制氢装置开车技术总结

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1、【资料资料】12000Nm3/h】12000Nm3/h 制氢装置试车开工技术总结制氢装置试车开工技术总结张丽媛 师天林 季宇明 黄晓晖 黄楚斌（中国石油克拉玛依石化公司 新疆克拉玛依 834003） 摘要 本文介绍了克拉玛依石化公司 12000Nm3/h套制氢装置的概况、开工准备情况、开工全过程以及装置在开工过程中的经验及存在的不足。1 前言2004 年 12 月，由中国石化工程建设公司设计、中石油第七公司承建的克拉玛依石化公司套制氢装置试车获得圆满成功，该装置的建设是为了与稠油集中加工项目 150 万吨/年延迟焦化、90 万吨/年汽柴油加氢装置相互配套，随着这几套装置的建成投产，克拉玛依石化

2、公司原油加工能力达到 500 万吨/年。套制氢装置设计产氢规模为年产 99.9v%的工业氢气 0.9 万吨，年开工 8000 小时，相当于每小时产纯氢 12000 标准立方米。装置采用技术先进、成熟可靠的制氢工艺方案，在降低能耗，减少环境污染的同时为下游装置提供稳定的高纯度氢源。2 装置设计技术特点12000Nm3/h 制氢装置以油田气为主要原料，采用烃类水蒸汽转化法造气，PSA 净化提纯等先进的工艺路线制取氢气如图 1，该装置与国内其它装置相比，具有以下突出特点：图 1 先进的制氢工艺路线（1）优化换热流程，提高能量利用效率加强对中变气热能的回收，利用中变气先后与原料气、脱氧水进行热交换，充

3、分回收了中变气的热能，降低装置能耗；利用转化炉烟道气高温位预热原料气；利用烟道气和转化气高温余热发生过热 3.5MPa 中压蒸汽；利用转化炉烟道气低温位余热预热燃烧用空气等方法，以降低转化炉的燃料消耗。 （2）采用国产 PSA 技术，提高氢气质量氢气净化提纯系统采用 PSA 工艺技术，可生产高纯度的氢气产品，有利于降低加氢装置的投资和能耗。PSA 工艺操作简单，自动化程度高，操作弹性大，成本低，是天然气转化制氢工艺的最佳搭配选择。同时 PSA 系统产生的尾气还可作为制氢装置的燃料，减少装置的燃料消耗，为全厂燃料气平衡提供了灵活的手段。（3）锅炉定期加药，提高传热效果由于锅炉中盐类大量浓缩，其中

4、的 Ca2+等离子极易在炉壁结垢，影响传热效果并对锅炉造成损害，为此设置炉水加药装置，定期向锅炉的炉水中加一定量的 Na3PO4 水溶液。PO43-与 Ca2+生成 Ca3(PO4)2，Ca3(PO4)2 为具有高度分散的胶体颗粒，作为炉水的结晶中心，减少锅炉受热面的结垢。这样围绕磷酸三钙生成的松散水垢就不会附着于汽包壁上，待定期排污时排出锅炉系统。 （4）回收排污水，保护设备为了确保蒸汽及锅炉水的质量，延长设备的使用寿命，装置设计了连续排污和间断排污系统，并将排污水回收，在间排罐内闪蒸产 0.3MPa 蒸汽，保护设备的同时也避免了大量热量和水资源的浪费。（5）回收冷凝水，减少除盐水用量在中变

5、气冷却的过程中产生大量的冷凝水，水中含有微量的 CO2 以及有机物。凝结水经酸性水汽提塔汽提，检验合格后由酸性水泵升压送入本公司动力冷凝水管网。（6）先进的自动化系统，优化的控制方案装置采用 DCS 控制系统，以单回路控制为主，根据需要还设有水碳比比值控制、转化炉烟道温度与燃烧温度串级控制、废热锅炉汽包液位-水蒸汽流量-给水流量三冲量调节、原料压缩机入口分液罐的出口压力和出口分液罐的出口压力选择控制等复杂控制方案。3 装置开工试车情况为了确保装置按时投料试车，车间在装置中交前提前进入，并合理的安排、组织装置全面大检查、吹扫、气密等工作，使装置在中交后马上进入试车联运阶段，如冷热氮循环、烘炉、催

6、化剂的装填、催化剂还原等，为确保装置按时开工赢得了宝贵时间。其中催化剂装填、转化炉烘炉以及转化、中变催化剂的还原是试车操作过程的重中之重。3.1 转化炉烘炉转化炉是制氢装置的关键设备，烘炉质量的好坏直接影响到合成氨装置的安全运行。转化炉烘炉是为了除去炉体内耐火砖和耐火胶泥中所含的水分，以防护耐火砖和耐火胶泥由于炉膛温度急剧上升而变形甚至倒塌，使耐火胶泥和耐火砖得到充分烧结，同时检验火咀、热电偶、废锅取热器在热状态下的高温性能。此次烘炉以氮气为载体，天然气为燃料加热，原料压缩机加压，自然通风的情况下，通过调节烟道档板开度调节炉膛负压。在烘炉过程中不允许有降温、熄火现象，升温按技术要求执行，瓦斯要

7、完全燃烧；每小时记一次烘炉操作记录，按实际温度描绘烘炉升温曲线；并且车间配备专业技术人员专人负责烘炉，严把烘炉质量关与安全关。表 1 开工转化炉烘炉、转化催化剂升温控制表区 域 升温范围/ 时间/h 时间累计/h 70150 13 13转化炉烘炉 150 4 17150320 17 34320 6 40430 12 5278 32 84 78130 13 97续表 1区 域 升温范围/ 时间/h 时间累计/h转化催化剂还原 130 11 108130220 9 117220 10 127220350 35 162350 9 171350800 186 357800 5 362800730 5

8、367730 58 425注：区域为转化炉衬里烘干阶段： 升温至 150，恒温 4 小时，目的是为了脱除炉子衬里内的吸附水； 升温至 320，恒温 6 小时，目的是为了脱除炉子衬里内的结晶水；区域为转化催化剂还原及转化炉进一步烘炉阶段。由于时间问题，转化炉衬里烘干阶段时间较短，温度没有升到 500，但在接下来催化剂还原操作中兼顾到这一点，适当的延长了催化剂还原时间，意在进一步对转化炉烘炉。3.2 催化剂装填套制氢催化剂装填时间共计 5 天。共装填各种催化剂 38.85 吨，各类吸附剂 136 吨，各类瓷球 10.675 吨。整个催化剂装填工作比较顺利，装填方法符合规范要求，装填密度等各项关键技

9、术数据接近规定值。表 2 催化剂装填情况催化剂型号 名称 装填位置 催化剂量/t 瓷球量/t 主要组分/%TH-1 加氢催化剂 加氢反应器 2.4 1.525 Co:2.00.5MoO3:121JX5A 脱氯剂 脱硫反应器 1 0.7 碱土金属氧化物和碳酸盐TS-1 脱硫剂 脱硫反应器 3.5 0.825 ZnO95CN-16YQ 转化催化剂 转化炉管 4.86 NiO14.5Al2O3：7080CaO:510Z111-6YQ 转化催化剂 转化炉管 3.01 NiO14.5Al2O3：6080CaO：510B113-2 中变催化剂 中变反应器 24.08 3.625 -Fe2O377Cr2O3

10、7石墨3合计 38.85 6.675 表 3 PSA 吸附剂装填情况序号 名称 装填位置 规格 理论装填/t 实际装填/t1 GL-H2 活性氧化铝 底部 35 4 42 HXSI-01 吸附剂 下部 1.52 4 43 HXBC-15B 活性碳 中部 1.5 76 844 HX5A-98H 分子筛 上部 23 40 405 HX-CO 吸附剂 上部 23 4 46 瓷球 15 顶部 15 4 4合计 132 140其中转化催化剂装填质量，会直接决定了烃类蒸汽转化制氢的生产质量。催化剂装填的理想状况是转化炉的各个炉管之间所装的催化剂的量相同，因而在通过相同的气量时转化程度一致。而实际装剂过程中

11、却由于催化剂破碎、催化剂床层间有架桥现象等操作问题，使炉管内的原料气偏流，转化炉阻力降增大，造成炉管出现花斑，严重时甚至使转化催化剂失活。因此，催化剂装填一定要按照同重量、同高度、同阻力降的原则，耐心细致的进行。转化炉管压力降测量原理如图 2 所示。装剂前转化炉要清洗干净，并测定空管压降；催化剂装填选择在晴天进行，并且严格按照装填要求进行。3.3 转化及中变催化剂升温还原3.3.1 还原原理由于转化、中变催化剂中的活性组分在出厂时是以氧化态提供的，在使用前催化剂必须还原为还原态才具有催化作用。催化剂还原是保证催化剂长周期运行的一个重要步骤。根据制氢工艺特点，将转化和中变一起用氮气升温，待中变床

12、层温度超过露点 20以上时，转化中变配汽、配氢、还原。转化、中变催化剂还原同时开始，同时结束。转化催化剂还原原理：NiO+H2=Ni+H2O中变催化剂还原原理：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O3.3.2 催化剂还原步骤控制转化炉入口温度 400，出口温度为 720；水蒸汽量为正常负荷的 50%，控制在 6t/h左右；中变床层温度稳定在 250，装置开始配氢进行转化及中变催化剂还原。转化催化剂升温还原情况见表 1，中变催化剂升温还原情况见表 4。表 4 中变催化剂还原升温情况升温范围/ 时间/h 时间累计/h29120 25 25120 4 29120250 59 88250 22 11

13、0250320 109 219320 7 226320345 10 236345 4 240320 4 2443.3.3 催化剂还原注意事项（1）由于加氢催化剂长时间处于还原气氛中将有可能被还原成金属态而失去加氢活性，所以在进行转化和中变还原时必须将加氢反应器单独切出还原系统。（2）选择合适的开始配氢还原操作温度，并保持适当的水氢比，以免催化剂被过度还原。引蒸汽前必须严格暖管排水，防止进转化带水。（3）在配氢过程中，严控配氢量，缓慢配氢，防止反应器超温。（4）每小时分析一次转化炉入口和中变反应器入口的氢气含量4 产品分析数据及操作条件开工后，装置各部位运行已趋稳定，现将装置实际操作参数及产品情

14、况与理论值作对比，见表 5、表 6。表 5 主要操作参数对比项目 设计值 实际值加氢反应器反应温度/ 300350 326反应压力/MPa(G) 3.05 2.4进料气中 H2 含量/v% 35 3.1脱硫反应器反应温度/ 330360 320反应压力/MPa(G) 3.0 2.49出口硫含量/g.g-1 0.3 0.1转化炉反应温度/ 入口 550 出口 850 入口 526 出口 790反应压力/MPa(G) 入口 2.85 出口 2.5 入口 2.37 出口 2.25水/碳比 3.2(mol) 3.5中变反应器出口残余 CH4/%（干基） 5.786（v） 2.0470反应温度/ 入口

15、330 出口 399 入口 320 出口 361反应压力/MPa 2.45 2.21出口残余 CO/%（干基） 2.59（v） 1.0890变压吸附出口氢纯度/v% 99.9 99.998产品氢压力/MPa 2.1 2.0PSA 尾气压力/MPa 0.05 0.05表 6 半成品、成品组成分析项目 脱硫气 转化气 中变气 工业氢设计 实际 设计 实际 设计 实际 设计 实际H2 73.041 73.5452 75.23 75.0728 99.9 99.998CH4 5.786 2.0470 5.25 0.1 0CO 12.708 8.3111 2.38 1.0890 0.5864CO2 8.4

16、65 10.2414 16.59 16.6312 10.5790硫含量/g.g-1 0.5 0.5 CO+CO2/g.g-1 20 215 技术交流与问题总结本次开工从装置中交到试车成功只用了一个月时间，在如此短的时间里装置一次试车成功，这与车间领导的周密部署和员工的认真、努力工作是分不开的。（1）提前进入装置进行整改和开工前的准备工作，安排专人查整改、查漏项，共提出整改项目 100 多项，为装置一次开车成功打下了坚实的基础。（2）由于装置冬季开工，防冻工作就显得格外重要。车间专门安排技术人员查流程、搞伴热。车间自行设计出的伴热线考虑到每一根管线、每一个易冻部位，并且外形美观、整齐划一。（3）装置气密严格按气密方案执行，充压至每个阶段后对法兰、焊口及安全阀、放空阀等进行全面检查，没有泄漏方可继续升压气密。真正的做到“氢气不出、气密不止”。（4）按照要求装填催化剂，并且严格的按照升温曲线进行转化炉烘炉及催化剂升温