸附脱除。

一般的钴钼型加氢转化催化剂在350℃左右即可将复杂的有机硫转化为H2S，几种典型有机硫的加氢反应如下：硫醇加氢：R-SH+H2=RH+H2S硫醚加氢：R-S-R’+H2=RH+R’H+H2S噻吩加氢：C4H4S+4H2=C4H10+H2S二硫化碳加氢：CS2+H2=CH4+H2S硫氧化碳加氢：COS+H2=CO+H2S此处R-代表烷基，这些反应都是放热反应，平衡常数很大。

因此，只要反应速度足够快，有机硫的转化是很完全的。

除了上述有机硫加氢反应外，对于含有烯烃的制氢原料如焦化干气和催化干气，钴钼催化催还能使烯烃加氢成饱和烃，有机氮化物也可在一定程度上转化成氨和饱和烃了。

氢气纯化装置讲义I. 介绍氢气纯化装置氢气纯化装置是一种用于去除氢气中杂质的设备，主要用于工业生产中对高纯度氢气的需求。

通过纯化装置，可以去除氢气中的水分、氧气、硫化氢等杂质，从而得到高纯度的氢气。

II. 氢气纯化装置的工作原理1. 水分去除：氢气中的水分会降低氢气的纯度和稳定性。

常用的方法有低温凝析、干燥剂吸附、气体膜分离等。

- 低温凝析：通过降低氢气温度使水分凝结并去除。

- 干燥剂吸附：利用特定吸附材料吸附氢气中的水分，常用的干燥剂有分子筛、活性炭等。

- 气体膜分离：利用气体分子尺寸的差异，将水分分离出来。

2. 氧气去除：氢气中的氧气会增加氢气的燃烧性和爆炸性。

常用的方法有催化剂吸附、膜分离等。

1- 催化剂吸附：利用特定的催化剂将氢气中的氧气与氢气反应生成水，进而去除氧气。

- 膜分离：利用特殊的膜材料，根据氧气和氢气的不同渗透性将氧气分离出来。

3. 硫化氢去除：氢气中的硫化氢会对设备造成腐蚀和损坏，同时也会影响氢气的气味和颜色。

主要方法有吸附和催化反应。

- 吸附：利用活性炭等吸附剂吸附硫化氢，将其从氢气中去除。

- 催化反应：利用催化剂将硫化氢与氢气反应生成硫，从而去除硫化氢。

III. 氢气纯化装置的组成部分1. 进气系统：包括气体过滤器、调压装置等，用于将进入装置的氢气进行预处理和调整压力。

2. 水分去除系统：包括低温凝析器、干燥剂吸附器、气体膜分离器等，用于去除氢气中的水分。

23. 氧气去除系统：包括催化剂吸附器、膜分离器等，用于去除氢气中的氧气。

4. 硫化氢去除系统：包括吸附器、催化反应装置等，用于去除氢气中的硫化氢。

5. 出气系统：包括气体过滤器、压力调节装置等，用于调节和净化最终输出的高纯度氢气。

IV. 氢气纯化装置的应用氢气纯化装置广泛应用于电子、石油化工、电力、冶金等领域，用于生产高纯度氢气，满足不同行业对氢气纯度的需求。

在燃料电池领域，氢气纯化装置也是必不可少的设备，用于提供高纯度的氢气作为燃料。