简易甲醇裂解制氢装置操作规程.docx

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简易甲醇裂解制氢装置操作规程

甲醇裂解制氢装置

操作规程

编制：

校对：

审核：

批准：

*****气体有限公司

正文

2.3.原料及转化的规格

2.3.1原料规格

甲醇：

符合GB338—2004标准一等品要求。

严禁含乙醇、氯离子、硫离子、烃类。

脱盐水：

C1﹣≤3ppm，电导率≤20us／cm，90℃以下稳定，对碳钢、不锈钢无腐蚀。

2.3.2转化气规格

组成：

H273~74.5％

CO223~24.5％

CO≤1.0％

CH3OH≤200ppm

H2O饱和

压力：

1.4~1.6Mpa－G

温度：

≤40℃

3.工艺

3.1.反应原理

甲醇和水按一定配比经加压、汽化过热，其混合蒸汽在催化剂作用下发生催化裂解和转化反应。

CH3OH-----------CO+2H2－90.7kJ／mo1

CO＋H2O----------CO2＋H2＋41.2KJ／mol

CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2－49.5KJ／mol

3.2.工艺过程及化学反应原理

3.2.1工艺过程

甲醇催化转化制气工艺过程包括：

原料汽化、催化转化反应、转化气冷却冷凝以及洗涤净化等。

3.2.2原料汽化

原料汽化是指，将甲醇和脱盐水按规定比例混合，用泵加送入系统进行预热、汽化过热至转化温度的过程。

完成此过程需：

原料液罐（F102）、甲醇高位槽（F101）、原料液计量泵（J101A、B）、换热器（C102）、汽化过热器（C101）等设备及其配套仪表和阀门。

该工序目的是为催化转化反应提供的原料配比、温度、压力等条件。

3.2.3.催化转化反应

在规定温度和压力下，原料混合气在转化器（D101）中，同时完成催化裂解和催化转化两个反应，得到主要含有氢气和二氧化碳的转化气。

3.2.4.转化气冷却冷凝

将转化器下部出来的高温转化气经冷却、冷凝降到常温。

完成该过程的设备有：

换热器（C102）、冷凝器（C103）两台设备及其配套仪表和阀门。

该工序目的是降低转化气温度，将未反应的甲醇、水冷凝下来。

3.2.5转化气气液分离

经冷却冷凝后的低温转化气，再经气液分离及冷干后分离出液体。

完成该过程的设备有：

气液分离罐（F103）、冷干机（L101）等设备及其配套仪表和阀门。

该工序目的是将转化气中未反应完的甲醇和水分离后送PSA工段。

回收的水溶液循环使用。

3.3化学反应原理

甲醇和水蒸汽混合物在转化器中加压催化裂解和转化一步完成，生成氢气和二氧化碳，其反应式如下：

主反应：

CH3OH=CO＋2H2﹣90.7KJ／mol

CO＋H2O=CO2＋H2＋41.2KJ／mol

总反应：

CO3OH＋H2O=CO2＋3H2－49.5KJ／mol

副反应：

2CH3OH=CH.OCH.＋H2O＋24.90KJ／mol

CO＋3H2=CH4＋H2O＋206.3KJ／mol

3．4.工艺流程叙述

来自甲醇高位槽（F101）的甲醇，和来自原料液罐（F102）中的循环液，经流量比例调节系统（FFC—102）后，分别进入混合管充分混合，配成规定比例的醇、水混合液，有原料计量泵（J101A、B）加压计量后进入换热器（C102）预热，再进入汽化过热器（C101），被导热油加热汽化并过热至规定温度的醇、水混合蒸汽进入转化器（C101）中，同时完成催化裂解和转化反应，生成的高温转化气在换热器（C102）中被原料液冷却，至经冷凝器（C103）被循环冷却水冷却凝降温后进入气液分离罐（F103），分离后的转化气进入冷干机（L101）低温分离出残余的甲醇和水后，再送入变压吸附工段。

由界外来的导热油先后给汽化过热器（C101）、转化器（D101）供热后退回界外。

4.主要控制指标

4.1.原料汽化过热

4.1.1物料

流量原料甲醇流量90﹣330㎏／h

原料液流量180﹣655㎏／h

温度汽化过热器进料温130~160℃

汽化过热器底部温度150~160℃

汽化过热器顶部温度180~260℃

压力汽化过热器压力~1.6MPa

4.1.2原料液组成

甲醇~50％（Wt）

水~50％（Wt）

4.2.转化反应

4.2.1.温度

进转化器温度200~260℃

出转化器温度220~270℃

导热油温度230~300℃

出换热器转化气温度120~130℃

出冷凝器转化气温度≤40

4.2.2.压力

转化器压力~1.6MPa

导热油进口压力~0.6MPa

4.3.转化气指标

转化气流量~1050Nm³/h

转化气压力~1.6MPa

转化气组成H273~74.5％

CO223~24.5％

CO≤1％

CH.OH≤200ppm

4.3.1其他

进工段冷却水压力≥0.4MPa

进工段仪表空气压力0.4~0.6MPa

6．操作程序

6.1开车前的准备工作

6.1.1.准备

（1）检查工具和防护用品、安全设施是否齐备完好。

（2）检查动力设备是否正常，对润滑点规定加油，并盘车数圈。

（3）检查各测量控制仪表是否准备完好，并打开仪表电源，气源开关。

（4）通知甲醇罐区和脱盐水站向本装置送原料，使原料液罐（F102）中的脱盐水液位达~30%。

甲醇高位槽（F101）液位达30%，开启甲醇管道阀门向装置送料，启动原料液计量泵（J101A、B）向系统送料。

（5）催化剂还原系统所有阀门、仪表维持原开车状态不变。

6.2系统置换

因本装置所用原料甲醇和产品氢气均为易燃易爆品，故正式投料开车前必须用氮气置换系统至O2<2.0%以下。

而催化剂活化系统必须置换至O2≤0.5%。

可分二个系统进行置换。

置换前先关闭系统全部阀门，再按要求流向逐个开启有关阀门。

6.2.1.氮气由氮气进口加入，按下列设备和氮气流向依次开启有关阀门：

N2→J101A/B出口→C102→D101→C102→C103→F103→L101→F201→VG202放空（PSA工段）。

开启系统中低点排污及高点排气阀门，排出少量氮气，最后由S201取样分析O2<2.0%后，再加入一瓶氮气（>5Nm3）放空，主系统置换工作完成，关闭所有阀门。

6.2.2.催化剂还原系统置换

按下述设备和氮气流向依次开启有关阀门：

N2→D101→C102→C103→F103→L101→F201→VG202放空（PSA工段）。

由S201取样分析至O2≤0.5%，即为合格。

关闭系统所有阀门，以备开车。

6.3汽化过热器开车

当原料液罐（F102）、甲醇高位槽（F101）的液位达~30%时，汽化过热器即可进行开车操作。

（1）先打开导热油进汽化过热器C101的阀门，保证导热油先进设备，否则汽化过热器底部累积液体后突然通导热油，汽化太剧烈，这是不安全的！

（2）开启比例配合管（PL103）、比例配合管至原料液计量泵管道（PL104a/b）及原料液计量泵出口管（PL105a/b）管路阀门，启动原料液计量泵（J101A/B），使运转正常。

（3）观察汽化过热器C101内压力变化情况，当压力达0.2Mpa以上时，可开启VG104管路排放。

汽化过热器出口温度达~200℃即可转入转化器投料开车。

6.4.转化器开车的条件：

（1）汽化过热器已开车处于待用状态；

（2）原料罐（F102）和甲醇高位槽（F101）内已存入合格原料液，液位达~30%。

6.4.1转化器开车的步骤

转化器的开车时间，应在汽化过热器已开车待用之时，并紧接加氢催化剂还原完成之后进行，具体步骤为：

（1）检查并开启冷却水进口阀，关闭VG104管路阀门并开启VG202管路阀门。

（2）慢慢打开进出转化器的气化过热器至转化器管路（PG101）、转化器至换热器管路（PG102）的进出料阀，注意观察装置各控制点及设备仪表变化情况。

当从转化器下部出口（S104）分析确定脱氢催化剂还原活化完成之后，转为正常开车（原始开车）。

（3）改变原料液组成后继续开车，当系统压力升至规定值后，检查并调整各控制指标达正常值，则全系统开车完成。

6.5正常操作

全系统开车完成后，即可逐步转入正常操作。

6.5.1正常操作状态的建立和维持

（1）根据原料进料量、转化气流量、原料配比、汽化过热器液位、导热油温度、转化气组成、循环液组成及各控制指标对其控制参数进行适当调整，使系统操作处于正常范围内。

（2）调节冷却器（C103）进水阀，使转化气温度T104在40℃一下。

（3）适当调整进口导热油温度，保持全系统处于正常稳定运转状态。

（4）当系统处于正常操作时，应按规定记录各操作参数并巡回检查各控制点和设备仪表是否正常，发现异常现象，应立即查明原因，即使处理，以维持系统的正常操作状态。

6.5.2正常停车操作

（1）PSA装置停止进转化气，并打开PG202管路阀门放空。

（2）导热油装置停止加热，维持导热油循环。

关闭系统导热油进出口阀门，开启短路循环阀。

开大冷凝器C103冷却水进水阀。

（3）关原料液计量泵进出口阀，断原料液计量泵J101A/B电源，关原料液计量泵J101A/B泵区所有阀门，然后再关冷干机L101电源。

（4）关闭转化器气体进口阀，开启管路氮气阀门及管道VG105排放阀，将转化器D101中的转化气用氮气置换出来后，封闭转化器。

（5）对转化器中催化剂进行保护操作，参见6.5.4.

（6）停止导热油循环，停冷却水。

关闭系统所有阀门及仪表。

再视情况决定是否将系统内物料和积液排入贮罐或排出系统外。

若长期停车则应将系统内导热油放回导热油贮罐。

6.6紧急停车操作

凡遇下列情况之一应采取紧急停车操作：

（1）停电。

（2）停冷却水。

（3）设备、管道爆炸断裂、起火。

（4）设备、管道或法兰严重漏气、漏液无法处理。

操作步骤

（1）紧急通知导热油炉房停止加热，打开导热油炉房内部短路循环阀，关导热油进出口阀门，停止向转化装置送导热油。

（2）停原料液计量泵J101A/B。

然后查明事故原因后再作进一步处理。

6.7催化剂的使用和保护

6.7.1转化器的清洗和准备

将转化器上、下封头拆下，检查其质量是否符合要求，再将转化器上下封头、列管内、管板和花板上的铁锈杂物全部清除干净，必要时可进行酸洗、水洗、再擦净、吹干备用，要求无铁锈、无杂物。

下封头花板上要求按规格2层丝网，往花板上堆满已经洗净吹干的￠10~20mm的瓷球，将瓷球上表面推平，要求瓷球上表面与下面保持有10~20mm高的空间。

仔细装好下封头。

要求垫片必须用新的，保证一次安装成功。

6.7.2.催化剂的装卸

I、准备工作：

（1）检查检修工具及保护用品是否齐全完好。

（2）准备好装催化剂及专用量杯、漏斗、标尺等工具。

（3）对催化剂开桶进行质量检查，用6~10目的钢网筛将催化剂中的碎粉筛除备用。

因运输或库存不当受到污染被水侵泡变质的催化剂一般不能使用。

只有确认催化剂质量符合要求时，才能装入转化器。

II、装催化剂

（1）卸下转化器上盖，再次检查转化器内是否干净，若不符合要求，要重新清扫干净，逐根检查反应管，看有无堵塞等异常现象。

（2）逐根往反应管内装催化剂，每根管内先充装~2升催化剂。

（3）充装时一定要慢并逐根加入，不能急于求成，以防出现架桥现象，当万一出现架桥现象时应作好标记，再作处理。

（4）逐根装完后，再检查一遍有无漏装，当确认无漏装并已处理了架桥现象，再补充加装一遍，使每根内催化剂量至上管板平面。

（5）装好转化器上盖及管线。

III、卸催化剂

因各种原因需卸出已活化过的或使用过的催化剂时，拆卸前必须对催化剂进行钝化处理。

然后按下步骤工作：

（1）打开转化器上盖。

（2）松动下盖紧固螺栓，用手动葫芦或强度足够的加长拉筋螺栓支固，使下盖法兰与管板离开约80~100mm，必要时可使下盖法兰面倾斜10~15°。

（3）从宽缝间卸出的催化剂，如催化剂还能使用，卸出时应小心操作，尽可能减少催化剂破碎。

卸完催化剂后，卸出瓷球。

（4）将催化剂和瓷球分别收集好，并将转化器内清扫干净。

6.7.3.催化剂保护

（1）在任何情况下，催化剂层温度不能超过300℃。

（2）活化后的催化剂绝对禁止与氧气或空气接触。

（3）催化剂使用中应尽量避免中途停车，虽然在停车时采取了钝化或保护操作，但仍要影响催化剂的使用寿命。

（4）催化剂的升温和降温都必须缓慢进行，禁止急速升温和降温。

（5）在满足生产能力、产率的前提下，催化剂宜在尽量低的温度下操作，以利于延长其使用寿命。

绝对禁止硫、氯、磷等有毒物质混入系统，以免造成催化剂中毒。

6.7.4.特殊保护操作

一般在紧急停车或短时正常停车（几天内）采用保护。

当要采用特殊保护时，关闭PG101、PG102管路上阀门，开氮气管路上的阀门，氮气经减压阀至0.11~0.12Mpa，向反应系统送氮，置换出反应气从D101气体入口排气阀（管路VG105）放空，让系统降压降温，当置换气量达~5㎥左右时关排气阀，封闭反应系统。

在转化器特殊保护结束前，氮气不能间断，并要维持转化器内为正压。

7．环保和安全要点

本工艺采用内部自循环工艺流程，除停车和检修外，正常开车时基本上没有污染物排出，仅在甲醇高位槽（F101）有少量含甲醇的弘放气排出，因气量小，基本上无毒，可直接排入大气。

1．本工段主要物料为甲醇和氢，属易燃易爆有毒物品，故装置设备管道严禁跑、冒、滴、漏，车间内部要通风良好。

2．甲醇对人体视神经伤害特别大，严重时会失明，故操作和检修中必须戴好规定防护用品，严防甲醇溅入眼睛内，更严禁以任何方式将甲醇混入酒中作饮料，因少量饮用既致人失明甚至死亡。

3．本装置严禁烟火，动火必须有动火证。

其具体要求及有关规定参看安全技术规程（AL09111-1003）

4．由于含氢混合气、产品H2均属易燃、易爆物。

而产品纯度、各项消耗指标以及生产的稳定性在很大程度上取决于操作水平的高低，因此必须对操作过程给予足够的重视。

在系统运行之前，有关生产管理、操作及维修人员必须熟悉本说明书，并经考核合格后方能上岗。

8．PSA工艺

PSA提纯氢气装置是由五台吸附器（E2010A~E，下简称A/、B、C、D、E塔）、一台气液分离缓冲罐（F201）、一台产品缓冲罐（F203）、一台逆放气缓冲罐（F204）、一台燃烧气缓冲罐（F201），分离后的气体进入吸附器（E201A、B、C、D、E）进行吸附，得到的产品氢气经过产品缓冲罐（F203）缓冲之后，经计量后到用户去。

解析气大部分经逆放气缓冲罐（F204）和燃烧气缓冲罐（F205）缓冲调压后去导热油炉燃烧，小部分通过放空管放空。

8．1PSA工作原理和基本工作步骤

8．1．1PSA工作原理：

采用PSA分离气体工艺技术从甲醇裂解转化气中提纯氢气的原理是利用吸附质的选择性和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在高压下吸附原料中的杂质组分、低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。

整个操作过程均在环境温度下进行。

8．1．2基本工作步骤：

变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步。

而再生又包括以下三步骤：

1．吸附塔压力降至低压

首先是顺着吸附的方向进行降压（以下简称为顺向放压），接着是逆着吸附的方向进行降压（以下简称逆向放压）。

顺向放压时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态。

逆向放压时，被吸附的部分杂质从吸附剂中解吸，并被排除出吸附塔。

2．用纯氢在低压下冲洗吸附剂，以清除尚残留于吸附剂中的杂质。

3．吸附塔升到吸附压力，以准备再次分离原料气。

本装置采用五塔三次均压变压吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降压（E1D）、二均降压（E2D）、三均降压（E3D）、顺向放压（PP）、逆向放压（D）、冲洗（P）、三均升压（E3R）、二均升压（E2R）、一均升压（E1R）以及最终升压（FR）等十一个步骤。

五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。

整个过程主要由33个程序控制阀和3个调节阀来实现。

程序阀编号如下：

KV20XY

KV：

程序控制阀

1．编号

OX：

阀门的功能

01__原料气进口阀06__最终升压阀/一次均压阀

02__产品出口阀07__进顺放缓冲罐控制阀

03__逆向放压阀08__进燃烧气缓冲罐控制阀

04__顺向放压阀/二、三次均压阀09__放空阀

05__冲洗阀

Y：

与吸附塔的编号A、B、C、D、E对应的阀门编号：

a、b、c、d、e

8．2．PSA工作过程

前已述及，每个吸附塔在一次循环过程中需经历吸附（A）、一均降压（E1D）、二均降压（E2D）、三均降压（E3D）、顺向放压（PP）、逆向放压（D）、冲洗（P）、三均升压（E3R）、二均升压（E2R）、一均升压（E1R）以及最终升压（FR）等十一个步骤。

五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。

各塔工作关系如下：

表1-1五塔三均工艺步骤

8．2．1吸附（A）

开启KV201a，KV202a；

来自气液分离缓冲罐F201的转化气通过阀KV201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂质组份，未被吸附的产品组份，通过阀KV202a流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，部分通过阀HV201，KV206b向B塔进行最终升压。

吸附完毕，关闭阀KV201a，停止进原料气，同时阀KV202a亦无产品气输出，自动关闭。

8．2．2一均降压（E1D）

开启KV206a；

A塔停止吸附后，与刚结束二均升压步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV206a、KV206c与C塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低。

均压后A、C塔压力基本相等。

关闭KV206a；

8．2．3二均降压（E2D）

开启KV204a；

A塔经一均降压后的气体通过阀KV204a、KV206d与D塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。

关闭阀KV204a，KV206d；

8．2．4三均降压（E3D）

开启阀KV204a；

A塔生剩余的气体通过阀KV204a、KV204e与E塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。

关闭阀KV204e；

8．2．5顺向放压（PP）

继续开启KV204a；

A塔完成三次降压后，塔内剩余气体仍顺着出品方向通过阀KV204a，阀KV207与顺放缓冲罐F202进行均压。

当压力平衡后，停止顺放，进行下一步骤

关闭阀KV204a，阀KV207；

8．2．6逆向放压（D，简称：

逆放）

开启阀KV203a；

A塔剩余的气体从塔的入口端经过阀KV203a，进入解析气罐F204，使吸附剂得到再生。

逆放完毕后，A塔压力降为0.02Mpa。

8．2．7冲洗（P）

继续开启阀KV203a；

A塔逆放后，尚残留在塔内的杂质是利用顺放缓冲罐F202顺放气，通过阀KV207、HV202和KV205a从A塔出口端进入A塔，自上而下地对A塔床层进行冲洗，使塔内杂质进一步脱附，同时打开阀KV208，使冲洗气进入燃烧气缓冲罐F205。

冲洗一段时间后关闭阀KV208，同时打开KV209，通过放空管放空，使杂质脱附彻底。

关闭阀KV203a，KV207，KV209，KV205a；

8．2．8三均升压（E3R）

开启阀KV204a；

A塔冲洗后，与刚结束二均压降的B塔以出口端相连，通过阀KV204b、KV204a与A塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力升高，直至两塔压力基本相等。

关闭阀KV204a；

8．2．9二均升压（E2R）

开启阀KV204a；

A塔完成三均升压后，与刚结束一均降压的C塔以出口羰相连，通过阀KV204c、KV204a与A塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力升高，直至两塔压力基本想等。

8．2．10一均升压（E1R）

开启阀KV206a；

在A塔完成二均升压后，与刚结束吸附的D塔以出口端相连，通过阀KV206d、KV206a与A塔以出口端相连，进行第一级压力平衡，A塔压力进一步升高，直至两塔压力基本相等。

8．2．11最终升压（FR，简称：

终充）

继续开启阀KV206a；

A塔的最好终升压是利用产品气进行的，产品气经终充流量控制阀HV201及KV206a，由出口端进入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。

通过这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。

其它四个塔的操作步骤与A塔相同，不过在时间上是相互错开的。

这些程控阀及调节阀按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不断净化原料气，输出产品气。

9．自动调节系统及工艺过程参数检测

　本装置采用PLC程序控制系统，配置了一套程控阀程序控制自动切换系统；两套压力自动调节系统；一套产品流量瞬时、累积计量系统；一套系统超压自动放空系统。

为了使操作人员对整个生产过程能及时进行监视和干预，本装置重要参数的显示和控制等集中在控制室，由PLC系统CRT显示和打印机打印记录。

９．１程序控制自动切换系统（KC-201）

本装置共有33个程控阀，通过PLC来控制和操作，在CRT上有PSA工艺显示图，显示阀门的开关、吸附塔的工作状态以及各步骤的工作时间，并显示本装置工艺流程中所有越限报警和联锁信号状态。

具体有关PLC系统的使用参照相关的PLC使用说明书。

键盘操作说明：

（1）启动：

启动程序，使程序从停机前状态自动执行。

（2）停机：

停止程序运行。

（3）步进：

在程控状态下，按下“步进”键，则流程将立即进入下一个时间段。

（4）暂停：

为自锁键，在程控状态下，按暂停键，运行程序暂停。

直到再按一次暂停键，流程继续往下执行。

9．2．自动调节系统功能说明

本装置设有两套单回路自动调节系统，一套用于吸附塔压力自动调节（PIC-203），可根据设定的值，自动改变PV-203的开启大小，从而保证吸附压力的稳定；一套用于燃烧尾气压力自动调节（PIC-204），保证燃烧尾气压力稳定。

设一套系统超压自动放空调节系统（PICS-201），根据设定的放空值，可将系统超压的系统及时泄压，以保证系统的安全。

9．3产品气流量计量（FQI-201）

产品气流量的计量主要是反映本装置的处理能力和生产效率，为经济核算提供依据。

本装置采用孔板流量计对产品流量进行瞬时及累积计量。

9．4．流量控制功能说明

本装置两个流量控制，其主要功能说明见表2—1。

表2—1手操流量控制功能说明

序号

位号

控制流量名称

功能说明

1

HV202

冲洗气流量控制

当吸附塔处于冲洗步骤时，顺放-冲洗气量控制适当与否，是影响产品质量和产品提取率的因素之一。

本系统通过阀HV202，控制顺放冲洗气量，以保证放终压力控制在一定值上，冲洗气量控制在最佳流量。

2

HV201

终充气流量

利用产品通过阀HV201，对吸附塔进行充压。

调整阀的开度，使在最终升压步骤结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附压力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低了原料处理量和产品输出的波动。

9．5．PLC仪表

本装置的流量计显示、程序控制系统及调节系统，均通过PLC集中控制，PLC系统内部仪表一览表见表2-2。

表2-2PLC内部主要仪表一览表

序号

仪表位号

系统名称

测量范围

1

Kc-201

程序控制系统

2

PICS-20