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