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第1章　概述1

1.1　氢气的性质1

1.1.1　氢气的物理性质1

1.1.2　氢气的化学性质1

1.2　氢气用途2

1.2.1　炼油工业中的加氢过程2

1.2.2　合成氨2

1.2.3　合成气2

1.3　氢气制造方法2

1.3.1　轻烃水蒸气转化法2

1.3.2　非催化部分氧化法2

1.3.3　炼油厂副产氢气3

1.3.4　煤的高温干馏法3

1.4　氢提纯工艺3

1.4.1　苯菲尔法4

1.4.2　变压吸附技术（PSA）4

1.4.3　膜分离技术4

1.4.4　深冷分离工艺4

第2章 原料和原料的预处理5

2.1　转化炉进料的质量要求5

2.1.1　适宜制氢的各种原料6

2.1.2　原料氢碳比与产氢率的关系7

2.2　加氢反应原理和加氢催化剂8

2.2.1 基本反应8

2.2.2　气-固相非均相催化反应的步骤8

2.2.3　化学平衡和反应速度9

2.2.4　钴钼加氢催化剂9

2.2.5　镍钼加氢催化剂和其他加氢催化剂10

2.2.6　加氢催化剂的选用11

2.2.7　加氢催化剂预硫化11

2.2.8　加氢脱硫操作条件12

2.3　脱氯反应过程和脱氯剂13

2.3.1 氯对催化剂和设备的危害及其来源13

2.3.2　脱氯反应过程14

2.3.3　脱氯剂14

2.3.4　脱氯剂的操作条件15

2.3.5　脱氯剂的使用原则15

2.4　脱硫反应过程和脱硫剂15

2.4.1 基本反应16

2.4.2　反应过程16

2.4.3　脱硫剂和使用条件17

2.5　脱砷反应原理和脱砷剂18

2.5.1 砷对制氢工艺的危害和其来源18

2.5.2　脱砷反应和脱砷催化剂18

2.6　制氢装置常见的原料净化流程18

第3章 转化制氢工艺过程22

3.1　烃类水蒸气转化反应过程及转化催化剂22

3.1.1　烃类水蒸气转化反应和化学平衡22

3.1.2　烃类蒸气转化反应过程和反应速度23

3.1.3　积炭和消炭24

3.1.4　影响转化率的主要因素25

3.1.5　转化催化剂27

3.1.6　预转化工艺特点和操作条件33

3.2　中温变换反应原理和催化剂35

3.2.1 中温变换反应和化学平衡35

3.2.2　中温变换的主要操作条件35

3.2.3　中温变换催化剂35

3.2.4　中温变换催化剂的还原36

3.3　低温变换反应原理和催化剂37

3.3.1　基本反应37

3.3.2　低温变换的主要操作条件37

3.3.3　低温变换催化剂37

3.3.4　低温变换催化剂的还原38

3.3.5　毒物对低温变换催化剂的影响39

3.3.6　宽温变换催化剂39

3.3.7　中温变换和低温变换的工艺选择40

第4章　变换气脱碳和提纯工艺过程40

4.1　苯菲尔溶液及脱碳工艺原理41

4.1.1 苯菲尔溶液及苯菲尔法脱除CO2反应41

4.1.2　苯菲尔法脱除CO2操作条件42

4.2 甲烷化工艺原理及催化剂44

4.2.1 甲烷化反应原理44

4.2.2　操作条件对甲烷化反应的影响44

4.2.3　甲烷化催化剂45

4.3　变压吸附氢提纯工艺47

4.3.1　吸附工艺原理47

4.3.2　吸附（脱附）工艺过程51

第5章 装置的开工、停工与正常操作51

5.1　装置开工准备54

5.1.1　检查设备安装质量54

5.1.2　检查和校验仪表54

5.1.3　吹扫、冲洗54

5.1.4　试运机泵54

5.1.5　催化剂、吸附剂的装填54

5.1.6　气密和置换57

5.2　装置开工58

5.2.1　静钒化和动钒化58

5.2.2　原料预处理系统的开工59

5.2.3　低变催化剂开工62

5.2.4　甲烷化催化剂还原62

5.2.5　转化、中变、低变系统开工63

5.2.6　投料产氢66

5.2.7　投用低变反应器和甲烷化反应器67

5.2.8 PSA系统开工68

5.3　装置停工69

5.3.1　停工操作69

5.3.2　退料、置换、吹扫72

5.4　装置的正常生产73

5.4.1　加氢脱硫系统操作73

5.4.2　转化系统操作77

5.4.3　变换系统的操作82

5.4.4　苯菲尔脱碳系统的正常操作84

5.5　变压吸附（PSA）的正常操作92

第6章 装置的紧急停工和事故处理92

6.1　事故处理的原则107

6.2　装置的紧急停工107

6.2.1　紧急停工处理步骤107

6.2.2　联锁停车107

6.2.3　加氢脱硫系统紧急停车108

6.2.4　转化中低变系统紧急停车108

6.2.5　事故状态下的紧急停车109

6.3　造气系统工艺事故处理111

6.3.1 加氢反应器出口硫化氢超高111

6.3.2　加氢反应器床层温度超高111

6.3.3　脱硫气质量不合格112

6.3.4　原料配氢中断113

6.3.5　原料油短时中断114

6.3.6　原料气短时中断114

6.3.7　原料完全中断115

6.3.8　转化炉熄火116

6.3.9　转化炉烃类进料中断116

6.3.10　转化炉配汽中断117

6.3.11　炉管出现热斑、热带、热管118

6.3.12　转化催化剂硫中毒119

6.3.13　转化催化剂积炭119

6.3.14　汽水共腾120

6.3.15　蒸汽带水121

6.3.16　中变反应器超温121

6.3.17　变换气中CO不合格122

6.3.18　低变催化剂还原超温122

6.3.19　低变催化剂钝化超温的处理123

6.4　苯菲尔脱炭部分事故处理123

6.4.1　产品氢纯度低的判断和处理123

6.4.2　溶液吸收效果差的判断和处理124

6.4.3　溶液再生效果差的判断和处理125

6.4.4　塔中液位真假的判断和处理125

6.4.5　溶液泵启动抽空的判断和处理126

6.4.6　塔段阻力过大的判断和处理127

6.4.7 甲烷化反应器超温的判断和处理127

6.4.8　吸收塔气体带液量大的判断和处理128

6.4.9　再生塔气体带液量大的判断和处理128

6.4.10　贫液泵故障的判断和处理129

6.4.11 吸收塔液位控制失灵的判断和处理130

6.4.12　再生塔液位控制失灵的判断和处理130

6.4.13　再生塔超压的判断和处理131

6.4.14　粗氢气不合格的判断和处理132

6.4.15　溶液循环管道泄漏的判断和处理133

6.5　设备事故或故障的处理133

6.5.1　锅炉给水泵停运133

6.5.2　转化炉引风机停运134

6.5.3　锅炉循环泵停运135

6.5.4　炉管破裂135

6.5.5　锅炉满水138

6.5.6　锅炉缺水138

6.5.7　省煤段管线漏水139

6.5.8　水保段漏水140

6.5.9　除氧器出水不合格的原因及处理140

6.5.10　液位计玻璃破裂140

6.6　系统事故141

6.6.1　停电141

6.6.2　停水142

6.6.3　停风143

6.6.4　停蒸汽144

6.7　典型事故案例分析144

6.7.1　转化催化剂积炭事故案例145

6.7.2　转化催化剂水解粉碎事故案例147

6.7.3　转化催化剂硫中毒事故案例147

6.7.4　制氢装置PSA生产事故案例149

6.7.5　设备事故案例150

6.7.6　火灾事故案例153

6.7.7　其他事故案例分析155

第7章 主要设备的结构性能和使用维护7.1　转化炉157

7.1.1 顶烧式转化炉的结构和特点157

7.1.2　侧烧式转化炉的结构和特点160

7.2 转化炉的基本组成和主要部件160

7.3　空气预热器168

7.4　阻火器168

7.5　防爆安全设施169

7.6　炉子点火169

7.7　转化炉烘炉169

7.7.1　烘炉目的169

7.7.2　烘炉应具备的条件169

7.7.3　烘炉前的准备工作170

7.7.4　烘炉前系统建立氮气循环170

7.7.5　炉子点火升温170

7.7.6　烘炉注意事项171

7.8　炉子正常操作、检查及维护171

7.8.1　炉子正常操作要点171

7.8.2　炉子运行时的检查172

7.9　停炉检查173

7.9.1 检查项目173

7.9.2　停炉操作173

7.10　余热锅炉173

7.10.1　锅炉的构成174

7.10.2　锅炉的安全附件174

7.10.3　锅炉水质量标准174

7.10.4　蒸汽质量标准174

7.10.5　锅炉的使用及维护174

7.11　塔设备的使用及维护177

7.12 PSA液压系统及程控阀的结构、使用、维护及故障处理178

7.12.1　液压系统178

7.12.2　程控阀179

7.12.3　程控阀的一般故障及处理180

7.13 PSA气动程控阀的控制系统及其一般故障处理181

7.13.1　气动程控阀的控制系统181

7.13.2　气动程控阀控制系统的一般故障处理182

7.14　制氢装置的设备腐蚀和防腐182

7.14.1　腐蚀部位、形态和原因182

7.14.2　腐蚀控制方法185

第8章　仪表自动控制及安全联锁185

8.1　部分特殊控制回路及其操作188

8.2　安全及安全联锁系统189

8.2.1　安全联锁设置的重要性和原则189

8.2.2　操作员工作站的操作190

8.2.3　联锁自保系统在制氢装置中的应用及操作190

8.3　部分特殊控制阀的操作193

8.3.1 废热锅炉蒸汽发生器中心控制阀的操作193

8.3.2　联锁切断阀的操作194

第9章　工艺计算197

9.1　制氢的工艺计算197

9.1.1　露点的计算197

9.1.2　脱硫剂使用寿命的计算197

9.1.3　原料的平均总碳和平均总氢计算197

9.1.4　转化炉水碳比和配汽量的计算198

9.1.5　空速的计算199

9.1.6　转化炉管床层平均压力降的计算200

9.1.7　转化炉甲烷转化率的计算200

9.1.8　转化催化剂装填量和堆积密度的计算201

9.1.9　变换反应变换率的计算202

9.1.10　收率计算202

9.1.11　苯菲尔溶液转化率的计算203

9.1.12　苯菲尔溶液吸收能力的计算203

9.1.13　溶液净化制氢装置吨油产氢量计算203

9.1.14 工艺冷凝水的计算206

第10章 装置的长周期运行及节能和标定206

10.1　制氢装置的长周期运行207

10.2　制氢装置的节水减排208

10.2.1　节水策略208

10.2.2　节水减排的具体实施方案208

10.3　提高PSA法提纯制氢装置的氢气收率，降低装置能耗209

10.4　制氢装置的经济核算209

10.5　装置标定中承担的任务211

10.5.1　参与标定方案的编制211

10.5.2　做好标定数据的采集工作，保证采集数据准确211

10.5.3　班组核算员做好装置的核算211

10.5.4　标定报告的撰写211

第11章 国外部分制氢技术简介211

11.1 HYCOR对流转化（Convective Reforming）技术212

11.2　两段转化技术212

11.3　自热转化ATR（Autothermal Reforming）技术214

11.4　Tops？e对流转化工艺HTCR（HT Convective Reforming）215

参考文献216