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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。
合成氨复习题（1）复习题第1章烃类蒸汽转化第⼆章重油部分氧化从化学热⼒学分析析炭发⽣：只有在转化管进⼝的⼀段位置可能析炭实际⽣产中温度的提⾼受到限制：①催化剂耐热温度②反应管材质耐⾼温③烃类分解发⽣热裂解导致析碳实际⽣产中温度的控制指标：①⼀段转化炉出⼝：800 ℃，甲烷含量10%；②⼆段炉出⼝：1000 ℃，甲烷含量<0.5% ⼯业⽣产对转化催化剂的要求：①活性⾼：催化剂活性愈⾼，转化速度越快，可增加空速，从⽽提⾼设备的⽣产效率；同时，⾼活性催化剂可从动⼒学上减少析碳的发⽣；②抗析碳：烃类，特别是⽯脑油蒸汽转化，最容易在床层⼊⼝1-3⽶处析碳；采取的措施是在催化剂研制上想办法，如英国ICI46-1催化剂，向催化剂中加⼊钾碱，在转化反应过程中，钾碱可缓慢释放，分布在催化剂表⾯上中和酸性中⼼，抑制⾮均相积碳。
③稳定性蒸汽转化操作条件苛刻，催化剂长期处在⽔蒸汽和⾼的氢分压、⾼的⽓体流速下，活性不随时间⽽衰退。
⽬前，转化催化剂的使⽤寿命⼀般为5年，使⽤终期和初期相⽐，活性衰退⼀般左右。
④⾼强度：转化条件苛刻，⽣产中⼯况波动，转化管震动，管内⽓体流速很⾼，从⽽导致对催化剂冲刷、腐蚀。
这都要求催化剂具有较⾼的强度，耐压碎、耐膨胀、耐磨蚀，否则催化剂粉化，造成床层阻⼒增加。
⑤合理的⼏何形状：从提⾼催化剂内表⾯利⽤率、减少床层阻⼒等⽅⾯考虑，都要求催化剂有合理的⼏何形状；⽬前，转化催化剂多做j成环状。
催化剂的成分：活性组分载体助催化剂此外，还常加⼊润滑剂、扩孔剂等。
催化剂的制备：①共沉淀法②浸渍法活性组分：在元素周期表中，第Ⅷ族过度元素对烃类蒸汽转化反应都有催化作⽤；贵⾦属钌Ru、铑Rh、钯Pd、铱Ir、铂Pt的活都⾼于镍Ni，但从性能和经济⽅⾯考虑，活性组分，镍为最佳，所以镍是⽬前⼯业上唯⼀的活性组分。
NiO为制备催化剂最主要活性成份,含量以4-30%为宜。
助催化剂：为了提⾼镍的活性及稳定性，可添加助催化剂来达到抑制镍晶粒熔融过程，防⽌镍晶粒长⼤，从⽽使其有较⾼的稳定活性，延长使⽤寿命，并增加抗析碳能⼒。
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。
化⼯⼯艺学__复习第⼆章制⽓# 热量的供给⽅式不同有两种制备粗原料⽓的⽅法：1外部供热的蒸汽转化法; 2内部蓄热的间歇操作法# ⽓态烃蒸汽转化反应在⾼温有催化剂存在的条件下可实现下述反应：CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)但要完成这⼀⼯业过程，必须对可能发⽣的主要反应及副反应进⾏详细研究。
主要的副反应有CH4(g) = C (s) + 2H2(g) ;2CO(g) = CO2(g) + C(s) ; CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g)# CH4转化反应热⼒学：甲烷蒸汽转化在⾼温、⾼⽔碳⽐和低压下进⾏为好# CH4转化反应的动⼒学分析：反应主要取决于在催化剂内表⾯的反应，所以该反应控制步骤为内表⾯控制。
因此减⼩粒度增加内表⾯积有利于扩散过程和提⾼反应速率。
#防⽌析炭的措施：A 配料时增⼤S/C，从热⼒学上去消除B选⽤适宜的催化剂C选择适宜的操作条件。
#析碳的处理析炭不严重，可减压、减原料⽓，提⾼S/C，甚⾄可停进天然⽓，利⽤析炭逆反应除碳析炭严重，可通⼊蒸汽为载体，加⼊少量空⽓燃烧碳，但空⽓量⼀定要严格控制，结束后对催化剂进⾏还原。
#转化过程描述;⼀段转化完成转化⼤部分任务;⼆段炉转化剩余甲烷和加⼊原料氮⽓空⽓加⼊量对⼆段炉出⼝⽓组成和温度有⽆影响，如何影响？P97#对转化催化剂的要求⾼活性、强度好、耐热性好、抗析炭能⼒强.(转化催化剂所处⼯况转化温度⾼、⽔蒸⽓和氢⽓分压⾼、流速⼤、可能析炭)#转化催化剂的基本组成NiO为最主要活性成份。
实际加速反应的活性成份是Ni，所以使⽤前必须进⾏还原反应，使氧化态变成还原态Ni NiO(s) +H2(g) = Ni(s) + H2O(g)#催化剂制备制备⽅法有三种：沉淀法、浸渍法、混合法，这三种⽅法最后都需要进⾏⾼温焙烧，从⽽使催化剂有⾜够的机械强度#转化分为⼆段的原因：A转化条件不允许;B补充合成所需要的氮⽓#为什么⽤⼆段转化⽅式？转化率⾼必须转化温度⾼，全部⽤很⾼温度，设备和过程控制都不利，设备费⽤和操作费⽤都⾼。
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。
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。
《化学工艺学》复习题第一章绪论1、化学工业（化学加工工业）：指生产过程中化学方法占主导地位的制造工业。
2、化学工业按产品的物质组成可分为：有机化工（碳氢化合物及其衍生物）和无机化工（非碳氢化合物）两大类。
3、一般综合考虑产品的性质、用途和生产量，化学工艺分为如下几类：无机化学工业、基本有机化学工业、高分子化学工业、精细化学工业、生物化学工业。
4、化学工业按原料的性质和来源分：石油化工、煤化工、生物化工、矿产化工、海洋化工。
5、化学工艺：将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，其中包括实现这种转变的全部化学和物理的措施。
6、原油按其组成大体分为：石蜡基、中间基、环烷基三大类。
7、辛烷值：将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准汽油。
将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中炕爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量。
8、原油的常压蒸馏和减压蒸馏过程称为石油的一次加工，常减压蒸馏馏分油的进一步化学加工过程称为石油的二次加工。
9、石油的二次加工工艺主要包括：重整、催化裂化、催化加氢裂化、烃类热裂解这四种化学加工方法。
10、物料衡算和热量衡算的意义与用途：①进行方案比较，参数值确定的基本方法。
②化工设计的基础。
③通过衡算，找出生产的薄弱环节，工艺参数值是否合理，提出生产的方向，提供设计数据。
11、物料衡算的依据——质量守恒定律12、热量衡算的依据—热力学第一定律第二章合成气1、合成气的生产包括两个主要步骤：合成气的制取和净化。
2、合成气的制取（造气）即制备含H2 和CO 的气体。
3、合成气的净化即将原料气中的杂质如CO、CO2、S 等脱除到ppm级(10-6)。
4、合成气制备中，影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素有：水碳比、反应温度和反应压力。
5、合成气制备中，甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行有利。
6、烃类蒸汽转化所使用的催化剂组成：NiO为最主要活性成份。
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。
第一章 合成氨1.合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？答：1.原料气制备，制备含有氢、氮的原料气。
用煤、原油或自然气作原料，制备含氮、氢 气的原料气。
2.净化，由于无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反响过程有害的 各种杂质，必需实行适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体 精制过程。
3.压缩和合成，将纯洁的氢、氮混合气压缩到高压，在铁催化剂的作用下合成氨。
2.写出烃类蒸汽转化的主要反响。
CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2，CH 4=2 H 2+C3. 简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。
答：干法脱硫(氧化锌法脱硫；钴钼加氢脱硫法)是用固体吸取剂吸取原料气体中的硫化物一 般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高标准状态下在3-5g/m 3 才适用。
特点：能脱除有机硫和无机硫而且可以把脱得很精细，但脱硫剂不能再生而且设备浩大占地多，不适用于脱除大 量无机硫，只有自然气、油田气等含硫低时才使用；湿法脱硫〔化学吸取法，物理吸取法， 化学-物理综合吸取法〕特点：脱硫剂是便于运输的液体物料，脱硫剂是可以再生并且能回 收的硫磺，适用于脱除大量无机硫。
4. 改进 ADA 法脱硫的主要化学反响和脱硫原理是什么？ADA 法脱硫主要化学反响及脱硫原理：在脱硫塔中用 PH 为 8.5--9.2 的稀碱溶液吸取硫化氢并生成硫化氢物：H S + Na CO 2 2 3 = NaHS + NaHCO 3 液相中的硫化氢物进一步与偏钒酸钠反响，生成复原性焦性偏钒酸钠盐并析出无素硫 2NaHS +4NaVO + H O = NaVO +4NaOH +2S ↓ 3 2 2 4 9复原性焦性偏钒酸钠盐接着与氧化态ADA 反响，生成复原态的ADA 和偏钒酸盐 NaV O + 2ADA + 2NaOH + H O ＝ 4NaVO + 2ADA(H) 2 4 9 2 3 复原态的ADA 被空气中的氧气氧化成氧化态的ADA ，其后溶液循环使用2 ADA (H) + O 2 = 2 ADA + 2 H O 24. 少量 CO 的脱除方法有哪些？答：铜氨液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法。
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。
