第六章 制氢装置分析

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更多技术资料 请登录 中科网 氨分解制氢装置原理及技术分析
装置工作原理：
氨分解制氢装置以液氨为原料，气化后在催化剂作用下加热分解，产生含氢75%、氮25%的混合气。

装置结构特点：
1、梅花型柱状结构的整体式裂解炉管使炉胆各部分的气流均匀，寿命均一；配合外挂丝结构使得热效率得到最大限度发挥。

2、热交换器采用套管式结构，较大的换热面积保证热效率的充分利用的同时更保证了足够长的使用寿命。

3、炉胆材质为稀有的高温耐热合金材料，保证了在高温与强腐蚀性的环境中有较长的使用寿命。

4、加热元件采用在高温下力学性能优良的镍铬合金，其表面负荷被确定在合理的范围内。

5、核心保温材料硅酸纤维采用真空吸滤的方法成型并加以表面五次以上的强化，因此质轻而具高强度；同时其独特的结构决定了该材料的传热系数比同类产品低15%。

6、本产品具有结构紧凑、占地面积小、投资少、操作简便、能耗低等特点，与纯化装置配套使用，能够获得纯度很高的保护气体。

可广泛应用于电子、冶金、化工、机械等行业。

主要技术参数：
处理气量：5-2000Nm3/h
微氧含量：≤3ppm
残氨含量：≤1000ppm
气体露点：≤-10℃。

制氢装置危险因素及防范措施引言制氢装置是一种常见的工业设备，用于将水分解为氢气和氧气的化学反应。

然而，制氢过程中存在一些风险和危险因素，需要采取一系列的防范措施来确保操作人员的安全。

本文将探讨制氢装置的危险因素及防范措施。

危险因素1. 氢气泄漏氢气是一种高度易燃的气体，其泄漏可能导致火灾或爆炸。

氢气泄漏的主要原因有管道破裂、设备损坏、操作人员错误等。

2. 氢气与空气形成可燃混合物当氢气与空气混合比例在4%～75%之间时，会形成可燃混合物。

一旦有点火源存在，可燃混合物可能引发火灾或爆炸。

3. 高温和高压制氢装置的操作涉及高温和高压环境，因此存在着高温和高压造成的烫伤或爆炸风险。

4. 化学品泄漏制氢装置中使用的化学品，如酸、碱等，存在泄漏的风险。

这些化学品有毒性和腐蚀性，会对操作人员造成伤害。

防范措施为了确保制氢装置的安全运行，需要采取一系列的防范措施来应对上述提到的危险因素。

1. 氢气泄漏防范•定期检查和维护氢气管道和设备，以确保其完整性和可靠性。

•安装氢气泄漏监测设备，及时检测和报警。

•对操作人员进行培训，使其了解氢气泄漏的识别方法和应急处理措施。

2. 可燃混合物防范•确保制氢装置的通风系统正常工作，保持空气中的氢气浓度在安全范围内。

•禁止在制氢装置附近使用易引起火花的设备或操作。

3. 高温和高压防范•设计合理的装置结构，并采用高温和高压安全阀等安全设备，以防止超过设计压力或温度。

•提供必要的个人防护设备，如耐高温手套和防护服。

4. 化学品泄漏防范•储存和使用化学品时严格遵守安全操作规程，注意防止泄漏和溢出。

•配备适当的泄漏应急处理设备和物品，如化学品吸附剂、中和剂等。

5. 培训与应急演练•进行定期的安全培训，确保操作人员了解各种危险因素和相应的应对措施。

•组织应急演练，增强操作人员处理危险情况的能力。

结论制氢装置的危险因素包括氢气泄漏、可燃混合物、高温和高压、化学品泄漏等。

为了减少事故风险，需要采取一系列的防范措施，包括检查维护设备、监测气体泄漏、确保通风系统正常工作、提供个人防护设备、培训操作人员并进行应急演练等。

制氢—装置重点部位设备说明与危险因素及防范措施制氢是一种重要的化工过程，通过该过程可以生产出氢气作为能源或工业原料。

然而，制氢过程中存在着一系列的危险因素，需要采取相应的防范措施来确保工作环境的安全。

本文将对制氢装置、重点部位设备的构造、危险因素及防范措施进行详细说明。

一、制氢装置概述制氢装置通常由以下几个部位组成：进料系统、反应系统、分离系统、废气处理系统和控制系统。

1.进料系统：进料系统主要包括原料气体的进水、净化和加热等设备。

在该系统中，主要存在的危险因素包括原料气体中的杂质可能对设备的腐蚀和毒性物质的影响。

2.反应系统：反应系统主要由反应器和催化剂床组成。

在反应系统中，危险因素主要包括高温和高压，以及可能产生的可燃气体和有毒气体。

3.分离系统：分离系统主要负责将产生的氢气与其他气体分离，并进行净化和储存。

在分离系统中，危险因素主要包括氢气的爆炸和有毒气体的泄漏。

4.废气处理系统：废气处理系统主要用于处理产生的废气，包括净化和排放。

在废气处理系统中，危险因素主要包括有毒气体的处理和有害物质的排放。

5.控制系统：控制系统主要对整个制氢过程进行自动化控制和监测。

危险因素主要包括设备的故障和操作失误导致的事故。

1.高温和高压：在反应系统中，由于制氢过程需要高温和高压条件，因此存在爆炸和火灾的危险。

为了防范此类危险，应采取以下措施：-选择高温和高压下耐热、耐压的材料，并定期检查其状况。

-安装压力传感器和温度传感器，实时监测反应器的压力和温度，并设置相应的报警装置。

-定期对反应器进行检修和维护，确保其安全运行。

2.毒性与腐蚀性物质：制氢过程中会引入原料气体，可能存在毒性物质和腐蚀性物质。

为了防范这些危险，应采取以下措施：-在进料系统中加入净化设备，去除原料气体中的杂质。

-选择耐腐蚀的材料，并定期对设备进行检查和维护。

-在可能泄漏的部位安装气体泄漏报警装置，并制定相应的应急处理措施。

-对操作人员进行必要的防护措施培训，提供必要的个人防护设备。

制氢—装置、重点部位设备说明与危险因素及防范措施一、装置简介(一)装置的发展及类型1．制氢装置的发展氢气是石油化工的基本原料，随着加氢技术的发展，对氢气的需求量日益增加，一般对于加氢装置较多的炼油厂，除利用重整副产氢外，尚须有专门制氢装置。

我国第一套轻烃蒸汽转化制氢装置是20世纪60年代建成的，随后又陆续建立起多套制氢装置，这时期的氢气净化技术为化学净化法。

进入20m世纪80年代以后，随着变压吸附技术的发展，新建的制氢装置多采用变压吸附净化法。

2．装置的主要类型以制氢装置的原料分：有天然气制氢：油田伴生气制氢；液化气制氢；炼厂气制氢；轻石脑油制氢等。

以产品精制方法分：有化学净化法制氢：变压吸附(PSA)净化法制氢。

天然气制氢造气单元和PSA单元工艺流程见图2—19a、图2—19b、图2—19c。

二、重点部位及设备(一)重点部位制氢装置的原料及产品多为易燃、易爆物质，整个装置区内都具有较大危险性，其中危险性最大的区域属转化炉区和压缩机区。

(二)主要设备1．制氢转化炉转化炉是制氢装置的核心设备，它处于高温、高压、临氢状态下操作，对炉管材质及结构有严格要求。

目前，流行的转化炉有三种炉型：一是以托普索公司为代表的侧烧炉：二是以凯洛格公司为代表的顶烧炉；三是以福斯特惠勒公司为代表的阶梯式转化炉。

•国内流行的为顶烧炉和刚烧炉。

转化炉炉管一般为DNl00mm×l2000mm，材质为HK—40或HP—40的离心浇铸管，由于炉管的温度高，设计时应充分考虑热膨胀问题。

2．PSA吸附床变压吸附分离为间歇操作，对于每个吸附床来讲，在高压下吸附，在低压下脱附，因此吸附床受交变压力的作用，为疲劳容量，在设计、制造时要引起足够重视。

三、危险因素及其防范措施本装置在火灾危险性分类中为甲类危险性装置。

(一)开停工时的危险因素及其防范措施1．开工时的危险因素及其防范措施(1)装置全面大检查装置全面大检查是开工前非常重要的步骤，装置在设计、施工当中必然存在一些问题，通过检查，发现问题，并进行整改，以保证装置安全顺利开工。

制氢装置单元安全分析与设计摘要随着氢能源的快速发展与应用，制氢装置已经成为了氢能源产业链中的重要组成部分。

制氢装置单元的安全问题是制约氢能源发展的重要因素之一。

本文通过对制氢装置单元进行安全分析与设计，分析了可能存在的安全问题，并提出了解决方案，以保障制氢装置单元的安全运行。

关键词：制氢装置，单元安全分析，安全设计，氢能源AbstractWith the rapid development and application of hydrogen energy, hydrogen generation equipment has become an important part of the hydrogen energy industry chain. Safety issues of hydrogen generation equipment unit is one of the majorfactors restricting the development of hydrogen energy. In this paper, safety analysis and design of the hydrogen generation equipment unit is carried out. The possible safety problems are analyzed, and solutions are proposed to ensure safe operation of the hydrogen generation equipment unit.Keywords: hydrogen generation equipment, unit safety analysis, safety design, hydrogen energy引言随着氢能源的快速发展与应用，氢燃料电池汽车已经成为了未来汽车领域的主流。

电解水制氢装置分析
一、电解水制取氢装置结构
电解水制取氢的装置主要有电极、溶液容器、控制器、电源、气体收
集管线、氢气和氧气压缩机、氢气分配器和氧气分配器等组成。

电极包括
电极材料、电极支架和连接器，电极材料有锂钛石猪笼状结构和聚乙烯四
氟乙烯晶格状结构等，型号有柱状和片状；溶液容器主要用来安装电极和
储存溶解液，常用材料有碳钢、不锈钢、钛合金、氟塑料及塑料等；控制
器用于控制和维护整套电解装置，其功能包括电压控制、温度控制和缓蚀
保护等；电源可以是电网电源也可以是发电机电源，用以提供电解装置运
行所需的电能；气体收集管线用来将产生的氢气和氧气连接到气体压缩机；气体压缩机用以将氢气和氧气的压力增加，使其能够被安全运输、分配和
储存；氢气分配器和氧气分配器分别用于将氢气和氧气导向相应的应用场合。

二、电解水制取氢装置原理
电解水制取氢的装置利用电极将水分解成氢气和氧气，这是一种不用
燃料就能将水分解成氢气和氧气的方式。

当水在电极上受到电场的作用时，水分子被彻底解离，水分子的原子组成了氢气和氧气。

制氢装置的流程与控制目标分析发布时间：2021-05-07T08:53:48.813Z 来源：《中国科技人才》2021年第4期作者：赵宁娟[导读] 自装置外来的炼厂混合干气或天然气进入原料气压缩机，升压至3.2MPa（G）进入原料气-低压蒸汽换热器和原料气-中变气换热器换热至360℃，进入加氢、脱硫反应器降硫含量至0.1ppm。

北京石油化工工程有限公司陕西西安 710075摘要：制氢装置作为石化企业最重要的装置之一，对运行稳定程度要求很高，因此对自动化控制要求也会相应提高。

本文在深度研究分析轻烃蒸汽转化制氢工艺流程的基础上，设计出制氢装置控制系统的主要回路的控制方案包括变压吸附、水碳比控制、汽包液位三冲量控制系统、转换炉温度控制和安全生产联锁保护等；从而达到运行稳定，降能减耗的目的。

控制过程中主要的工艺参数及水、蒸汽、风等，以及与紧急停车的安全联锁相关的温度、压力、流量、液位等参数都需要合理的设置。

关键词：制氢装置；控制目标；自动控制；转化炉1 制氢装置的生产工艺流程简述蒸汽转化制氢的工艺流程（见下图1），反应过程为：原料气→压缩→净化→转化→PSA提纯→产品氢图1蒸汽转化制氢的工艺流程框图1.1原料净化工序自装置外来的炼厂混合干气或天然气进入原料气压缩机，升压至3.2MPa（G）进入原料气-低压蒸汽换热器和原料气-中变气换热器换热至360℃，进入加氢、脱硫反应器降硫含量至0.1ppm。

1.2 转化工序把蒸汽和原料气按3.5的水碳比混合后进入蒸汽转化炉预热至约500℃，2.90MPa（G）进转化炉管程在催化剂作用下反应，燃料在火嘴燃烧在转化炉管程外提供所需反应热。

出炉的转化气约860℃、2.60MPa（G），经转化气废热锅炉后转化气温度约340℃去变换工序?1.3 变换工序由转化工序来进入中温变换炉在催化剂的作用下转化气发生变换反应，出口变换气约410℃，2.50MPa（G）进入原料气-中变气换热器、中变气-除氧水换热器后温度降至约160℃，经中变气第一分液罐分离液体，气体进中变气-除盐水换热器，出口气约150℃，经中变气第二分液罐分离液体，气体进中变气空冷器及中变气水冷器，出口气体约40℃经中变气第三分液罐分离液体，气体去PSA工序?分离器出来的工艺冷凝液经汽提塔汽提除去CO2，塔底脱酸冷凝水经工艺冷凝液泵升压至0.8MPa（G）左右送入除氧器或出装置。

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。

制氢装置转化炉受力分析与改进制氢装置是一种重要的能源转化装置，其核心部件是转化炉。

转化炉在制氢工艺中起到重要的作用，其受力分析和改进对于提高制氢装置效率和稳定性具有重要意义。

转化炉受力分析主要包括热应力和机械应力两个方面。

热应力是由于转化炉受热膨胀引起的。

在制氢过程中，转化炉内部温度高且不均匀，内壁和外壁受到不同程度的热膨胀，从而引起热应力。

机械应力是由于炉内高温气体对炉壁的冲击作用引起的。

转化炉内气体流动产生的惯性力和压力差会对炉壁产生冲击，从而引起机械应力。

为了减小热应力对转化炉的影响，可以采取以下措施。

优化转化炉的结构设计。

合理设置材料和材料层数，以提高转化炉的耐高温能力。

减小温度不均匀度。

通过优化转化炉的气体流动和结构设计，降低内外壁温度差，减小热应力的产生。

增加冷却措施。

在转化炉壁设置冷却装置，通过冷却剂的流动降低热应力。

在进行转化炉的改进时，需要对转化炉的性能指标进行评估。

对于制氢装置而言，转化效率和氢气纯度是两个重要的性能指标。

转化效率反映了转化炉的气体转化能力，氢气纯度则反映了转化炉的气体分离能力。

在改进转化炉时，需要综合考虑这两个性能指标，并在炉内结构设计和工艺流程优化中进行权衡。

转化炉在制氢装置中起到重要的作用，其受力分析和改进对于提高制氢装置效率和稳定性具有重要意义。

在进行受力分析时，需要考虑热应力和机械应力两个方面。

在进行改进时，可以从结构设计、温度均匀度、冷却措施、气体流动和缓冲措施等方面入手，综合考虑转化效率和氢气纯度等性能指标。

制氢—装置、重点部位设备说明与危险因素及防范措施一、装置简介(一)装置的发展及类型1．制氢装置的发展氢气是石油化工的基本原料，随着加氢技术的发展，对氢气的需求量日益增加，一般对于加氢装置较多的炼油厂，除利用重整副产氢外，尚须有专门制氢装置。

我国第一套轻烃蒸汽转化制氢装置是20世纪60年代建成的，随后又陆续建立起多套制氢装置，这时期的氢气净化技术为化学净化法。

进入20m世纪80年代以后，随着变压吸附技术的发展，新建的制氢装置多采用变压吸附净化法。

2．装置的主要类型以制氢装置的原料分：有天然气制氢：油田伴生气制氢；液化气制氢；炼厂气制氢；轻石脑油制氢等。

以产品精制方法分：有化学净化法制氢：变压吸附(PSA)净化法制氢。

天然气制氢造气单元和PSA单元工艺流程见图2—19a、图2—19b、图2—19c。

二、重点部位及设备(一)重点部位制氢装置的原料及产品多为易燃、易爆物质，整个装置区内都具有较大危险性，其中危险性最大的区域属转化炉区和压缩机区。

(二)主要设备1．制氢转化炉转化炉是制氢装置的核心设备，它处于高温、高压、临氢状态下操作，对炉管材质及结构有严格要求。

目前，流行的转化炉有三种炉型：一是以托普索公司为代表的侧烧炉：二是以凯洛格公司为代表的顶烧炉；三是以福斯特惠勒公司为代表的阶梯式转化炉。

•国内流行的为顶烧炉和刚烧炉。

转化炉炉管一般为DNl00mm×l2000mm，材质为HK—40或HP—40的离心浇铸管，由于炉管的温度高，设计时应充分考虑热膨胀问题。

2．PSA吸附床变压吸附分离为间歇操作，对于每个吸附床来讲，在高压下吸附，在低压下脱附，因此吸附床受交变压力的作用，为疲劳容量，在设计、制造时要引起足够重视。

三、危险因素及其防范措施本装置在火灾危险性分类中为甲类危险性装置。

(一)开停工时的危险因素及其防范措施1．开工时的危险因素及其防范措施(1)装置全面大检查装置全面大检查是开工前非常重要的步骤，装置在设计、施工当中必然存在一些问题，通过检查，发现问题，并进行整改，以保证装置安全顺利开工。

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制氢装置的类型及防范措施在现代工业生产中，氢气被广泛应用于能源、化工、制造业等领域。

制氢装置作为一种生产工具，在氢气生产和利用中扮演重要角色。

然而，在使用制氢装置的过程中，我们也要注意一些安全问题。

本文将介绍制氢装置的常见类型，以及如何预防潜在的安全隐患。

制氢装置的类型热解法制氢装置热解法制氢装置是一种利用煤、油、天然气等热源进行直接热解的制氢设备。

其主要工艺流程是：将煤、油、天然气等作为原料，在高温高压下进行裂解，生成水蒸气和一氧化碳。

随后，通过水蒸气与一氧化碳的反应生成氢气，并对氢气进行净化和压缩，最终得到高纯度的氢气。

热解法制氢装置具有生产成本低、成品氢气质量高等优点，但在操作中会产生大量的热辐射，还有易产生爆炸的隐患。

水电解制氢装置水电解制氢装置是利用电能将水分解为氢气和氧气的一种方式。

其主要工艺流程是：将水加入电解槽中，通入直流电流，水被电解后分解为氢气和氧气，随后对氢气进行净化和压缩，最终得到高纯度氢气。

水电解制氢装置的优点是操作简单、成品氢气纯度高、基本无污染等，但其制氢效率较低，电解成本较高。

溶解法制氢装置溶解法制氢装置是采用金属或金属合金与酸性水溶液进行反应来产生氢气。

溶解法制氢装置的主要工艺流程是：将金属或合金与酸性水溶液（如硫酸溶液）反应，产生氢气，再进行氢气的净化和压缩，最终得到高纯度氢气。

溶解法制氢装置的优点是生产成本低，制氢效率高，但操作中要注意化学品和酸碱的混合，防止产生有毒气体，同时还要注意装置的腐蚀。

如何预防制氢装置安全隐患坚持安全第一在制氢过程中，始终要坚持以安全为第一的原则。

操作人员要严格按照操作规程和安全操作规定进行操作，做到仪器设备正常运行、操作规程合理合法并随时注意安全问题。

同时需要加强对操作人员的培训和教育，提高其安全意识和危险意识，从而避免不必要的安全事故。

加强装置维护制氢装置是一种高科技设备，需要经常进行维护和检修。

这包括定期对装置进行清洗、检查仪器设备是否正常运行等，确保装置能够正常运转。

制氢装置能耗分析及节能措施的探讨摘要：本文分析了制氢装置的能耗构成及影响能耗的主要因素，从装置的技术特点出发，对制氢装置的节能减排进行探讨，明确了提高装置利用率、降低燃料气、电的消耗是降低能耗的主攻方向。

通过采用一系列的节能措施，如给鼓引风机增设变频器并投用功率较小的压缩机代替原来功率较大的压缩机，大大降低了电的消耗；对转化炉的内壁进行喷涂红外反辐射涂料，余热回收系统更换热管，提高了装置的利用率，降低了燃料气的消耗。

工业运行结果表明：改进后的方案能保证系统安全平稳运行，经济效益显著。

关键词：制氢装置转化炉余热回收系统能耗节能一、制氢装置技术特点装置采用烃类水蒸气转化法造气和变压吸附法提纯氢气的工艺，以天然气和RDS装置提供的PSA尾气为原料，当PSA尾气及天然气供给量不足时可以以罐区提供的液态烃及石脑油为补充原料，产品氢气纯度可达99.99%，副产品为变压吸附尾气，全部用作转化炉燃料。

装置不设原料预热炉，原料用过热蒸汽预热，并采用三合一产汽流程（即烟道气、转化气、中变气的产气系统共用一台汽水分离器）以及转化炉烟气多段换热系统等诸多措施尽可能回收转化炉的余热，提高了转化炉的利用率。

二、制氢装置的节能措施针对制氢装置的用能分析，将从提高转化炉热效率、提高余热回收系统利用率及降低电能消耗3个方面进行优化改造（一）提高转化炉热效率转化炉是制氢装置的关键设备之一，也是主要的耗能设备，其运行水平的高低直接影响到装置能耗水平和经济效益。

因此降低转化炉能耗，提高其热效率对装置的节能减排意义重大。

在转化炉运行时，转化炉炉墙、金属构架及其汽水管道、烟风道等的表面温度都比周围空气温度高，就不可避免的其部分热量散失于大气中。

其大小主要取决于锅炉散热表面积的大小、表面温度和周围空气温度等因素，同时还与水冷壁和锅炉墙的结构，保温层的性能和厚度有关。

可以说，这种损失是不可避免的。

要降低转化炉能耗，只能通过提高转化炉的热效率来尽可能的降低能耗。