制氢方法系统讨论

目前国内主要工艺如下：
一、甲醇制氢

为减少化工生产中的能耗和降低成本，以替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，利用先进的甲醇蒸气重整──变压吸附技术制取纯氢和富含CO2的混合气体， 经过进一步的后处理， 可同时得到氢气和二氧化碳气。

二、电解水制氢
多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供：①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。
三、水煤气法制氢
用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2—热）。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。
四、由石油热裂的合成气和天然气制氢
石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气
也在有些地方采用（如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等）。
五、焦炉煤气冷冻制氢
把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用（如前苏联的Ke Mepobo工厂）。
六、电解食盐水的副产氢
在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。
七、酿造工业副产
用玉米发酵丙同、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上），像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。

甲醇裂解制氢技术综述
【摘要】氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。

甲醇蒸汽转化制氢和二氧化碳技术  

１ 前言

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。

对没有方便氢源的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资，“相当于半个合成氨”，只适用于大规模用户。对中小用户电解水可方便制得氢气，但能耗很大，每立方米氢气耗电达～6度，且氢纯度不理想，杂质多，同时规模也受到限制，因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。  

２ 工艺原理及其特点

本工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料，在220～280℃下，专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气，其原理如下：

主反应： CH3OH＝CO＋2H2         +90.7 KJ/mol

         CO＋H2O＝CO2＋H2       -41.2 KJ/mol

总反应： CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2   +49.5 KJ/mol

副反应： 2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O   -24.9 KJ/mol

         CO＋3H2＝CH4＋H2O      -+206.3KJ/mol

上述反应生成的转化气经冷却、冷凝后其组成为

      H2           73～74％

        CO2        23～24.5％

        CO            ～1.0％

        CH3OH      　　300ppm

        H2O             饱和

该转化气很容易用变压吸附等技术分离提取纯氢。

目前国内应用此技术的企业已近百家，通过几年来的运转证明，本工艺技术成熟、操作方便，运转稳定、无污染。

本工艺技术有下列特点：

1.甲醇蒸汽在专用催化剂上裂解和转化一步完成。

2.采用加压操作，产生的转化气不需要进一步加压，即可直接送入变压吸附分离装置，降低了能耗。

3.与电解法相比，电耗下降90%以上，生产成本可下降40～50%，且氢气纯度高。与煤造气相比则显本工艺装置简单，操作方便稳定。煤造气虽然原料费用稍低，但流程长投资大，且污染大，杂质多，需脱硫净化等，对中小规模装置不适用。

4.专用催化剂具有活性高、选择性好、使用温度低，寿命长等特点。

5.采用导热油作为循环供热载体，满足了工艺要求，且投资少，能耗低，降低了操作费用。  

３ 工艺过程

工艺流程如图所示。

甲醇和脱盐水按一定比例混合后经换热器预热后送入汽化塔，汽化后的水甲醇蒸汽经锅热器过热后进入转化器在催化剂床层进行催化裂解和变换反应，产出转化气含约74%氢气和24%二氧化碳，经换热、冷却冷凝后进入水洗吸收塔，塔釜收集未转化完的甲醇和水供循环使用，塔项气送变压吸附装置提纯。

根据对产品气纯度和微量杂质组分的不同要求，采用四塔或四塔以上流程，纯度可达到99.9～99.999%。设计处理能力为1500 Nm3/h转化气、纯度为99.9%的变压吸附装置，其氢气回收率可达90%以上。

转化气中二氧化碳可用变压吸附装置提纯到食品级，用于饮料及酒类行业。这样可**降低生产成本。流程设置先经变压吸附装置分离二氧化碳后，富含氢气的转化气经加压送入变压吸附装置提纯。  


本工艺原料简单，配套的公用工程要求较低，极易满足。集多年的的工业化装置运转数据，得出其原料及动力消耗如下：

甲醇            0.57 吨

脱盐水          0.32 吨

电 220V/380V    150 度

仪表空气        80 Nm3/h

生产成本：每Nm3纯氢车间成本为2.0～3.0元，若二氧化碳能回收销售，则产品成本可下降至1.5～2.0元。（车间成本根据装置规模和甲醇市场价格波动稍有不同。）  

５ 环保

5.1废气：

本技术采用物料内部自循环工艺流程，故正常开车时基本上无三废排放，仅在原料液贮罐有少量含CO2和CH3OCH3释放气排出，以1000Nm3/h制氢装置为例，其量为1.0～1.7Nm3/h，气体组成如下：

  

组份
CO2
CH3OCH3
H2
CH3OH
H2O

组成 ％
84.03
2.66
～1.00
3.24
11.38


因气量小，基本上无毒，可直接排入大气。

变压吸附工艺驰放气经阻火器后排入大气，其中含大量的二氧化碳气和少量的氢气及微量的一氧化碳和水汽，对环境不造成污染。

5.2废液：

本工艺仅汽化塔塔底不定期排出少量废水，其中含甲醇0.5%以下，经稀释后可达到GB8978-88中第二类污染物排放标准，直接排入下水。

5.3 废渣：

导热油锅炉房有一定量的燃烧煤渣，可集中处理。(只有以煤为燃料的导热油系统有废渣。)  

６ 推广应用情况

现已技术转让或提供成套装置的单位列表如下：西南化工研究院目前可提供20～5000Nm3/h范围内各种规模的甲醇蒸汽转化制氢装置。可负责设计、安装指导、人员培训、开车等技术工作，也可提供成套工程装置如设备、电气、仪表等的硬件装备。装置投产后，长期实行技术回访等跟踪运行服务，保证装置稳定运行。

7 结论

工业化实践证明本技术工艺先进，技术成熟；装置简单，操作容易，运转稳定。此工艺特别对中小规模需氢用户，有较好的市场前景。

该工艺专用催化剂不断进行改进，不仅保持了高活性、高选择性的优点，在催化剂寿命上亦有较大突破，广州金珠江化学有限公司使用的催化剂寿命已超过4年。



工艺过程说明

甲醇催化转化造气生产工艺过程可分为： 原料液预热、汽化、过热、转化反应、产品气冷却冷凝、产品气净化等四个过程。

本装置为两套完全独立的系统，在以下叙述过程中设备、阀门、调节阀等位号省去 系统。

1 工艺过程

1.1 原料液预热、汽化、过热工序

将甲醇和脱盐水按规定比例混和，经泵加压送入系统进行预热、汽化过热至反应温度的过程。其工作范围是：甲醇计量罐、循环液贮槽、 原料进料泵、换热器、汽化塔、过热器等设备及其配套仪表和阀门。

1.2 催化转化反应工序

在反应温度和压力下，原料蒸汽在转化炉中完成气固相催化转化反应。工作范围是：转化炉一台设备及其配套仪表和阀门。该工序的目的是完成化学反应，得到主要组分为氢气和二氧化碳的转化气。

1.3 转化气冷却冷凝工序

将转化炉下部出来的高温转化气经过冷却、冷凝降到40℃以下的过程。其工作范围是：换热器、冷却器二台设备及其配套仪表和阀门。

1.4 转化气净化工序

含有氢气、二氧化碳以及少量一氧化碳、甲醇和水的低温转化气，进入水洗塔用脱盐水吸收未反应甲醇的过程。其工作范围是：水洗塔、脱盐水中间罐、气体缓冲罐、 脱盐水进料泵五台设备及其配套仪表和阀门。

　


2.0  工艺过程主要控制指标

2.1 原料汽化过热

2.1.1 原料甲醇流量                      1134kg/h

2.1.2 原料液流量                     ～ 2590Kg/h

2.1.3 汽化过热塔进料温度                ～165 ℃

2.1.4 汽化过热塔塔釜压力(表压)           1.1 MPa

2.2 转化反应

2.2.1 进料温度                       200～260℃

2.2.2 反应温度                       220～280℃

2.2.3 导热油温度                     235～290℃

2.2.4 换热器出口转化气温度            110~140℃

2.2.5 冷却器出口转化气温度               ＜40℃

2.2.6 反应压力(表压)                   ～1.1MPa

2.3 水洗分离

2.3.1 进塔脱盐水量                      636Kg/h

2.3.2 循环液量(出塔)                  ～1469Kg/h

     循环液组成(wt％)：甲醇              0～25％

2.3.3 出塔转化气量                   ～3135Nm3/h

       转化气组成(V％)：氢            73～74.5％

                        二氧化碳      23～24.5%

                        一氧化碳         ～0.8%

                        甲醇              0.03%

                        甲烷              0.20%

2.4 催化剂还原

2.4.1 还原循环气量                   ~2100 Nm3/h

2.4.2还原气氢含量                     0.5～10％

2.4.3 还原温度                       110～230℃

2.4.4 还原压力                       ～0.05 MPa

2.5 其它

2.5.1 进工段冷却水压力                  0.3MPa

2.5.2 进工段仪表空气压力           0.4~0.60 MPa

2.5.3 导热油流量                      ～160 m3/h





化学反应原理

甲醇与水蒸汽混合物在转化炉中加压催化完成转化反应，反应生成氢气和二氧化碳，其反应式如下：

        主反应：  CH3OH＋H2O＝CO2＋3H2       +49.5 KJ/mol

副反应：  CH3OH＝CO＋2H2                   +90.7 KJ/mol

               2CH3OH＝CH3OCH3＋H2O     －24.90KJ/mol

                        CO＋3H2＝CH4＋H2O            －206.3KJ/mol

    主反应为吸热反应，采用导热油外部加热。转化气经冷却、冷凝后进入水洗塔，塔釜收集未转化完的甲醇和水供循环使用，塔顶转化气经缓冲罐送变压吸附提氢装置分离。

　

原料和产品性质

1.1 原料性质

   ⑴ 原料甲醇性质

    化学名称为甲醇，别名甲基醇、木醇、木精。分子式CH3OH，分子量32.04。是有类似乙醇气味的无色透明、易燃、易挥发的液体。比重为0.7915。熔点-97.80℃，沸点64.7℃，20℃时蒸汽压96.3mmHg，粘度0.5945厘泊，闪点11.11℃，自燃点385℃，在空气中的爆炸极限为6.0～36.5％。甲醇是最常用的有机溶剂之一，能与水和多种有机溶剂互溶。

    甲醇有毒、有麻醉作用，对视神经影响很大，严重时可引起失明。

   ⑵ 原料脱盐水性质(省略)

  1.2 产品性质

    本装置生产的产品甲醇催化转化气， 其主要组份为氢气和二氧化碳，性质分述如下：

   ⑴ 氢气性质

    分子式H2，分子量2.0158，无色无臭气体。无毒无腐蚀性。气体密度0.0899Kg/m3， 熔点-259.14℃，沸点-252.8℃，自燃点400℃，极微溶于水、醇、乙醚及各种液体， 常温稳定， 高温有催化剂时很活泼，极易燃、易爆，并能与许多非金属和金属化合。

   ⑵ 二氧化碳性质

    化学名称二氧化碳，别名：碳酸酐、 碳酐、碳酸气。分子式CO2，分子量44.01，无色无臭气体。有酸味，气体密度1.977Kg/m3，熔点-56.6℃，沸点-78.5℃(升华)， 易溶于水成碳酸，可溶于乙醇、甲醇、丙同、氯仿、四氯化碳和苯，属不燃气体，可作灭火剂。

  原料和产品规格

  2.1 原料规格

    甲醇：符合国标GB338-92一级品标准要求。建议用30Kt/y以上规模合成甲醇装置产品，运输过程无污染；严禁使用回收甲醇。

    脱盐水： 符合国家GB12145-89P（直流炉）要求，且氯离子含量小于或等于3ppm

  2.2 产品规格

   ⑴ 转化气组成：

        H2          73～74.5％

        CO2        23～24.5％

        CO            ＜0.8％

        CH3OH       300ppm

        H2O             饱和

   ⑵ 压力：          1.1MPa

   ⑶ 温度：          ＜40℃





操作程序

1 开车前的准备工作

1.1 一般准备和检查

1、检查水、电、汽、软水、 仪表空气、 氮气、氢气、燃料等的供应情况，并与有关部门联系，落实供应数量和质量要求。

2、关闭所有排液阀、排污阀、放空阀、进料阀、取样阀。开启冷却水、仪表空气等进工段总阀。

3、通知导热油锅炉房准备开车，并联系确定开车的具体时间和质量数量要求(压力、温度、流量等)。

4、通知分析室准备生产控制分析工作。

5、检查动力设备的完好情况，检查所有仪表电源、气源、信号是否正常。

6、落实产品用户。因转化催化剂不希望中途频繁停车，如用户没落实不要急于开车。

7、检查消防和安全设施是否齐备完好。

8、操作人员、分析人员、管理和维修人员经技术培训，并考核合格方能上岗。

2 开车操作程序

投料开车程序应在催化剂还原结束后进行，无时间间隔。开车时序一般为：水冼塔开车、汽化塔开车、转化炉开车、系统升压。还原结束后，关闭还原系统阀，开启转化炉后直到放空管线间所有阀门，关闭有关阀门，准备系统开车。

注意：开车负荷一般采用30%～60%满负荷量，待系统稳定后逐渐加大到满负荷量。

2.1 准备

    1、检查工具和防护用品是否齐备完好。

        2、检查动力设备是否正常，对润滑点按规定加油，并盘车数圈。

        3、检查各测量、 控制仪表是否失灵， 准确完好，并打开仪表电源、气源开关。

        4、通知甲醇库和脱盐水站向本装置送原料。使甲醇中间罐和脱盐水中间罐的液位达～90％，停止送料。

          5、催化剂还原系统所有阀门、 仪表维持原开车状态不变。   

           6、通知导热油炉工序，做好开车准备。  

            7、确定开车投料量，明确投料量与各参数间关系。

2.2 水冼塔开车

1、开脱盐水中间罐出料阀、脱盐水进料泵进口阀、旁路阀，启动进料泵，使脱盐水泵运转正常。

2、开泵脱盐水进料出口阀， 关脱盐水进料旁路阀， 用调节阀调节回流量，使流量达要求值。

3、当水洗塔塔釜出现液位后，开塔釜排液调节阀旁路阀，向循环液贮槽送脱盐水，然后开调节阀前后阀，控制水洗塔液位在30～40％。

2.3汽化塔开车

1、 开甲醇中间罐出口阀、甲醇流量计前后阀、开循环液贮槽出口阀， 使水甲醇混合， 开泵甲醇进料泵进口阀，旁路阀，启动泵，使甲醇进料泵运转正常。

2、开甲醇进料泵出口阀， 关甲醇进料泵旁路阀，调节进料泵刻度向系统送水甲醇。在取样点取样分析，通过调节原料甲醇的流量，使水甲醇配比达到要求值。

3、当汽化塔塔釜液位达10％时，开启汽化塔顶放空阀，缓慢开启塔釜导热油进口阀旁路阀、前后阀，用调节阀调节进汽化塔导热油量。当塔顶排放气量稳定时，开启过热器底部排污阀，无液珠排出时关闭排污阀，即可转入转化炉开车。

2.4 转化炉开车

1、开转化炉进口阀，关闭汽化塔顶放空阀，即向转化炉送水甲醇原料气。

2、使导热油炉温度稳定至230℃，检查装置设备、管线、阀门、仪表等运转是否正常，并观察各工艺参数间关系，若无异常现象便可进行系统升压。

2.5系统升压

1、开流量计前后阀， 关闭旁路阀， 开系统压力调节阀及其前后阀，关闭旁路阀。缓慢关小阀，使系统升压，直至达1.1MPa。

注意：必须保证原料气体适量通过催化剂床层，所以系统调压阀不能处于全关状态。

2、调节系统压力调节阀开度，使系统压力、转化气量稳定。

3、检查原料液进料量及其水甲醇配比，使达要求值；检查转化气量，通过阀调节进下部的导热油流量，控制好塔釜液位在15～40%。

4、调节使进水洗塔脱盐水量稳定并达要求值，使液位稳定。

此时已完成系统投料开车工作。观察全系统运行情况，若无异常现象便可进行下述操作使系统转入正常工作。

2.6系统稳定

1、检查冷却器冷却水量，使进入水洗塔的转化气温度≤40℃。

2、检查缓冲罐出口转化气组成，调整水甲醇配比，控制转化气出口气中一氧化碳、甲醇、水等组份达要求值。

3、全系统操作稳定后，即可向后工段PSA-H2装置输送转化气。

3 正常操作

全系统开车完成后，即可逐步转入正常操作。

7.3.1 正常操作状态的建立和维持

1、根据原料液进料量、转化气流量、水甲醇配比、汽化塔液位、导热油温度、转化气组成、循环液组成及各控制点参数对各控制参数进行适当调整，使系统操作处于正常范围内。

2、根据所需转化气量及水甲醇配比确定甲醇流量，将调节阀投入自动调节。

3、根据所需脱盐水流量，将调节阀投入自动调节

4、根据所需转化气量及水甲醇配比，调节原料液进料泵流量。

5、根据循环液流量，将调节阀投入自动调节。

6、调节冷却器进水阀，使转化气出的温度在40℃以下。

7、当系统转化气流量稳定后，将系统压力调节阀投入自动调节。

          8、根据所需转化气量及组成，适当调整进系统导热油温度。

         9、由汽化塔下部排液阀连续排出少量废水，排出量控制在15.0～20.0Kg/h。

    全系统已处正常稳定运转。

系统处于正常操作时，按时记录各操作参数并巡回检查各控制点、设备、仪表、阀门等是否处正常状态，发现异常现象，应立即查明原因，及时处理，排除故障，维持系统正常操作状态。

3.2 正常停车操作

1、停止导热油炉加热，维持导热油循环，待反应温度降至200℃以下后，导热油炉房停止向造气装置送导热油，即开启导热油装置内部短路阀。导热油炉停车按导热油炉停车要求进行。

2、在导热油炉降温的同时，手动调节系统压力调节阀，使系统缓慢降压至0.4Mpa（或切开气体缓冲罐，转化气可备用转化炉置换，开启水洗塔顶放空阀降压）。

3、关闭进转化炉阀门 ，缓慢开启汽化塔顶放空阀 ，汽化塔前系统降压至常压。

4、汽化塔系统降压的同时，停原料进料泵，停止向系统进料。

         5、转化炉后系统继续降压，待降至0.2Mpa时，关闭转化炉的前后阀、旁路阀。

6、停脱盐水泵，停止向水洗塔送脱盐水。关闭水洗塔釜排液阀。

7、分别用氮气或气体缓冲罐转化气对转化炉前后分段置换，考虑到降温对系统压力的影响，最好系统分段用氮气或氢气保压至0.2Mpa。

导热油按要求降至一定温度后， 停导热油循环泵。 若长期停车，则用加压氮气将导热油从系统压回导热油贮罐。

       8、对催化剂实行保护操作或钝化处理。

  3.3 紧急停车操作

    1、凡遇下列情况之一应采取紧急停车操作：

          ⑴  停电。

        ⑵  停冷却水。

         ⑶  设备、管道爆炸断裂、起火。

⑷  设备、管道或法兰严重漏气、漏液无法处理。

⑸  重要控制仪表失灵。

    2、操作步骤

    ⑴  紧急通知导热油装置停止加热，打开导热油装置内部短路阀，停止向造气装置送导热油。

    ⑵  关闭转化炉前阀，切开汽化塔系统与反应系统。转化炉后系统适当卸压。汽化系统可维持压力稳定。

    ⑶  停原料进料泵。

    ⑷  停脱盐水进料泵。

    ⑸  对催化剂实行特殊保护操作。

  ⑹  查明事故原因后再作进一步处理。



CNZ-1甲醇制氢催化剂说明书

CNZ-1型催化剂是一种以铜为活性组份。由铜、锌、铝等的氧化物组成的新型催化剂。其对甲醇蒸汽转化制氢和二氧化碳具有高活性和良好的选择性。  

关不上的窗_KEIQ 发表于 2018-3-11 09:21
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电解水制氢工艺描述
电解水生产氢气氧气是一个比较成熟的工艺。其主要组成部分有：电解槽、气水分离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等，电气、仪表及配套的设备元器件主要有：直流电解电源（简称电解电源）、电源冷却循环泵（简称电源冷却泵或电源泵）、电解液循环泵（简称循环泵）、电解系统冷却循环泵（简称电解冷却泵或冷却泵）、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯净水生产装置等。
电解水制氢工艺流程示意图见图1。

图1 电解水制氢工艺流程示意图
压力的单位为Mpa，小数点后面保留3位。差压的单位为kPa，小数点后面保留2位,流量单位为m3/h，小数点后面保留2位。温度的单位为°C，小数点后面保留1位,累计流量的单位为m3，小数点后面保留1位，累计工作时间的单位为h，小数点后面保留1位。
所有的电磁阀均为电开阀，通电开启，断电关闭。
一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵XHB及冷却泵LQB控制
表1  电解系统与冷却系统对应输入输出关系表
信号来源        控制内容        说明
输入编号        信号来源名称        输出编号        控制对象名称       
AI1
(PT101)        氢气压力PH        DO1
DO2
(开关量)        电解电源DDY
电源冷却泵DLB
循环泵XHB
冷却泵LQB        根据氢气压力PH控制电解电源DDY、电源冷却泵DLB和循环泵XHB的启停。根据系统温度TE控制冷却泵LQB的启停。
AI2
(TT101)        系统温度TE
（电解液温度）                       
1、氢气压力PH由压力变送器PT101变送为4~20mA直流信号，根据氢气压力PH控制电解电源DDY（电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停止）、电源冷却泵DLB和循环泵XHB（电源冷却泵DLB和循环泵XHB与电解电源DDY同步受氢气压力PH控制）的通断，氢气压力可以在触摸屏上设置：
○1氢气压力上限设定值（简称压力设定上限）PHH的设置范围0~3.00Mpa（参考值0.40Mpa）；
○2氢气压力下限设定值（简称压力设定下限）PHL的设置范围0~3.00MPa（参考值0.35Mpa）。
参考值就是第一次开机设置时（或者长时间断电数据丢失时）推荐使用的数值。
○3当氢气压力PH高于压力设定上限PHH，PH＞PHH，DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行；
○4氢气压力PH低于压力设定下限PHL，PH＜PHL， DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB通电运行。
2、当电解系统温度（实际为电解系统电解液的温度，简称电解温度）TE由温度变送器TT101变送为4~20mA直流信号，根据电解温度TE控制电解电源DDY的通断，电解温控温度可在触摸屏上设置：
○1电解系统温度上限设定值（简称电解温控上限）TEH设置范围55~95°C（参考值90°C）；
○2电解系统温度下限设定值（简称电解温控下限）TEL设置范围50~90°C（参考值85°C）。
○3当电解系统温度TE超过电解温控上限TEH，TE＞TEH，发出报警信号，DO9输出为ON，同时DO1输出为OFF，电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行，但这时其他系统继续正常工作。
○4当电解系统温度TE低于电解温控下限TEL，TE＜TEL，解除报警， DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。
3、根据电解温度TE控制冷却泵LQB的通断，冷却温控温度上下限可在触摸屏上设置：
○1电解冷却温度上限设定值（简称冷却温控上限）TCH设置范围30~90°C（参考值90°C）；
○2电解冷却温度下限设定值（简称冷却温控下限）TCL设置范围30~90°C（参考值85°C）。
○3当电解温度TE超过冷却温控上限TCH，TE＞TCH，DO2输出为OFF，冷却泵LQB停止运行。
○4当电解温度TE低于冷却温控下限TCL，TE＜TCL，解除报警， DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。
电解与冷却控制流程框图如下：













二、气水分离罐补水控制
表2  气水分离罐补水控制对应输入与输出关系表
信号来源        控制内容        说明
输入编号        信号来源名称        输出编号        控制对象名称       
DI1 (L1L）        氢气加碱罐液位下限        DO3
DO4        氢气加碱罐补水电磁阀BV1
氢气加碱罐补水电磁阀BV2        根据氢气加碱罐和氧气加碱罐液位控制氢气加碱罐补水电磁阀BV1和氧气气加碱罐补水电磁阀BV2的开闭
DI2（L1H）        氢气加碱罐液位上限                       
DI3（L2L）        氧气加碱罐液位下限                       
DI4（L2H）        氧气加碱罐液位上限                       
氢气加碱罐和氧气加碱罐各安装了一套液位开关，控制补水电磁阀BV1和BV2。氢气加
碱罐液位开关的下限接点为L1L（对应数字量输入编号为DI1），氢气加碱罐液位开关的上限接点为L1H（DI2），氧气加碱罐液位开关的下限接点为L2L（DI3），氧气加碱罐液位开关的上限接点为L2H（DI4）。
1、补水电磁阀BV1、BV2的开阀条件（同时开阀）
液位开关L1L接通（DI1为ON）或者液位开关关L2L接通（DI3为ON），DO3、 DO4输出为ON，同时打开补水电磁阀BV1和BV2。
2、补水电磁阀BV1、BV2的关阀条件（分别关阀）
当加碱罐的液位开关L1H断开（DI2为OFF）时，DO3输出为OFF，关闭补水电磁阀BV1。
当加碱罐的液位开关L2H断开（DI4为OFF）时，DO4输出为OFF，关闭补水电磁阀BV2。
3、氢气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位
低液位：液位开关L1L接通（DI1为 ON ）+液位开关L1H接通（DI2为ON）。
正常：液位开关L1L断开（DI1为OFF）+液位开关L1H接通（DI2为ON）。
高液位：液位开关L1L断开（DI1为OFF）+液位开关L1H断开（DI2为OFF）。
4、氧气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位
低液位：液位开关L2L接通（DI3为 ON ）+液位开关L2H接通（DI4为ON）。
正常：液位开关L2L断开（DI3为OFF）+液位开关L2H接通（DI4为ON）。
高液位：液位开关L2L断开（DI3为OFF）+液位开关L2H断开（DI4为OFF）。
气水分离罐补水流程框图如下：







•三、补水泵BSB及补水电磁阀BV3、BV4控制
氢气洗涤罐和氧气洗涤罐上分别安装了一套液位开关，氢气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L3L（DI5）、上限开关为L3H（DI6），氧气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L4L（DI7），上限开关为L4H（DI8），用于控制补水泵BSB和补水电磁阀BV3、BV4。
表3  洗涤罐补水控制输入与输出对应关系表
信号来源        控制内容        说明
输入编号        信号来源名称        输出编号        控制对象名称       
DI5（L3L）        氢气洗涤罐液位下限
(下限为低液位)        DO5
DO6
DO7        氢气洗涤罐补水电磁阀BV3
氧气洗涤罐补水电磁阀BV4
补水泵BSB        根据氢气洗涤罐液位，控制补水泵BSB启停和氢气洗涤罐补水电磁阀BV3、氧气洗涤罐补水电磁阀BV4的开闭
DI6（L3H）        氢气洗涤罐液位上限
(上限为高液位)                       
DI7（L4L）        氧气洗涤罐液位下限                       
DI8（L4H）        氧气洗涤罐液位上限                       
1、开泵条件和开阀条件（泵和两个补水电磁阀同时打开）
L3L的下限开关（DI5）和L4L的下限开关（DI7）任意一个接通或者两个全部接通，接通补水泵电源（DO7为ON），同时打开补水电磁阀BV3、BV4（DO5、DO6为ON）。
2、关阀和关泵条件
当氢气洗涤罐高液位接点L3H（DI6）断开，关闭补水电磁阀BV3（DO5为OFF）。
当氧气洗涤罐高液位接点L4H（DI8）断开，关闭补水电磁阀BV4（DO6为OFF）。
当两个电磁阀BV3、BV4全部关闭后，关闭补水泵（DO7为OFF）。
3、氢气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位
低液位：液位开关L3L接通（DI5为 ON ）+液位开关L3H接通（DI6为ON）。
正常：液位开关L3L断开（DI5为OFF）+液位开关L3H接通（DI6为ON）。
高液位：液位开关L3L断开（DI5为OFF）+液位开关L3H断开（DI6为OFF）。
4、氧气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位
低液位：液位开关L4L接通（DI7为 ON ）+液位开关L4H接通（DI8为ON）。
正常：液位开关L4L断开（DI7为OFF）+液位开关L4H接通（DI8为ON）。
高液位：液位开关L4L断开（DI7为OFF）+液位开关L4H断开（DI8为OFF）。
洗涤罐补水流程框图如下：











四、差压调节系统（氢气与氧气压力平衡）
氧气与氢气压力的差压Pd由压力变送器PdT101变送为4~20mA直流信号，根据差压Pd控制排氧电磁阀PV1的通断。
表4  排氧电磁阀PV1控制输入与输出对应关系表
信号来源        控制内容        说明
输入编号        信号来源名称        输出编号        控制对象名称       
AI3        氧气与氢气的压差Pd（ΔP）        DO8        降压排氧电磁阀PV1        根据氧气与氢气的压差Pd，控制降压排氧电磁阀PV1的开闭
Pd=氧气压力-氢气压力，排氧所需的差压上限设定值(简称压差设定上限)PdH和排氧差压下限设定值（简称压差设定下限）可以在触摸屏上设置：
○1压差设定上限PdH的设置范围为-3kPa ~ +3kPa，参考值0.50kPa；
○2压差设定下限PdL的设置范围为-3kPa ~ +3kPa，参考值-0.50kPa）；
○3当差压Pd超过压差设定上限PdH，Pd＞PdH，DO8输出为ON，排氧电磁阀PV1开启。
○4当差压Pd低于压差设定下限PdL，Pd＞PdL，DO8输出为OFF，排氧电磁阀PV1关闭。
⑤报警压差设定值PdA的设置范围为3.00 ~ 5.00kPa，参考值3.50kPa，当氧气与氢气的差压Pd的绝对值│Pd│＞PdA，发出报警信号，DO9为ON，DO1为OFF。
差压调节系统流程框图如下：



五、瞬时流量与累计流量
氢气的流量QH由流量变送器FT101变送为4~20mA直流信号，要求在触摸屏上显示瞬时流量QH和累计流量QA。
表5  氢气流量信号与输入输出对应关系表
信号来源        控制内容        说明
输入编号        信号来源名称        输出编号        控制对象名称       
AI4        流量变送器FT101        无        无        显示瞬时流量QH和累计流量QA
六、报警显示、记录与查询
要求在触摸屏设一个报警记录查询页面，将所有报警按时间顺序记录下来，在触摸屏上能够查阅，存储器记录满了，循环抹除前面的记录，另外在该页面设一个报警消除按钮，按一下消除按钮，停止报警，DO9为OFF，但若仍然满足报警条件，间隔60秒，继续报警（DO9为ON）。
为了防止处于报警临界点时继电器频繁动作，以及干扰引起的报警，要求满足报警条件达到3秒以上，才能发出报警信号（DO9为ON），同一个报警源每两次报警之间需要间隔3秒，也就是说，当报警条件消除后，报警自动消除，如果又达到报警条件，至少延迟3秒才能再次报警，如果是人工消除报警，同一报警源需要延迟60秒才能再次报警。
1、当氢气压力PH＞（PHH+0.05MPa）时报警，DO9为ON，同时DO1为OFF；报警时显示的报警名称为“氢气压力过高”。
2、当系统温度(AI1)超过温度设定上限时报警,报警名称为“电解液温度过高”
3、当氢气加碱罐液位过低，同时氧气加碱罐液位过高时报警，DO9为ON），DO1为OFF，因为加碱罐与气水分离罐连通，加碱罐与气水分离罐的液位完全相同，报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大（氧高氢低）”
4、当氧气加碱罐液位过低，同时氢气加碱罐液位过高时报警，DO9为ON），DO1为OFF，报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大（氧低氢高）”。
5、当氢气洗涤罐液位过低，同时氧气洗涤罐液位过高时报警，DO9为ON，同时切断电解电源，DO1为OFF，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大（氧高氢低）”。
6、当氧气洗涤罐液位过低，同时氢气洗涤罐液位过高时报警，DO9为ON， DO1为OFF，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大（氧低氢高）”。
7、当氧气与氢气的差压Pd的绝对值大于报警差压设定值PdA，│Pd│＞PdA，发出报警信号，DO9为ON，DO1为OFF，报警名称为“氢氧压力相差过大。
8、当大功率直流电解电源DDY出现故障，电解电源DDY送来一个故障信号（DI13为ON），发出报警信号，DO9为ON，同时关闭电解电源，DO1为OFF，报警时显示的报警名称为“直流电解电源故障”。



报警流程框图如下：


















七、PLC主页面显示内容

八、氢氧分离系统I/O点表
1、模拟量（AI）输入共计4点，见表5。
表5、模拟量输入（AI）点表
序号        数量        信号来源及种类        安装位置        说明
1        1        压力变送器PT101        氢气气水分离器上部        氢气系统压力，量程0~1.0MPa
2        1        温度变送器TT101        氧气气水分离器顶部        电解系统温度，量程0~150°C
3        1        差压变送器PdT101        两个气水分离器之间        氧气与氢气的压差，量程-5kPa~+5kPa
4        1        流量变送器FT101        脱水罐后氢气管道上        氢气流量，瞬时流量量程0-45m3
合计        4        全部为4~20mADC标准信号
2、数字量输入（DI）共计14点，见表6。
表6、数字量输入（DI）点表
序号        数量        信号来源        安装位置        说明
1        1        来自液位计L1        氢气系统的加碱罐上        液位过低，低液位接点L1L接通
2        1        来自液位计L1        氢气系统的加碱罐上        液位过高，高液位接点L1H断开
3        1        来自液位计L2        氧气系统的加碱罐上        液位过低，低液位接点L2L接通
4        1        来自液位计L2        氧气系统的加碱罐上        液位过高，高液位接点L2H断开
5        1        来自液位计L3        氢气系统的洗涤罐上        液位过低，低液位接点L3L接通
6        1        来自液位计L3        氢气系统的洗涤罐上        液位过高，高液位接点L3H断开
7        1        来自液位计L4        氧气系统的洗涤罐上        液位过低，低液位接点L4L接通
8        1        来自液位计L4        氧气系统的洗涤罐上        液位过高，高液位接点L4H断开
9        1        来自电解循环泵接触器        控制箱内        电解循环泵运行，接触器KM1辅助触头接通
10        1        来自电解冷却泵接触器        控制箱内        电解冷却泵运行，接触器KM2辅助触头接通
11        1        来自电源冷却泵接触器        控制箱内        电源冷却泵运行，接触器KM3辅助触头接通
12        1        来自补水泵接触器        控制箱内        补水泵运行，接触器KM4辅助触头接通
13        1        来自直流电解电源DDY        直流电解电源箱        直流电解电源DDY故障，电源故障触点接通
14        1        流量变送器        脱水罐后氢气管道上        流量变送器发出流量脉冲信号，用于累计流量
合计        14       









3、模拟量输出（AO ）本次没有使用。
4、数字量输出（DO ）共9点，见表7。
表7、数字量输出（DO）点表
序号        数量        信号用途        安装位置        说明
1        1        (1)控制大功率直流电解电源DDY，(2) 控制电解液循环泵XHB,
(3)控制电源冷却水循环泵（简称电源泵）DLB        直流电解电源本体上预留了一个控制接点
循环泵XHB安装在电解液循环管道上
电源冷却泵DLB安装在电解电源DDY水冷系统的管路上。        当氢气压力（AI1）PH低于压力设定下限PHL时，电解电源DDY运行，开始电解，同时接通循环泵XHB、电源冷却泵DLB的电源（DO1为ON）
当氢气压力高于压力设定上限时，电解电源DY停止输出电流，同时关闭循环泵XHB、电源冷却泵DLB的电源（DO1为OFF）
2        1        控制电解冷却水循环泵(简称冷却泵)LQB        电解冷却水循环泵(简称冷却泵)安装在电解冷却水循环管路上。        当电解温度（AI3）TE超过冷却设定上限时，DO2为ON，接通冷却泵LQB，当电解液温度低于冷却设定下限时，DO2为OFF，关闭冷却泵LQB的电源。
3        1        控制氢气气水分离罐补水电磁阀BV3        BV3安装在氢气气水分离罐与氢气洗涤罐之间的管道上        当氢气气水分离罐和氧气气水分离罐低液位接点任意一个或两个同时接通时，同时打开BV3、BV4（DO3、DO4为ON）。
当氢气气水分离罐高液位接点断开时，关闭氢气补水电磁阀BV3（DO3为OFF）,
当氧气气水分离罐高液位接点断开时，关闭氧气补水电磁阀BV4（DO4为OFF）。
4        1        控制氧气气水分离罐补水电磁阀BV4        BV4安装在氧气气水分离罐与氧气气体洗涤罐之间的管道上       
5        1        控制补水泵BSB。        安装在氢气和氧气洗涤罐补水管路上。        当氢气和氧气洗涤罐低液位接点任意一个或两个同时接通时，同时打开补水泵BSB、BV1、BV2（DO5、DO6、DO7同时为ON）。
当氢气洗涤罐高液位接点断开时，关闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV1（DO6为OFF）
当氧气洗涤罐高液位接点断开时，关闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV2（DO7为OFF）
当两个洗涤罐高液位接点全部断开时，关闭补水泵BSB（DO5为OFF）。
6        1        控制氢气洗涤罐补水电磁阀BV1        BV1安装在氢气洗涤罐与补水泵之间的管道上       
7        1        控制氧气洗涤罐补水电磁阀BV2        BV2安装在氧气洗涤罐与补水泵之间的管道上       
8        1        氧气降压排气电磁阀PV1        氧气降压排气电磁阀PV1安装在氧气气水分离器后面的排气管道上
Pd=氧气压力-氢气压力        当压差Pd大于压差设定上限，打开降压排气电磁阀PV1（DO8为ON）。
当压差Pd小于压差设定下限，关闭降压排气电磁阀PV1（DO8为OFF）。
9        1        报警输出，接闪光报警器，同时在触摸屏上显示报警原因
报警内容共有8个
1、氢气压力过高
2、电解液温度过高
3、两个气水分离罐水位相差过大（氧高氢低）
4、两个气水分离罐水位相差过大（氧低氢高）
5、两个洗涤罐水位相差过大（氧高氢低）
6、洗涤罐水位相差过大（氢水位高）
7、氢氧压力相差过大
8、大功率直流电解电源故障        闪光报警器安装在氢氧机控制面板上
报警时DO9为ON，接同闪光报警器，闪光的同时发出警报声，同时切断电解电源（DO1为OFF）
注意：需要在触摸屏上设一个报警消除按钮。        1、当氢气压力PH＞（PHH+0.05Mpa）时报警，报警名称为“氢气压力过高”。
2、当系统温度(AI1)超过温度设定上限时报警,报警名称为“电解液温度过高”
3、当氢气加碱罐液位过低，同时氧气加碱罐液位过高时报警，报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大（氧高氢低）”。
4、当氧气加碱罐液位过低，同时氢气加碱罐液位过高时报警，报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大（氧低氢高）”。
5、当氢气洗涤罐液位过低，同时氧气洗涤罐液位过高时报警，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大（氧高氢低）”。
6、当氧气洗涤罐液位过低，同时氢气洗涤罐液位过高时报警，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大（氧低氢高）”。
7、当氧气与氢气的差压Pd的绝对值大于报警差压设定值PdA，│Pd│＞PdA，发出报警信号，报警名称为“氢氧压力相差过大。
8、当电解电源出现故障，（DI13为ON）时报警，报警名称为“直流电解电源故障”。
合计        9        实际使用9点。建议设计硬件时预留1~2点DO，预留2~4点DI，预留1点AI（4~20mA）。
5、4个模拟量需要绘出参数曲线记录下来，点击“趋势”，显示如下画面，点击一下曲线，弹出对话框，见图2。








图2   模拟量趋势图

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水电解制氢，氨分解制氢，催化干气制氢，甲醇裂解制氢，天然气转化制氢，焦炉气制氢。。刚做完这个东西，但是没法传大文件

潇洒大帝 发表于 2018-3-13 16:05
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