化工制氫裝置運行維護知識及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種工藝不屬于工業(yè)主流制氫技術？（）A.天然氣水蒸氣重整制氫B.甲醇裂解制氫C.煤制氣變換制氫D.液氨分解制氫2.制氫裝置中，轉化爐的主要反應是（）A.甲烷與水蒸氣在催化劑作用下生成CO、H?和CO?B.一氧化碳與水蒸氣發(fā)生變換反應生成CO?和H?C.氫氣與氧氣燃燒生成水D.吸附劑對雜質(zhì)氣體的選擇性吸附3.變壓吸附（PSA）裝置中，常用的吸附劑不包括（）A.活性炭B.分子篩C.活性氧化鋁D.金屬鈀4.轉化催化劑（如鎳基催化劑）的主要載體是（）A.二氧化硅B.三氧化二鋁C.氧化鎂D.氧化鈣5.制氫裝置正常運行時，轉化爐出口溫度一般控制在（）A.500-600℃B.650-750℃C.780-850℃D.900-1000℃6.PSA裝置中，“順放”步驟的主要目的是（）A.降低吸附塔壓力，回收床層死空間的氫氣B.用產(chǎn)品氫氣沖洗吸附劑，再生雜質(zhì)C.向吸附塔充壓至進料壓力D.排出吸附的雜質(zhì)氣體7.轉化爐燒嘴火焰呈黃色且冒黑煙，可能的原因是（）A.燃料氣壓力過高B.空氣量不足C.燃料氣中氫氣含量過高D.燒嘴堵塞8.制氫裝置停車時，轉化催化劑需進行鈍化處理，其主要目的是（）A.防止催化劑吸潮B.避免高溫下催化劑與氧氣劇烈反應C.提高催化劑活性D.去除催化劑表面積碳9.以下哪種情況會導致PSA氫氣收率下降？（）A.吸附時間縮短B.進料中雜質(zhì)含量降低C.均壓次數(shù)增加D.沖洗壓力過高10.制氫裝置中，汽水分離器的主要作用是（）A.分離轉化氣中的液態(tài)水，防止帶液進入變換爐B.回收凝結水，提高水利用率C.控制轉化爐入口水蒸氣壓力D.監(jiān)測循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)二、填空題（每空1分，共20分）1.工業(yè)制氫裝置的核心工藝單元通常包括______、______、______和氫氣提純（PSA）。2.轉化催化劑的主要活性組分是______，其失活的常見原因包括______、______和______。3.變壓吸附（PSA）的基本原理是利用吸附劑對不同氣體組分的______和______差異，通過______循環(huán)實現(xiàn)氫氣提純。4.轉化爐的主要受熱面包括______、______和______，其中______是直接發(fā)生烴類轉化反應的關鍵部件。5.制氫裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）通常設置的觸發(fā)條件包括______、______、______（至少列舉3項）。6.循環(huán)水系統(tǒng)的主要監(jiān)測指標有______、______、______（至少列舉3項）。三、判斷題（每題2分，共20分）1.轉化爐升溫過程中，為縮短開車時間，應盡可能提高升溫速率。（）2.PSA裝置吸附時間越長，氫氣純度越高，因此應盡量延長吸附時間。（）3.轉化催化劑還原時，需控制氫氣濃度逐步升高，避免劇烈反應放熱損壞催化劑。（）4.制氫裝置原料氣中硫含量超標會導致轉化催化劑永久失活。（）5.汽水分離器液位過高會導致轉化氣帶液，可能損壞下游變換催化劑。（）6.燃料氣中氫氣含量過高會導致燒嘴火焰變短、溫度升高，可能燒壞爐管。（）7.PSA裝置均壓次數(shù)越多，氫氣收率越高，但設備投資和能耗也會增加。（）8.轉化爐出口甲烷含量升高，說明催化劑活性下降或反應溫度不足。（）9.制氫裝置停車后，應立即對轉化爐進行自然通風冷卻，無需氮氣保護。（）10.循環(huán)水系統(tǒng)結垢會導致?lián)Q熱器換熱效率下降，但不會影響裝置安全運行。（）四、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述轉化催化劑還原的操作步驟及注意事項。2.列舉PSA裝置常見的異?，F(xiàn)象（至少4項），并分析其可能原因。3.制氫裝置運行中，如何判斷轉化爐管是否發(fā)生結碳？應采取哪些處理措施？4.簡述循環(huán)水系統(tǒng)在制氫裝置中的作用及日常維護要點。五、綜合分析題（8分）某制氫裝置運行中，PSA出口氫氣純度由99.9%降至98.5%，同時氫氣收率下降。請結合工藝原理，分析可能的原因（至少5項），并提出對應的排查措施?；ぶ茪溲b置運行維護知識答案一、單項選擇題1.D（液氨分解制氫屬于小規(guī)模制氫技術，非工業(yè)主流）2.A（轉化爐是烴類與水蒸氣發(fā)生重整反應的核心設備）3.D（金屬鈀主要用于氫氣純化膜，非PSA吸附劑）4.B（三氧化二鋁是鎳基催化劑的常用載體）5.C（轉化爐出口溫度通常控制在780-850℃以保證甲烷轉化率）6.A（順放步驟通過降壓回收床層死空間的氫氣，提高收率）7.B（空氣量不足導致燃料氣不完全燃燒，火焰發(fā)黃冒黑煙）8.B（鈍化處理通過通入少量氧氣在催化劑表面形成氧化膜，防止高溫下與空氣劇烈反應）9.D（沖洗壓力過高會導致更多氫氣被帶出，降低收率）10.A（分離轉化氣中的液態(tài)水，防止帶液損壞變換催化劑）二、填空題1.原料預處理、轉化反應、一氧化碳變換2.金屬鎳（Ni）；硫中毒；積碳；燒結（或水熱失活）3.吸附容量；吸附速率；壓力變化（或“加壓吸附-降壓解吸”）4.輻射段爐管、對流段盤管、燃燒器；輻射段爐管（或轉化管）5.燃料氣壓力低低聯(lián)鎖；轉化爐入口溫度高高聯(lián)鎖；循環(huán)氫壓縮機停機聯(lián)鎖（或“氧含量超標聯(lián)鎖”）6.電導率；pH值；濁度（或“氯離子含量”“總硬”）三、判斷題1.×（升溫速率過快會導致爐管熱應力過大，引發(fā)變形或開裂）2.×（吸附時間過長會導致吸附劑飽和，雜質(zhì)穿透，純度反而下降）3.√（逐步提高氫氣濃度可控制還原反應速率，避免局部過熱）4.√（硫會與鎳活性中心結合，造成永久失活）5.√（帶液會導致變換催化劑粉化或失活）6.√（氫氣燃燒速度快，火焰短，局部溫度高易燒損爐管）7.√（均壓次數(shù)增加可減少氫氣損失，但需要更多閥門和時序控制）8.√（甲烷未完全轉化，可能因催化劑活性下降或溫度不足）9.×（停車后需用氮氣保護轉化爐，防止空氣進入與高溫催化劑反應）10.×（結垢會導致設備超溫，甚至引發(fā)安全事故）四、簡答題1.轉化催化劑還原步驟及注意事項：步驟：①氮氣置換：用氮氣置換轉化系統(tǒng)，確保氧含量＜0.5%；②升溫干燥：以10-15℃/h速率升溫至300℃，脫除催化劑物理水；③引入氫氣：氫氣濃度由5%逐步提至70%以上，控制床層溫升≤30℃/h；④還原主階段：在450-500℃保持12-24h，直至出口水含量＜0.1%；⑤降溫切換：還原完成后，逐步降低氫氣濃度，切換為原料氣。注意事項：嚴格控制升溫速率和氫氣濃度，避免劇烈反應放熱；監(jiān)測床層各點溫度，防止局部超溫；還原過程中需連續(xù)排放生成的水，避免催化劑吸潮。2.PSA裝置常見異?，F(xiàn)象及原因：①氫氣純度下降：可能原因包括吸附劑性能下降（老化或中毒）、進料雜質(zhì)含量超標、閥門內(nèi)漏（吸附塔間串氣）、時序控制偏差（吸附時間過短或過長）。②氫氣收率下降：可能原因包括均壓次數(shù)不足、沖洗壓力過高、進料流量波動大、吸附劑裝填不均（局部短路）。③吸附塔壓力波動大：可能原因包括程控閥開關不同步、管線堵塞（如吸附劑粉末堵塞）、進料壓力不穩(wěn)。④吸附劑粉化：可能原因包括裝填時撞擊受損、頻繁壓力波動（應力疲勞）、原料氣帶液（吸附劑潮解）。3.轉化爐管結碳判斷及處理措施：判斷方法：①爐管表面局部溫度異常升高（“紅管”或“花斑”）；②轉化爐出口甲烷含量升高；③爐管壓差增大（阻力上升）；④催化劑床層溫度分布不均（熱點上移）。處理措施：①降低負荷，提高水碳比（由正常3.5-4.0提至4.5-5.0）；②注入蒸汽進行燒碳（溫度控制在600-700℃，逐步增加蒸汽量）；③若結碳嚴重，需切出該爐管或停車再生催化劑；④檢查原料氣組成（如烯烴、芳烴含量是否超標），調(diào)整預處理工藝（如加強脫硫、脫氯）。4.循環(huán)水系統(tǒng)作用及維護要點：作用：為制氫裝置的換熱器（如轉化氣冷卻器、PSA水冷器）提供冷卻介質(zhì)，控制設備和工藝介質(zhì)溫度，防止超溫損壞催化劑或設備。維護要點：①控制水質(zhì)：定期檢測電導率（＜3000μS/cm）、pH值（7.5-9.0）、濁度（＜20NTU），添加緩蝕阻垢劑（如有機膦酸鹽）和殺菌劑（如次氯酸鈉）；②監(jiān)測壓力和流量：確保循環(huán)水泵出口壓力穩(wěn)定（0.4-0.5MPa），換熱器進出口溫差＜15℃；③清理換熱器：定期化學清洗或機械清洗，防止結垢；④檢查泄漏：通過檢測循環(huán)水中的工藝介質(zhì)（如氫氣、烴類）判斷換熱器是否內(nèi)漏，及時處理。五、綜合分析題PSA出口氫氣純度及收率下降的可能原因與排查措施：1.吸附劑性能下降：長期運行后吸附劑老化（如活性炭微孔堵塞、分子篩結焦），吸附容量降低。排查措施：取樣分析吸附劑成分（如燒失量、比表面積），必要時更換吸附劑。2.進料雜質(zhì)含量超標：原料氣中CO、CO?、CH?等雜質(zhì)濃度升高（如轉化爐甲烷轉化率下降），超出吸附劑處理能力。排查措施：檢測轉化爐出口氣組成（甲烷含量應＜0.5%），調(diào)整轉化爐溫度或水碳比。3.程控閥內(nèi)漏：吸附塔之間的程控閥密封不嚴，導致雜質(zhì)氣串入產(chǎn)品氣。排查措施：通過壓力曲線對比（正常塔壓力平穩(wěn)，內(nèi)漏塔壓力異常下降）或肥皂水試漏檢查閥門。4.時序控制偏差：吸附時間設置過長（吸附劑飽和