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制氢系统工作原理及主设备电解槽的结构和检修工序工艺
一、氢气基本知识
1．氢气的性质和用途：
氢是宇宙中分布最广的一种元素，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中，在大气层中的含量很低，仅有1ppm（体积比）。气体中，氢气最轻，粘度最小，导热系数最高，化学活性、渗透和扩散性强（扩散系数为0.63cm2/s，约为甲烷的三倍）。它是一种强的还原剂，可同许多物质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。
氢气的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。氢气含量范围在4-75％（空气环境）、4.65-93.9％（氧气环境）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在585℃以上时可引起燃爆。
压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6或3.2MPa）便于输送，纯度高（99.8％以上）可直接用于一般场合，还可以通过后续纯化（氢气纯度提高到99.995以上）和干燥（露点提高到-40～-85℃），可作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，广泛用于国民经济的各行各业。
2．水电解制氢、纯化脱氧、干燥原理
2.1 水电解制氢原理
利用电能使某电解质溶液分解为其它物质的单元装置称为电解池。
任何物质在电解过程中，从数量上的变化服从法拉第定律。法拉第定律指出：电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑（26.8Ah）的电量。水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出1克分子的氢气，所需电量为53.6Ah。生产1Nm3氢气（1.073m3，20℃）（氧气为氢气产量的50%），所需电量2390Ah，原料水消耗0.805kg。
将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为：
阴极：2H O ＋ 2e → H ↑ ＋ 2OH
阳极：2OH＋ 2e → H O＋ 1/2O ↑
总反应： 2H O→ 2H ↑ ＋ O ↑
从反应式得出：
1)水电解时产生两个氢和一个氧。
2)电解过程中只消耗水和电能。
3)加入氢氧化钾只起导电作用。
由浸没在电解液中的一对电极，中间隔以隔膜，通以一定电压（水的分解电压1.23V、热平衡电压1.47V）以上的直流电，水就电解。浸润的隔膜可以允许电解过程的离子穿透运动（离子导电）并防止已合成的氢、氧气体混合。根据产量要求，使用多组水电解池组合增加产量，就形成了水电解槽的压滤式组合结构。
二、制氢系统概述
我公司2台300MW汽轮发电机采用水-氢-氢冷却方式，即定子采用水冷却，转子和铁芯采用氢气冷却方式。
我公司制氢站采用苏州竞立制氢设备公司生产的两套DQ--5/3.2型中压水电解制氢装置及配套干燥装置，为发电机供氢。单套额定出力为H2：5Nm3/h，O2：
2.5Nm3/h，由主体电解槽和气体分离装置、氢气干燥装置、整流柜、控制柜、框
架Ⅱ、原料水箱、碱液箱、送水泵、压缩空气罐、储氢罐、冷却水装置、PLC控
制系统等组成。
电解槽的电流采用硅整流，将交流电（380V）变为直流电供给，采用氢氧化
钾为电解质，以五氧化二矾或四氧化三钴为添加剂，电解除盐水来获得高纯度的氢气，以满足发电机氢冷却的需要。
整套制氢系统实现全自动化运行，达到无人值班条件。系统控制采用PLC控
制系统，与水局域网相连可在锅炉补给水处理车间集控室监控。
三、制氢系统及设备
1.水电解制氢装置结构及作用
DQ---5/3.2型制氢装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜、计算
机管理系统、加水泵、碱箱、水箱等八大部分组成。
1)电解槽
电解槽为并联压滤式双极性结构，下部有进液管，上部有氢、氧出口管，直
流电从两端极板输入，对并联槽型，中间极板为正极，两端极板为负极。
电解槽的作用：电解槽是水电解制氢、氧的主要设备，电解液在电解槽内，在直流电作用下在阴极表面产生氢气，在阳极表面产生氧气。
2)气液处理器
本装置气液处理器为框架组合式，由氢、氧分离洗涤器、碱液循环泵、碱液
过滤器及阀门、管路、一次仪表、框架等组成。氢、氧分离洗涤器下部为分离器
及碱液冷却器，上部为洗涤冷却器，顶部为气体除雾器。
a)氢氧分离器的作用：借助于重力的作用使水电解产生的氢气和氧气与循
环的碱液分离，维持水电解过程中所需的电解液容量，有利于观察液位，通过分
离器内设置的蛇形冷却管冷却循环的碱液，控制槽温。
b)氢洗涤器的作用：除掉氢气中的碱雾及液滴并降低氢气温度。
c)碱液循环泵的作用：补充电解过程中消耗的介质，带走电解槽内氢氧气
体的热碱液，使碱液搅拌均匀减少浓差极化电压，降低碱液中的含气量。
d)碱液过滤器的作用：滤除碱液中的机械杂质和绒毛。
e)干燥器的作用及原理：干燥氢气，将氢气中的水分除掉。干燥器内填装的吸附剂是一种具有大量微孔的固体，当含水氢气通过微孔时，属于极性分子的水被强烈的吸附在微孔表面，属于非极性分子的氢则不易被吸附而顺利通过微
孔，从而将氢气中的水分吸掉。
f)干燥冷却塔的作用及原理：分离水分子，冷却氢气。干燥器失效后再生
时，由于干燥器再生时出口高温氢气携带大量水蒸气，进入干燥冷却塔后气体温
度降低，所携带的水蒸气被迅速冷凝成水而与氢气分离，并同时降低氢气温度，此装置运行时应保证冷却水充足畅通。
g)氢气过滤器的作用：滤去气体中夹带的微小粒状物质。
h)汽水分离器的作用：除去气体中的游离液滴。
3)整流装置
整流装置由整流变压器，整流柜组成，用于供给电解所需直流电源。使用方
法详见“可控硅整流装置使用说明书”。
4)控制柜
控制柜包括工业控制机、二次仪表、氢和氧气分析仪、稳压电源及操作按钮、开关等。可实现自动检测、调节、显示、故障报警、联锁、自动开机与停机等功
能。
5)计算机管理系统
包括一台微机（上位机），一台打印机。可实现装置的自动程序运行及各参
数的调节、显示、记录等功能，是控制部分的核心。
6)加水泵
供给装置所需的碱液或原料水。
7)碱箱、水箱
碱箱用于氢氧化钠或氢氧化钾电解液的配制和贮存，设有原料水进口管、碱
液出口管、排污口等。水箱用于原料水的贮存。碱箱也可作水箱用，水箱也可用
于贮存碱液。
四、水电解制氢装置工艺流程及子系统
DQ-5/3.2型制氢装置，工艺流程详见工艺流程图。该装置可分为以下九个子
系统
1）电解液循环系统
从电解槽出来夹带氢气和氧气的碱液在氢分离洗涤器和氧分离洗涤器中，靠
重力作用分别与氢气、氧气分离经蛇形管冷却后，通过氢、氧分离器底部的连通
管经碱液过滤器去除机械杂质，进入循环泵，然后进入电解槽形成了电解液循环
系统。
电解液循环的目的在于向电极区域补充电解消耗的纯水；带走电解过程中产
生的氢气、氧气和热量，以便电解槽在稳定条件下工作；增加电极区域电解液的搅拌，减少浓差极化电压；降低碱液中的含气度，降低小室电压，减少能耗等。
该系统包括如下路线：
→氢分离洗涤器 ←碱液泵→碱液过滤器→电解槽 →→ 碱液泵
→氧分离洗涤器 ←2）氢气系统
氢气从电解小室的阴极侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分离洗涤器中与电解液分离形成产品气，其路线为：
→干燥系统
电解槽→氧分离洗涤器→调节阀
→阻火器排空
氢气的排空主要用于开停机期间不正常操作或故障排空时。
3）氧气系统
氧气系统与氢气系统有很强的对称性，装置的工作压力和工作温度也都以氧
侧为测试点。
它包括：
→用户或储存
电解槽→氧分离洗涤器→调节阀→→或排空
氧气的排空与氢气排空作同样考虑。
4)原料水系统
原料水箱中的水通过加水泵被打入氢分离器的筛板上面，吸收通过筛孔的氢
气中夹带的碱雾滴，通过溢流管，注入氢分离器洗涤器下部的液位部分，和循环
碱液一并进入电解小室电极反应区域进行电解，同时使电解液中碱的浓度保持在最佳浓度范围内。
水箱中的水通过加水泵被注人氢分离洗涤器和氧分离洗涤器上部，先冷却洗涤，然后通过中心溢流管流人碱液循环系统，经循环泵被送入电解槽。为保证水电解制氢设备系统中的带压气体和碱液在加水泵不工作期间外漏，在送水管上装有止回阀。
原料水箱→补水泵→氢分离洗涤器→电解槽
5）冷却水系统
水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应理论吸热量。超出部分主要由冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。本装置要求工作温度不超过90℃。此外，所生成的氢气、氧气必须冷却除湿，可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。
冷却水共分五路：
—温度调节阀→冷却器→出口
—氢(氧)分离洗涤器→出口
冷却水入口→—水封
—整流柜冷却管路→排放
—再生冷却器→出口
6）充氮和氮气吹扫系统在开机前要对系统作气密性试验及气相充氮和吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在氢氧分离洗涤器连通管的一侧，氮气引入后流经：
充氮口—
用于系统的气密试验与开机前的氮气吹扫，当使用氮气时用软管与氮气源临时连接，决不可用金属管道与氮气管道气源固定连接。
7）排污系统
排污管道共分四处
第一处：电解槽两端排污管
第二处：碱液过滤器底部，通过过滤器排污阀排出碱液和过滤器中过滤下来的石棉绒杂质及污物。
第三、四处：水箱和碱箱底部排污口，分别通过其排污门排出箱中的污物或残液
8）整流系统
根据法拉第定律，水电解制氢装置产品气的产量与小室电流成正比。
9）控制系统
微机控制的制氢装置，能对本装置的主要参数：压力、温度、氢氧液位差进行自动调节；原料水补充有自动和手动两种方式，对装置的压力、温度、氢液位上下限、氧液位上下限、氢气纯度和氧气纯度能集中指示和定前打印记录；若氢阀后压力、冷却水压力、气源压力、氢氧液位上下限、氢氧纯度产生一定的偏差时能自动声光报警；若装置的主要参数压力、温度、氢氧液位、碱液循环量，气源压力偏离正常值太大，又不能及时处理时，为了保护装置的安全，该装置能自动声光报警停车；为了进一步提高本装置安全运行系数，装置的主要参数压力，设置了双重独立系统，当自控系统失灵，装置的运行状态达到危险值时，该独立
系统可使装置自动声光报警停车。
10）制氢系统工艺过程叙述
由氢氧分离器回流的碱液进入碱液泵吸口，泵压后经过碱液冷却器、碱液过滤器后进入电解槽下部；碱液沿电解槽内部的通道向上进入各个电解池（小室）。此时，由于整流柜启动，外部供交流电通过变压器连接整流柜6相晶闸管的依次导通，将直流电源电压加到水电解槽的中间极板和两端极板上，于是在每个电解池（以隔膜垫片为界），依次形成2V左右的电压降。当直流电流由正极由中间极板向两端负极流动时，按照法拉第电解定律，每个电解池通过53.6Ah的电流时，在阴极析出1克分子的氢气（阳极析出0.5克分子的氧气）。必要的电解消耗功率1.47V×53.6Ah＝78.792VAh，产生废热的功率消耗为（2V-1.47V）×53.6Ah＝28.408VAh。由于水电解池采用的双极性极板，对于若干的水电解池组合的水电解槽来说，当中间极板接入直流电源正极（阳极产生氧气），通过隔膜垫片（产生2V电压降）相邻的水电解池为阴极（产生氢气），其极板背面的水电解池为阳极（产生氧气），相对第二块隔膜垫片（产生2V的电压降），相邻的水电解池为阴极（产生氢气），依此类推，直至接入直流电源负极的端极板为阴极（产生氢气）。水电解槽将阳极和阴极分别产生的氧气和氢气汇流引出，进入各自的氧分离器和氢分离器，进行气液分离。氧气和氢气向上引出送出系统外，碱液回流返回碱液泵进行再次循环。
在上述的循环中，系统添加了一些功能。例如，碱液冷却器带走水电解槽电解时产生的废热，碱液过滤器过滤碱液中的杂质，气体冷却器冷却气体温度以降低气体的饱和含湿量以及自动补水功能等等。
为了满足工艺系统的自动运行，控制系统分别对压力、液位平衡、碱液温度进行控制和形成闭环调节。
为了防止意外的发生，控制系统分别对压力、槽温、碱液流量进行监控和联锁。
为了对系统运行的次要参数有所了解，控制系统分别对氢气温度、氧气温度进行显示。如果实现上位机显示和控制，还将整流器的运行电流进行显示和控制。
五、电解槽检修工序工艺
1.三方确认：点检、运行、检修三方安全确认。
2.检修前作防爆措施检查：检修前后应严格执行停机联系制度和有关安全规定作防爆措施。
3.电解槽的拆卸
3.1拆除与电解槽连接的管道和两极电缆线；
3.2测量两个极板之间的距离；
3.3均匀的松开四个拉紧螺栓，取出上部一个螺栓；
3.4将端极板稍稍移动，然后从端极板阳极侧将垫片、极板、隔膜框安顺序取出，作好标记；
3.5下部两根螺栓及两个端极板不可取出；
4.电解槽的检查清理
4.1电极：用除盐水清洗，白布擦干；
4.2检查有无腐蚀及锈垢，特别是阳极侧的镀镍保护层，如有锈垢用毛刷轻轻刷去，然后用航空汽油清理干净；
4.3隔膜框应清理检查密封结合面及气液孔道；
4.4密封结合面应无腐蚀、损坏、孔洞和裂纹；
4.5所有气液孔道畅通无杂物堵塞；
4.6密封垫圈应完好无损，大小合适并与气液孔道对正；
4.7拉紧螺栓应无锈垢、腐蚀，丝扣完好；
4.8弹簧垫圈性能良好，无裂纹和锈垢，检修后应涂铅粉；
4.9石棉布在铆钉前应清理干净,喷水使其潮湿,便于铆钉时拉紧,铆好的石棉布应绷紧,如鼓面不正、有脏物和损坏处、石棉纤维和其他杂物不应堵塞导气孔和给水孔,铆钉石棉布应用1Cr18Ni9Ti不锈钢铆钉,钉头向氧气侧；
4.10聚四佛乙烯垫大小应与隔膜框相符,垫片的孔洞应与隔膜框上的孔洞对正。
5.管道系统及阀门的检修
5.1 所有管道均应冲洗干净,无污垢及堵塞物；
5.2所有阀门均应开关灵活,严密不漏；
5.3检修完打压3.2Mpa、12小时,泄漏量小于0.5%/小时,总压降小于19.6Kpa,视为合格。
6．严格检漏
6.1各部件、各管道、各阀门均应进行严格检漏。
7.试运合格
7.1确认无泄漏，压力、温度、各仪表均正常，正常投备。
第二篇：制氢化工工艺培训工作总结
第二十三届制氢年会交流总结
本次制氢年会共收到与制氢有关的工艺、催化剂、设备、原料净化、烃类转化制氢、煤气化制氢、甲醇制氢、氢产品提纯、操作技术及安全、事故处理等方面的论文近五十篇。另外联络站还组织专业人员翻译了去年美国炼油工程师协会会议的制氢方面的七篇工艺、设计方面的综合性论文。现将年会交流心得总结如下：
一、炼油厂氢气网络设计优化技术
日益严格的环保法规要求炼油厂在生产硫含量更低、规格更高的车用燃料的同时，还要实现清洁生产，降低二氧化硫和温室气体的排放；并且，炼油厂为了更有效的利用原油资源，获得更好的经济效益，并在激烈的竞争中求得生存，炼油厂在重油加工工艺选择上，从传统的选择脱碳工艺转向更多的选择加氢工艺，同时选择加工的原油也更加重质、劣质化，硫、氮含量也更高，这些都驱使炼油厂不断增加加氢装置的能力，从而导致氢气用量的大幅增加。由于能源价格的不断提高，制氢的成本也不断上升，不论采用何种工艺技术的制氢装置，都要耗用大量的资源，并排放大量的温室气体；因此，优化氢气网络，合理利用氢气资源，对炼油厂的节能降耗，降低成本具有十分重要的意义。
通过氢气网络优化，达到最少使用新氢和最低排放废氢到燃料气管网的目的。
炼厂氢网络优化技术主要分为两类：一是基于图形分析方式的夹点分析方法；二是基于数学模型的线性或非线性规划算法。夹点分析方法可迅速诊断氢系统关键位置，确定系统最小用氢目标；而各种数学算法则可帮助用户设计实际可行的流程方案。两类方法都有各自的优势和局限性。因此，在实际氢网络设计和改造项目中将两方面技术相结合是非常必要的。
以m企业为例，原油综合加工能力为1350万吨/年，乙烯生产能力为100万吨/年。通过对该企业的氢气网络进行优化，可使m企业节省氢气使用成本6620万元，经济效益显著，应在国内炼油厂的规划、改造设计中推广应用。
在氢网络设计中应分析制氢装置、氢气净化装置的规模、原料、工艺操作对氢气产率、氢纯度以及消耗、氢气成本、装置投资的影响。
氢网络优化技术是一项炼油厂氢气网络优化的先进技术，其中基于图形法的氢夹点分析技术可有效识别炼油厂氢气网络中的瓶颈，科学指导氢气系统的优化方向，而基于数学模型的数学规划算法可优化氢网络的流程布局和操作条件，实现氢气的最佳利用方案。
在应用氢网络优化技术时，应充分考虑现场的实际约束条件，将理论与实际有机结合，避免教条主义，同时从全系统的角度分析各个局部问题，这样才能真正实现炼厂氢气系统的高效而经济的利用。
二、天然气和煤为原料制氢方案的技术经济比较
根据某炼油项目总体平衡，需要补充18万吨/年（约240000nm3/h）的氢气作为加氢装置的原料，以天然气为原料采用水蒸汽转化工艺生产氢气和以煤为原料采用部分氧化工艺生产合成气进而生产氢气是两个可供选择的供氢方案。通过实例对2种制氢方案进行技术经济评价：
以天然气为原料，采用水蒸汽转化工艺，称作方案一，天然气方案
以煤为原料，采用ge水煤浆气化工艺，称作方案二，煤制氢方案
对比后发现： 采用以煤方案生产氢气，工艺流程长、操作费用高、一次性投资高，占地较大，长周期操作可靠性相对较低，三废排放量大，但原料煤便宜； 天然气水蒸汽转化工艺生产氢气，工艺流程短、操作费用低、一次性投资低，占地较少，长周期操作可靠性高，三废排放量少，但天然气价格较高。因此，这两种工艺的选择主要考虑：
1、制氢装置的规模。当制氢装置的规模较小时，对部分氧化制氢路线，原料价格的低廉不足以补偿一次性投资和操作费用高带来的成本增加，故应采用水蒸汽转化制氢方案。
2、天然气和煤的价格。当天然气的价格远高于煤的价格时，以气化工艺为核心的制氢装置具有优势。天然气的价格目前的上升趋势也高于人们的预测，高于煤价的上涨速度，故越来越多的用户希望采用气化工艺以煤为原料生产氢气来降低氢气的成本。
3、环保因素。除了因气化效率的因素，煤制氢方案的二氧化碳排放比天然气制氢方案多外，其生成的大量煤渣等固体废渣的处理等，都是需要在选择时需要考虑的重要因素。
三、转化炉管的软密封技术
烃类水蒸汽转化装置中的转化炉，其转化炉管通常采用上膨胀技术：转化炉管穿过炉顶伸出炉外，受热后向上膨胀，膨胀量由上猪尾管吸收。转化炉管受热膨胀，伸出炉顶的转化炉管长度热态比冷态时大约增长0～230mm左右。伸出炉顶的转化炉管管壁温度很高，需要隔热保温，同时，为防止冷空气从炉顶侵入，炉顶的转化炉管开孔四周必须密封。但硬密封无法满足炉管热胀冷缩的动态密封保温要求，采用软密封技术可以解决问题。
对于伸出炉顶转化炉管的隔热保温，长期以来一直没有受到足够的重视，也没有统一的做法，各厂均根据自己的经验自行解决。经常出现的问题是：散热量大、炉顶温度高、炉顶漏风、保温层卡阻炉管热胀冷缩等。lpec的王德瑞、张月平发明了一种软密封保温套，保温套伸缩量很大，收缩与伸展长度之比可以达到1:2以上，可以随炉管热胀冷缩有规律的自由伸缩，满足炉管热胀冷缩的动态保温要求。
该软密封套采用非金属波纹膨胀节吸收炉管的热胀冷缩位移量，保温套可以随炉管水平侧向移动，也可以随炉管的热胀冷缩轴向有规律的伸缩。炉管冷态时，柔性波纹膨胀节很规整的折叠在一起，炉管由冷态到热态变化时，炉管热胀上移，拉动柔性波纹膨胀节的多个v形波逐波展开，随炉管自由伸展；炉管热态时，柔性波纹膨胀节保持很规整的伸展形态；炉管由热态到冷态变化时，炉管冷缩下移压迫柔性波纹膨胀节的多个v形波逐波收缩折叠，随炉管自由回缩，当炉管再由冷态到热态变化时，柔性波纹膨胀节又随炉管自由伸展，不需要人工干涉，如此循环往复。这样，无论冷态或热态炉管各部分均有保温套覆盖保温隔热。lpec软密封套已在国内某转化炉中实际采用，运行效果表明：密封、保温良好，可以推广采用。
四、变换气空冷入口管线腐蚀问题 由于该处腐蚀基本是碳酸腐蚀，选材大多为304l，这种材质应该是足够的，但在实际情况中发生较多的腐蚀减薄甚至穿孔的现象，这多半都是氯离子腐蚀造成，应分析除盐水中氯离子的含量，严格控制氯离子含量才是解决该问题的有效方法。某些炼厂将材质更换成316l，这种材质抗氯离子腐蚀的效果反而更差，不能根本解决问题。篇二：加制氢试生产小结
置年石化加制氢装置试生产小结
置年石化（扬州）有限公司催化干气制氢装置、油品加氢改质装置、芳烃选择性加氢精制装置于202_年9月开工筹建，到202_年4月底竣工，后于202_年5月初正式投入试生产。
一、试生产准备工作 1.联动试车领导机构 1.1.试车领导小组
组 长：江礼春
副组长：肖永平、朱和清
组 员：郑永安、李君、王宣、孙建兵、梅久成、黄元明、吴金冬、李炜、韦传洋、王旭东、陈曦、赵松、沈俊峰、王宇飞、宋厚钦、雷双潮、董立忠、陈文斌、张根双、赵月球、郑永庭 1.2.试车工作小组 组 长：朱和清
副组长：王宣、黄元明、吴金冬、梅久成、陈曦
组 员：柏伟、马晓、王旭东、龚彦波、周进业、许文兵、王文鹏、董立忠、高远、熊国炎、李光武、袁政飞、罗仁宏、郭平、梁喜平、朱宝银、侯建峰、沈俊峰、张奇营、王宇飞、宋厚钦、雷双潮、钟龙光 1.3.hse组
组 长：陈 曦
副组长：罗仁洪、詹建华
成 员：吴金冬、侯建峰、柏伟、郭平、梁喜平、朱宝银、蒋卫东、王旭东、龚彦波、周进业、王文鹏、董立忠、高远、熊国炎、李光武、张奇营、宋厚钦、夏宏图、雷双潮及各班组安全负责人等。1.4.综合技术组
组 长：黄元明
副组长：侯建峰、马晓
成 员：陈曦、梅久成、龚彦波、周进业、王文鹏、董立忠、高远、熊国炎、李光武等
1.5.试车生产调度组
组 长：吴金冬
副组长：柏伟、马晓、郭平、赵松
成 员：徐峰、阚磊、刘刚、陈学法、何伟、朱宝银、梁喜平、蒋卫东、郑晓平等。1.6.试车行政宣传和后勤保卫组
组 长：沈俊峰
副组长：张奇营
成 员：张桂蓉、陈训德等 1.7.试车保镖组
组 长：王旭东
副组长：龚彦波、周进业
成 员：董立忠、张益成、王文鹏、熊国炎、李光武、袁政飞、李立沙、高俊峰、汤建国、田晓平
1.8.物资供应、产品销运组
组 长：王宇飞
副组长：宋厚钦、夏宏图、钟龙光
成 员：王海英、段美华、杜心玲、唐漾等 1.9.人员培训
工艺技术骨干、生产班长和主要岗位操作人员都必须经过下列四个阶段的培训，以达到熟悉全流程、建立系统概念，掌握上、下岗位之间和前、后工序之间及装置内、外之间的相互影响关系。
1.9.1.第一阶段的培训：基础知识培训 202_年7月1日-----202_年9月10日，为期两个月，培训内容是学习化工基础知识；机械、电气、仪表、分析知识；工艺原理和生产流程及操作。1.9.2.第二阶段的培训：外出实习培训 202_年9月15日-----202_年11月15日，为期两个月，在山东东明石化培训，内容是学习生产控制和操作；机械、仪表的维护和使用；开停车、事故处 理等实际工作。
1.9.3.第三阶段的培训：针对加制氢装置培训 202_年11月15日-----202_年1月15日，为期两个月，在装置建设过程中进行培训。培训内容是熟悉本厂生产流程、操作规程和机械、仪表、电气性能，并对照现场实际施工情况进行培训，重点掌握不同工况下的操作和事故处理。1.9.4.第四阶段的培训：岗位培训 202_年1月15日-----202_年3月，为期两个月，员工在经过以上三个阶段的培训后达到上岗要求，上岗后参加现场的预试车工作，在工作中熟悉操作，总结经验。2.特种作业的取证
特种作业是指容易发生人员伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施的安全可能造成重大危害的作业。直接从事特种作业的人员称为特种作业人员。由生产准备组技术部负责制订特种作业人员的取证计划。
根据国家安全生产监督管理局安监管人字[202_]124号文件规定，特殊工种需取得质量技术监督局或安全生产监督局颁发的资格证。3.试生产时间安排 202_年5月1日～ 4.试车的程序
联动试车包括加制氢装置公用系统投用；制氢装置的吹扫、气密，系统干燥置换，催化剂装填、硫化；加氢装置干燥、置换、三剂装填、水运、油运及催化剂的硫化等。开车首先从制氢装置开始，产出合格氢气后，进行加氢装置的试车。在制氢装置产出合格氢气前，油品加氢改质装置结束装完催化剂后的氮气气密，接引合格氢气进行氢气气密及催化剂硫化。进而进行油品加氢改质单元的试车。同时，芳烃选择性加氢精制的前期工作如冲洗、吹扫一并开展。在油品加氢改质单元投料成功后，准备芳烃选择性加氢精制单元的试车。5.联锁及报警系统的调试
5.1.根据设计文件中的联锁/报警整定值表，在工程师站上设定相应数值； 5.2.在系统的信号发生端（即变送器或检测元件处）输入模拟信号，检查系统的逻辑是否正确，检查联锁报警动作是否在规定设置的数值上； 5.3.联锁系统除进行份项试验外，还应进行整套联动试验； 5.4.检查辅助操作台上的紧急停车按钮、试验按钮、复位按钮、信号指示灯等
动作是否正确；
5.5.有关与电气部分相关的联锁和报警，应由仪表及电气人员双方密切配合进
行。
6.安全管理贮备工作
建立健全各项安全管理制度，严格安全操作规程，确保试运行期间不出任何安全责任事故。
6.1.严格按照试生产方案中的危险因素、对策措施及安全批复意见认真实施。6.2.建立健全安全生产管理制度、各岗位生产操作规程、技术规程，编写了事
故预案并进行了救援演练，取得良好教育效果。6.3.严格人员上岗培训，共培训员工40多人次，特种作业人员全部持证上岗，严格执行安全管理制度及操作规程，坚决杜绝超标及违章现象发生。
二、试生产产量产能及产品质量情况 1.40万吨/年油品加氢改质（215）由于设计原因，目前装置只能达到预期负荷的30%（新鲜进料）。为提高产量，试生产期间采用购买常压柴油和返回加氢产品改善进料性质，来提高产量。2.40万吨/年芳烃选择性加氢精制（210），试生产期间实现满负荷生产（50t/h）。
产品均能达到国ⅲ标准。
3.20000nm3/h催化干气制氢，本单元试生产期间根据两套加氢单元耗氢的大 小，来调整装置负荷，试生产期间装置负荷基本在实际负荷的60%左右。产品氢目前纯度基本达标99%。
三、安全环保
1.安全消防工业卫生
1.1.加制氢联合装置严格按规范设计和施工，确保生产的安全和员工的健康。1.2.采用了先进的dcs集散控制系统，自动化程度高，既减轻了工人的劳动强
度和现场作业时间，也减少了工人接触有毒有害物质的机会。使用先进的独立sis紧急停车控制系统，在紧急状态下，可实现装置的安全停车，保
护人身安全和设备安全。
1.3.在产生较大噪音的部位安装了消音、隔音装置，设置隔音操作室，对人员
易接触的高温设备和管线进行了隔热、保温，在可能接触有毒有害物质的区域设置专门的洗眼器、淋浴器。
1.4.按照设计规范，合理设置了安全阀、防爆门、止逆阀等安全设施，设备安
全附件齐全；在化工操作岗位配备过滤式防毒面具和空气呼吸器；为检修和生产重要位置配备了安全带、急救绳、急救箱、长管式防毒面具、化学防护服及其他个人防护用品。1.5.本装置医疗救护依托南京第三医科大学附属医院（原仪化医院），该单位有
完善的救护设施，可提供紧急医疗救护。2.消防设施和器材
2.1.扬州化学工业园区设有消防站，现有2辆消防车、人数20人，距离项目本
装置约1公里，能够满足火险应急需求。2.2.消防水系统：实友化工（扬州）有限公司现有消防水管网，压力0.8mpa（稳
高压），消防水流量为300l/s，消防水罐2个6000m3。能够满足装置在火灾事故时对消防水的需求（170l/s）。消防水在装置区形成环状，并用阀门分割成若干独立段。消防水管网上有消防栓6个、消防炮5只。
2.3.消防冷却水系统：主要包括中间罐和丙烯球罐的固定式式消防冷却水系统。2.4.火灾报警系统：加制氢联合装置设置火灾自动报警系统，与原有火灾自动
报警系统并网，覆盖主装置区、中间罐区、办公楼、仓库、公用工程等。该系统具备消防联动功能。该系统为总线制地址编码型火灾自动报警系统，由报警控制盘、感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、声光报警器、信号模块、控制模块及复示盘等组成。报警控制盘安装在主控室内，防爆手动报警按钮设置在装置区现场和控制室，复示盘安装在消防队。2.5.可燃（有毒）气体检测报警系统：为及时发现氢气、硫化氢、轻烃气等可
燃和有毒气体的泄漏事故，装置区设有可燃气体及有毒气体检测报警器。2.6.灭火器配置：为便于扑灭初期火灾，在火灾危险性大的重要场所，包括装
置区及罐区配备便携式（重量8kg）干粉灭火器。2.7.工业电视监控系统：该监控系统用于监视生产装置的生产情况，设备运转篇三：电厂制氢站培训教材
氢气的制取和发电机的冷却
第一节 发电机的冷却方式 1.发电机冷却的重要性
发电机运转时要发生能量消耗，这是有一种能（机械能）转变为另一种能（电能）时所不可避免的。这些损耗的能量，最后都变成了热量，致使发电机的转子、定子、定子绕组等各部件的温度升高。
因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的，所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损。为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行，必须及时地把铜损和铁损所产生的热量导出，使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内。否则，发电机的温升就会继续升高，使绕组绝缘老化，出力降低，甚至烧坏，影响发电机的正常运行。因此，必须连续不断地将发电机产生的热量导出，这就需要强制冷却。2.发电机常用的冷却方式
发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的。常用的冷却方式有： 2.1 空气冷却。容量小的发电机（两万千瓦以下）多采用空气冷却，即使空气有发电机内部通过，将热量带出。这种冷却方式效率差，随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰。2.2 水冷却。把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心，运行中使高纯度的水通过铜线内部，带出热量使发电机冷却。这种冷却方式比空气冷却效果好，但必须有一套水质处理系统和良好的机械密封装置。目前，大型机组多采用这种冷却方式。2.3 氢气冷却。氢气对热的传导率是空气的六倍以上，加以它是最轻的一种气体，对发电机转子的阻力最小，所以大型发电机多采用氢气冷却方式，即将氢气密封在发电机内部，使其循环。循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却。氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触的内冷式（直接冷却）和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种。
当前除了小容量（25mw及以下）汽轮发电机仍采用空气冷却外，功率超过50mw的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却，氢气、水冷却介质混用的冷却方式。在冷却系统中，冷却介质可以按照不同的方式组合，归纳起来一般有以下几种： 2.3.1 定、转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却，即氢外冷； 2.3.2 定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却，转子绕组采用直接冷却（即氢内冷）； 2.3.3 定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢外冷； 2.3.4 定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯采用氢外冷，即水氢氢冷却方式； 2.3.5 定、转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，即水水空冷却方式； 2.3.6 定、转子绕组水内冷，定子铁芯氢外冷，即水水氢冷却方式。
我厂2×600mw机组汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，即发电机定子绕组采用水内冷，转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢外冷。
第二节 冷却介质的性能比较 1.冷却介质的种类和特性
氢冷发电机在正常运行时，使用氢气作为冷却介质，在发电机事故及停机检修时，则采用空气作为冷却介质，co2、n2，则是气体置换过程中的中间介质。对于直接冷却的发电机，除了使用氢气作为冷却介质外，也可以使用水和油。下面分析比较冷却介质的特性： 1.1 空气
空气优点是低廉，所需的附加设备简单，维修方便；缺点是机组的容量受到限制，而且机组容易脏污。1.2 氢气（h2）
氢气冷却有如下优、缺点： 1.2.1优点： 1.2.1.1 通风损耗低，机械（指发电机转子上的风扇）效率高。这是因为在标准状态下，氢气的密度是0.08987kg/m，空气的密度是1.293kg/m，co2的密度是1.977kg/m，n2的密度是1.25kg/m。由于空气的密度是氢气的14.3倍，二氧化碳是氢气的21.8倍，氮气是氢气的13.8倍，所以，使用氢气作为冷却介质时，可使发电机的通风损耗减到最小程度。1.2.1.2散热快、冷却效率高。因为氢气的导热系数是空气的1.51倍，且氢气扩散性好，能将热量迅速导出。因此能将发电机的温升降低10-15℃。1.2.1.3 危险性小。由于氢气不能助燃，而发电机内充入的氢气中含氧又小于2%，所以一旦发电机绕组被击穿时，着火的危险性很小。1.2.1.4 清洁。经过严格处理的冷却用的氢气可以保证发电机内部清洁，通风散热效果稳定，而且不会产生由于脏污引起的事故。1.2.1.5在氢气冷却的发电机，噪音较小，而且绝缘材料不易受氧化和电晕的损坏。1.2.2 缺点： 3333 1.2.2.1 氢气的渗透性很强，易于扩散泄露，所以发电机的外壳必须很好的密封。1.2.2.2氢气与空气混合物能形成爆炸性气体，一旦泄露，遇火即能引起爆炸。因此，在用氢冷却的发电机四周严禁明火。1.2.2.3采用氢气冷却必须设置一套制氢的电解设备和控制系统，这就增加了基建投资及维修费用。
氢气冷却虽有以上一些缺点，但只要严格执行有关的安全规章制度和采取有效的措施还是可靠的，而其高效率冷却则是其它冷却介质无可比拟的，所以大多数发电机还是采用氢冷方式。
1.3 二氧化碳（co2）co2的密度是空气的1.52倍，显然，使用co2作冷却介质，将会使通风损耗成正比地增加，发电机的温度也会显著升高。co2的表面散热系数是空气的1.132倍，且有较高的强行对流作用，但co2的传热能力比空气弱，仅是空气的0.638倍。两项综合比较，用空气冷却和用co2冷却，对发电机的温升影响基本是一样的。co2与机壳内的水分化合后，其反应的生成物会在发电机各部分结垢，使通风恶化，并弄脏机件，对绝缘有腐蚀作用。所以，不允许使用co2作为冷却介质长时间运行。但是，我们可以利用co2与氢气或空气混合时不会发生爆炸的特点，作为气体置换的中间介质。1.4 氮气（n2）
氮气的密度、热传导率及表面散热系数都接近空气，所以，作为冷却介质使用时，其允许的最大负荷值与空气冷却时相同。另外，氮气具有比空气轻，比氢气重，并且不助燃的特点，可用来代替二氧化碳作为中间介质使用，这时对其纯度的要求是：氮的含量在96%以上，氧的含量应低于4%。
氮气作为化工副产品，常含有腐蚀性杂质，对发电机的绝缘材料起腐蚀作用，所以，氮气作为发电机的冷却介质不允许长期使用。2.氢气和水的特性比较
发电机在采用直接冷却方式时，普遍采用氢气和水作为冷却介质。它们与空气的性能比较如下：
表13-1 空气、氢气及水性能比较
从表中的吸热和散热能力看，液体冷却介质比气体冷却介质好。水具有较高的散热性能、粘度小，能通过小而复杂的截面。水的化学性能稳定，不会燃烧，而且具有价廉的特点。但它增加了水路系统，容易腐蚀铜线和漏水，使运行的可靠性降低。
氢气冷却具有通风功率和励磁功率低；装配方便，结构简单，负荷能力高，温度分布均匀等优点，使运行可靠性大为提高。
第三节 电解制氢原理及其系统、设备 1.电解制氢的原理及其工艺 1.1 制氢原理
高纯度的氢气是通过电解纯水而获得的，由于纯水的导电性能较差，则需加入电解质溶液，以促进水的电解。常用的电解质一般为naoh或koh。
将直流电通入加入naoh水溶液的电解槽中，使水电解成为氢气和氧气。其反应式为： 1.1.1阴极反应：电解液中的h（水电解后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，最后接受电子而析出氢气，其放电反应是： 2h+2e → h2↑ 1.1.2 阳极反应：电解液中的oh受阳极的吸引而向阳极移动，最后放出电子生成水和氧气，其放电反应是： 2oh-2e → h2o + /2o2↑ 1.1.3 阴、阳极合起来的总反应式为： 2h2o → 2h2↑+ o2↑ 2．工艺流程
高纯度的氢气是通过电解纯水而获得的，由于纯水的导电性能较差，则需加入电解质溶液，以促进水的电解。电解产生的氢气和氧气，分别进入氢气分离洗涤器和氧气分离洗涤器，使气体与携带的碱液分离；分离出的碱液经过滤、冷却后，通过碱循环泵打至电解槽。分离后的氢气进入冷却器冷却，与氧气一同经气动差压调节后，经冷却、干燥进入贮存罐；氧气经过水封直接排入大气；电解消耗的水经过柱塞泵打入氢、氧分离洗涤器进入电解槽内。3．氢氧化钠的作用 氢氧化钠等电解质是强的电解质，溶解于水后便电离，其电离反应式为： naoh = na + oh 这+-–1–++ 样是水溶液中有了大量的na与oh。促进溶液的导电性能，便于水的电解。
氢氧化钠等电解质在水发生电解时，为何不被电解而仍留在溶液中呢？现简略说明如下： 3.1 金属离子在水溶液中的活泼性是不相同的，我们将它们依活泼性的大小排列起来，得到下列活动顺序：
k＞na＞ca＞mg＞al＞mn＞in＞fe＞ni＞sn＞pb＞h＞cu＞hg＞ag＞au 上面排列中，前面的金属比后面的活泼，越往后的金属活泼性越差。
在以上活动次序中，h之所以列为金属，这是因为它能起金属的作用，在水中常成h存在，而且确实能被它前面的的金属置换。例如： zn + h2so4 = znso4 +h2↑ 3.2 电极电位。金属的活动次序说明越活泼的金属越容易失去电子，活泼性较差的金属则容易得到电子（前后金属比较而言）。从电化学理论上讲就是：容易得到电子的金属离子与不容易得到电子的金属离子相比较，因前者的电极电位高能得到电子而转为原子，而后者的电极电位低不能得到电子转为原子。这种电位叫“电极电位”。h和na比较，na的电极电位为-2.86，而h的电极电位为-1.71。所以在同一水溶液中若同时存在na和h时，h先放电而成h2。3.3 离子的水化。水是极难电离的，但水中溶解有naoh时，在na的周围。围绕着水的分子而成水合na，而且因na的作用使水分子有了极性方向。
当na带有极性方向的水分子迁向阴极时，h首先放电而成h，而na则仍存在于水中。3.4 电解液中加五氧化二钒的作用
电解液配制时，须加入一定量的五氧化二钒（千分之二浓度）。五氧化二钒的加入，可对电极的活化起催化作用，能改变电极表面状态，增加电极的电导率；有利于除去电极表面的气泡，降低电解液的含气度；在铁、镍金属表面产生保护膜，从而起到缓蚀作用。4.制氢系统
电解水制取氢气的主要设备为电解槽。在电解槽后连有若干系统，其中主要是氢侧系统、氧侧系统及补给水系统，另外还有碱液系统。4.1 氢侧系统。由电解槽各间隔分解出来的氢气汇集于总管，经氢侧分离器洗涤器、冷却器、压力调节阀，再经两级干燥吸附后，存入氢罐备用。4.2 氧侧系统。由电解槽各间隔分解出来的氧气汇集于总管，经氧侧分离器洗涤器、压力调节阀和水封槽后，排放大气或存罐备用。4.3 补给水系统。在电解水的过程中，水陆续地被消耗掉，所以必须连续不断地补充除盐水。系统通过加水泵将除盐水打至氢分离洗涤器中，来补充电解消耗的除盐水。
++++++++++++++++-篇四：制氢工艺技术分析
煤制氢工艺技术分析 1.氢气
16世纪，瑞士科学家帕拉塞斯和17世纪的一些科学家，都发现了金属跟酸起反应产生一种可燃性气体----氢气。当时人们还不认识它，只把它当作一种可燃性的空气。直到1766年英国科学家卡文迪许才确认氢气与空气不同，并测定氢气的密度是空气密度的1/14.38。他在1781年又进一步指出，氢气在空气中燃烧生成水。1783年拉瓦锡重做了实验，证明水是氢燃烧后的唯一产物。1787年拉瓦锡给它命名为hydrogen，意思是“成水元素，并确认它是一种元素。早年间人们称之为”轻气“，后定名为氢（日本现仍称之为水素）。
氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体；-259.1℃时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。当空
气中的体积分数为4%-75%时，遇到火源，可引起爆炸。2.氢气的用途
氢是公认的最洁净的燃料，也是重要的化工合成原料。但它不是一次能源，它是要从一次能源通过转换生产出来的能量载体。它又是一种气体燃料，在输送分配方面相对地存在着一定困难。中国又是一个以煤为主要一次能源的国家，所以，就要应用“环境、能效、经济”的生命周期研究方法，结合国情和地区的实际，用系统工程的眼光来全面地评估中国氢的生产和应用；要结合地区的实际，选择先进的技术，合理的方法来生产和应用氢，以获得最大的经济和环境效益。3.工业制氢的方法
氢气作为重要的工业原料和还原剂，在国民经济各领域
被广泛地使用。工业制氢的方法主要有以下几种方法。3.1一次能源转化制氢
1、煤气化制氢技术，是指煤与气化剂(水蒸气或氧气)在一定的温度和压力等条件下发生化学反应而转化为煤气的工业化过程，且一般是指煤的完全气化，即将煤中的有机质最大限度地转变为有用的气态产品(主要成分为一氧化碳)，而气化后的残留物只有灰渣。然后一氧化碳经过变换、分离和提纯处理获得一定纯度的产品氢。
2、天然气水蒸气重整制氢。其主要工艺为:天然气经过压缩，送至转化炉的对流段预热，经脱硫处理后与水蒸气混合，进入转化炉加热后进入反应炉，在催化剂的作用下，发生蒸气转化反应以及一氧化碳变换反应，出口混合气含氢量约为70%，经过提纯可以得到不同纯度的氢气产品。
3、甲醇裂解制氢。其主要工艺为:甲醇和水的混合液经过预热、气化后，进入转化反应器，在催化剂作用下，同时发生甲醇的催化裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成约75%的氢气和约25%的二氧化碳以及少量杂质。该混合气经过提纯净化，可以得到纯度为98.5%~99.9%的氢气。该法的原料易得且储运方便，受地域限制较少，适于中小制氢用户使用。
一次能源转换制氢成本低廉，工艺流程短，操作简单，能源利用合理，是目前广泛采用的最经济的制氢技术之一，但有时需要高温条件进行反应，因此能耗较高，而且反应有时需要耐高温的不锈钢管做反应器，装置规模大，投资高。3.2电解水制氢
电解水制氢的原理是当两个电极分别通上直流电，并且浸入水中时，在直流电的作用下，水分子分解为氢离子和氢氧根离子，在阳极氢氧根离子失去电子产生氧气，在阴极氢离子得到电子产生氢气。电解水制氢的效率较高，且工艺成熟，设备简单无污染，但耗电量较大，一般氢气电耗为
4.5~5.5kw/m3，使其应用受到一定的限制。但随着电解水工
艺、设备的不断改进(例如开发采用固体高分子离子交换膜为电解质，选用具有良好催化活性的电极材料，在电解工艺上采用高温高压参数以利于反应进行等)，水电解制氢技术将会有更好的应用和发展。电解水制氢技术制得的氢气纯度高，操作简便，制氢过程不产生二氧化碳，无污染，但其耗电大，生产成本高，电费占整个生产费用的80%左右。3.3其他含氢物质制氢
1、氨分解制氢
氨气在催化剂存在和高温条件下可以分解为氮气和氢气，氨气分解制氢所用的催化剂一般为镍或铁，其工艺为:液氨经预热、蒸发变为气氨，在800℃高温下催化分解为氢气和氨气，经过气体分离与提纯得到高纯氢气。此外，肼由于其分子式及性质均与氨气类似，也可以利用相同的原理进 行分解转化制氢。
2、硫化氢分解制氢 国外多次报道由硫化氢分解制氢技术，我国有丰富的硫化氢资源，自20世纪90年代就有多家单位开展了这方面的研究。如石油大学的间接电解法双反应系统制取氢气与硫磺的研究取得了较大进展，还有中国科学院感光研究所等单位进行的多相光催化分解硫化氢的研究及微波等离子体分解硫化氢制氢的研究等，都为今后充分合理利用宝贵资源，提供清洁能源及化工原料奠定了基础。
3、化工副产物氢气回收
邱长春等人报道了利用含氢工业尾气或过程气生产高纯氢气的方法。此外，多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工艺、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量副产氢气，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可以得到数亿立方米的氢气，这将是一笔不容忽视的资源，应设法加以回收利用。3.4氢气生产新技术
太阳能制氢，生物制氢，硼氢化钠催化水解制氢。4.炼厂制氢工艺的选择
当前，炼厂普遍面临着原料劣质化，成品油市场轻质化、优质化，环保标准和要求不断提高的局面，面对这样的局面，炼厂的唯一出路就是提高石油的深加工能力，提高轻质油品和优质产品的产能，这一切都离不开加氢技术的应用，而加氢技术的应用首先要有稳定可靠的氢源，但是仅通过炼厂自身和传统的加工方式已难以解决全厂的氢气平衡和需求，通过其他原料和加工工艺获得廉价的氢源来满足炼厂的生产需求是一个行之有效的解决方案，也是大势所趋。
规模化的制氢技术主要有轻烃蒸汽转化法和非催化部分氧化法(气化法)。
非催化部分氧化法(气化法)按原料分类, 可分为轻烃(天篇五：制氢培训讲义 1.制氢装置设计及改造情况 43大连西太平洋石油化工有限公司制氢装置规模为6×10nm/h。两套加氢、脱硫、转化 炉、中变采用国内技术；净化系统为变压吸附法，技术为德国林德（linde）公司专利，引
进控制计算机、成套阀门、管线、仪表和吸附剂，吸附罐为国内制作，林德公司制造技术。
设计单位为中国石化北京设计院。
本装置由下列五部分组成：
（1）原料油干法加氢、脱硫部分
（2）转化及相应对流段热回收部分
（3）中温变换及变换气换热冷却部分
（4）psa中变气净化部分
（5）开工及循环氢压缩机及酸性水汽提部分
装置的加氢、脱硫、转化、中变过程采用两个系列。psa部分则为一个系列。原料设计时以轻质油（重整拔头油或轻石脑油）为主，同时应用少量液化气和ards装置弛
放干气。98年7月至今，由于重整装置停工未开，制氢原料改为重整精制油。
产品纯度为h2>99.9%。
产品主要供常渣油加氢脱硫（ards）装置、蜡油加氢精制装置及煤柴油加氢精制装置、聚丙烯用。
施工图设计于1992年12月末完成，1995年末基本建成，1997年7月正式投产。1998年2 月经标定达到设计规模，生产稳定，质量良好。2.生产装置工艺原理
本制氢工艺采用以轻质油(重整拔头油或轻石脑油)为原料．经干法加氢、脱硫后与水蒸汽混合，经催化剂转化产生h2、co及co2。转化气再经中温变
换将co与转化气中水蒸汽反应成co2同时再产生部分h2。中变气经换热、冷却分液后进往psa吸附部分脱除中变气的ch4、co和co2，生产纯度为 99 9％(v)的氢。rs+h2→r+h2s h2s+zn o→zns+ h2 o r+ h2 o→ch4+co+co2 ch4+ h2 o→3 h2+co-q co+ h2 o→h2+co2+q 3.生产装置工艺流程详述
本装置设计原料主要是重整拔头油，工艺流程大致可分为五部分：（设计条件）
（1）原料脱硫部分（分a、b两系列，以a系列为例，下同）40℃的重整拔头油自装置外进原料缓冲罐d-101，经原料泵p-101/1升压至4.0mpa。升 压后的原料油与从配氢压缩机k-101/1来的3.9mpa的氢气（或ards装置干气、富氢）混合进入中变气-原料油蒸发器e-104（管程），换热至360℃后进加氢反应器r-101（入口压力
约3.35mpa）。在加氢反应器内将原料中的有机硫转变成无机硫，同时将原料中的少量烯烃
饱和。r-101出来的约3.25mpa、360℃的加氢后的气体进入两台串联的氧化锌脱硫反应器 r-102/1.2（设计流程中考虑了两台反应器可串、可并的操作）。经氧化锌脱硫后的气体中
含硫量由约100ppm（v）降至0.3ppm以下，出口气体压力为3.15mpa。
（2）转化及变换部分：
经脱硫合格的气体（烯烃含量1%（v）以下，含硫量0.3ppm以下），与3.50mpa蒸汽
混合后进入转化炉f-101原料预热段，正常操作水/碳比控制在3.7~4：1（mol/mol），进
入原料预热段前温度为415℃，经预热段后温度为500℃，压力为3.05mpa，进入转化炉f-101 辐射段（转化段），转化管内上下分别装有z-402/z-405g催化剂，各装一半。转化炉出口-1温度725-800℃，压力2.70mpa（绝），碳空速约为890时，残余甲烷含量3-7%（v）。
自转化炉管出来的转化气，经转化气废热锅炉er-101回收热量，转化气温度由800℃
降至350~370℃，进入中温变换反应器r-103，选用b-113催化剂，开工初期催化剂活较好，温度控制在低限约340℃，末期可提高到380℃，出口温度≯420℃，co含量1-3%（干）。
自r-103出来的中变气经e-104（中变气-原料油蒸发器），e-103（1.0mpa蒸汽过热器），er-102（1.0mpa蒸汽发生器），e-102/1.2（中变气-除氧水换热器）换热至164℃进入d-111（中变气第一分液罐），将冷凝液分离后进入e-101（中变气-除盐水换热器），出口温度 146℃进d-112（中变气第二分液罐），分出冷凝液后，经ec-101/1~6（中变气空冷器）及 d-113（中变气第三分液罐）分液后进入e-105（中变气水冷器）冷却至40℃经d-114（中
变气第四分液罐）分液后进入psa系统。
（3）转化及变换部分所用锅炉水及蒸汽系统：
锅炉用除盐水自外部送来经e-101温度升至104℃进入脱氧槽d-108，用泵p-102/1（锅
炉给水泵）抽出进入e-102/1.2，出口温度180℃，分成两部分，一部分进入低压汽包d-107 及er-102，发生1.0mpa蒸汽。蒸汽再经e-103过热至250℃进入1.0mpa蒸汽管网。另一部
分直接进入中压汽包d-103及转化炉废热锅炉er-101。转化气废热锅炉和烟道气废热锅炉
均为自然循环式；产3.50mpa、243℃的饱和蒸汽自汽包引出进入转化炉f-101的蒸汽过热
段，过热至435℃后分成两部分，一部分（46.04t/h）与原料气混合，另一部分作为外供蒸
汽出装置。
（4）氢气净化部分（两个系列合用一套）：
自a系列、b系列来的中变气混合后进入psa系统，进口压力为2.1mpa，氢气回收率 88%，出口气体即为产品氢气,其余为尾气。尾气去两列转化炉用于燃料，不足的用瓦斯，燃
烧后的烟道气放大气。具体情况见表
（一）（5）酸性水处理系统：
自中变气第一、二、三、四分液罐分出的co2酸性水（两系列合在一起）进酸性水汽提 塔c-101，用1.0mpa蒸汽汽提后进e-108（酸性水-热水换热器）冷却至80℃进泵p-104升
压后进e-107（酸性水冷却器），降温至40℃送往全厂脱盐水罐。psa工艺原理
变压吸附工艺是一个物理吸附的过程，以氢和氦为代表的具有高挥发性低极性分子，与其它分子如 co2、co、n2、烃类相比，没有吸附性能。由此绝大多数的杂质在粗氢原料中被选择吸附，从而得到
高纯度的产品氢。2.1 概述
变压吸附工艺工作于两个不同的压力等级。? 吸附杂质是在高压下完成的，杂质被吸附在吸附剂上。? 解吸或再生是在低压下完成，以便尽可能降低杂质在吸附剂上的吸附，从而达到高的产品氢纯
度，psa在吸附与解吸时，吸附剂上承载的杂质数量相差越大，psa的氢收率越高。
此工艺过程在常温下进行，再生步骤无须热量，因为吸附过程只有少量放热，解吸和泄压过程中有
少量吸热，所以整个工艺过程只有轻微的温度变化，吸附剂不会因为热量的影响而导致失活，所以
会有极长的使用寿命。2.2 吸附和再生循环周期 pressure swing adsorption（psa）装置是为连续提纯粗氢而设计的，尽管psa工艺过程从表面
上看是连续的过程，实际上它是由多个并列运行步位组成的不连续过程。总而言之，每一个吸附器
都按照一定的规律循环进行，以完成变压吸附工艺过程。变压吸附工艺过程基于两个基本步骤，吸
附和解吸，而解吸步骤是由一连串子步骤组成： ? 由高压过渡到低压：“泄压”、“提供吹扫”和“排放”。? 在低压下“吹扫”。? 由低压转换到吸附压力：“升压”。
吸附分离工艺是连续提供产品氢的过程，它是由多个装满吸附剂的压力容器、相互连接的管道以及
各自的控制阀组成。在操作过程中，至少一个吸附器处于高压吸附状态，从原料气中分离杂质，与
此同时，另外的吸附器在进行再生。控制程序保证了工艺过程的有序进行，按要求切换处于吸附状
态的吸附器，使杂质绝不会通过吸附器窜入产品氢，因此程序必须确保有吸附器处于吸附状态时，另外的吸附器能够得到充分的再生和升压，以取代处于吸附步位即将达到杂质承载能力的吸附器。
吸附
原料气自吸附器底部至顶部穿过，如 co2、烃、co等杂质被选择吸附在吸附剂表面。提纯后的产品 氢自吸附器顶部排到产品氢总管。
由于该系统尽量利用残留在吸附器中的氢气（在吸附步位后）来均压、升压和给其它吸附器提供吹
扫气，因此，psa系统在氢气利用方面有很高的效率。
在吸附过程中，产品氢纯度保持稳定，在吸附周期结束时，产品氢中开始有微量杂质，这表明吸附
器已经吸附满了杂质，需要进行再生。
再生
吸附器在吸附步位吸附满了杂质后，再生分四个基本步骤进行： ? 吸附器按照原料气流向泄压到较低压力，利用该吸附器储存的氢气给其它的吸附器升压或吹
扫。? 吸附器逆向泄压，排放至尾气，（供吹扫步位、排放步位），除掉吸附剂上的杂质。? 利用供吹扫步位吸附器提供的氢气或氢气总管的纯氢吹扫该吸附器，除掉吸附剂上残留的杂
质。
? 吸附器利用均压步位提供的纯氢或者氢气总线的纯氢逐步升压到吸附压力。2.3 产品氢
符合设计规范要求的高纯度氢气从吸附器顶部排入产品氢线。产品氢压力等于原
料压力减去psa单元的压力损失。2.4 尾气
尾气在尾气系统中进行混合，使尾气组成、流量和压力稳定。尾气系统由两个尾
气罐，调节流量压力和分子量的控制器组成。2.5 工艺条件对psa装置的影响 psa加工能力表示在给定的操作条件下，所能加工的原料气量。氢收率是产品氢
量与原料气中氢总量的百分比。以下是对吸附能力和氢收率有影响的主要工艺条
件。
原料气加工能力与吸附压力的关系
气体组分如co、co2、ch4、c2等，在吸附剂上的吸附量随着吸附压力的增加 而增加，因此吸附能力随着吸附压力的增加而提高，随着吸附压力降低而减少。
氢收率与吸附压力的关系
通常情况下，氢收率随着吸附压力升高而提高，随着吸附压力的降低而降低。
原料起讫加工能力与解吸压力的关系
吸附了杂质的吸附器随着压力的降低得到了再生，解吸压力越低再生效果越好，如果解吸压
力升高，残留在吸附剂上的杂质的量也升高，结果，吸附能力也随之降低。因此，吸附能力随着
解吸压力的降低而升高，随着解吸压力的升高而降低。
氢收率与解吸压力的关系
在通常情况下，氢收率随着解吸压力的降低而升高，随着解吸压力的升高而降低。2-4 原料加工能力与吸附温度和解吸温度的关系
吸附剂对原料加工能力随着原料温度上升而降低，但是较高的原料温度会有较好的吹扫效果，最佳的psa运行温度是15-40，较高的温度是允许的，但是随着温度的上升，会降低吸附能力，应当避免吸附温度低于10，温度与吹扫效果成反比。
等温曲线随着温度上升而降低，吸附和解吸在压力下，影响效果是装载量有较低的差别。以下
图表解释这种效果。
原料气组分
吸附器吸附能力取决于被吸附气体的种类与总量，原料气组成的影响可分为以下种类：
注意要绝对避免原料气中的液体，因为液体会损坏吸附剂。
产品纯度
吸附能力总是随着产品纯度升高而降低，随着产品纯度降低而升高 linde-psa专家培训总结
一、psa开车新旧区别： 1.psa旧版开车有自动均压功能，而在新版中，此功能被取消。我们认为此功能有两点好处：a.此功能能使psa自己调整各吸附器压力，尽可能的减少现场手动调整需要的时间和现场阀门开
关所带来的不必要的麻烦。b.psa自身压力调整也是对各电磁阀的再次检验，对于判断故障阀
门很有必要。基于以上两点，我们征求linde专家意见，他也认为旧版此项功能很有必要，我
们希望专家带回linde总部，给予答复。2.psa新版开车规程增加产品氢总管压力低无法开车，此项锁定，我们认为很有必要，保证psa 开车产氢后由于产品氢总管压力低而产生的波动，这对psa开车时的稳定运行很有必要。
二、psa逻辑联锁新旧的区别： 1.psa新版的停车联锁逻辑中，吸附压力高高联锁已摘除，linde专家并未给予合理的理由加以解
释，我们希望专家带回linde总部，给予合理和充分的解释。
第三篇：制氢系统事故处理措施
一是建立了工作机构和基本规范。二是制定了相关法规和技术标准。
三是加强了日常监督和管理工作。针对查找出来的隐患，分析了隐患产生原因，并制定了强有力的整改措施,建立了重大危险源的“五可”监测监控系统，即对重大危险源可视看、可检测、可报警、可记录、可巡查。
应急体系的总的目标是：控制事态发展，保障生命财产安全，恢复正常状况，这三个总体目标也可以用减灾、防灾、救灾和灾后恢复来表示。应急运作机制主要由统一指挥、分级响应、属地为主和公众动员这四个基本机制组成。应急信息通讯系统要保证所有预警、报警、警报、报告、指挥等活动的信息交流快速、顺畅、准确，以及信息资源共享；
应急标准化操作程序（SOPS）主要是针对每一个应急活动执行部门，在进行某一项或某几项具体应急活动时所规定的操作标准，这种操作标准包括一个操作指令检查表和对检查表的说明，一旦应急预案启动，相关人员可按照操作指令检查表，逐项落实行动。
应急体系的应急响应程序按过程可分为接警、响应级别确定、报警、应急启动、救援行动、扩大应急、应急恢复和应急结束几个过程 应急救援指挥中心接到报警后，3
迅速的反应主要是：迅速查清事故发生的位置、环境、规模及可能发生的危害；迅速沟通应急领导机构，应急队伍、辅助人员以及事故现场人员之间的联络；迅速启动各类应急设施；迅速组织医疗、后勤、保卫等队伍各司其责。
正确的措施包括：保护或设置好避灾通道和安全联络设备，撤离灾区人员；力争迅速消灭灾害，并采取隔离措施，转移易引起灾害蔓延的设备和物品；撤离或保护好贵重设备，尽量减少损失3注意防止死灰复燃及二次事故发生。
居安思危、常备不懈才能在事故和灾害发生的紧急关头反应迅速、措施正确。从容地应付紧急情况，需要周密的应急计划、严密的应急组织、精干的应急队伍、敏捷的报警系统和完备的应急设施。
氢气瓶使用注意事项
因生产需要，必须在现场（室内）使用气瓶，其数量不得超过5瓶，并应符合下列要求：
1.室内必须通风良好，保证空气中氢气最高含量不超过1％（体积比）。
建筑物顶部或外墙的上部设气窗或排气孔。排气孔应朝向安全地带，室内换气次数每小时不得少于三次，局部通风每小时换气次数不得少于七次。
2.氢气瓶与盛有易燃、易爆物质及氧化性气体的容器和气瓶的间距不应小于8米。
3.与明火或普通电气设备的间距不应小于10米。
4.与空调装置、空气压缩机和通风设备等吸风口的间距不应小于20米。
5.与其他可燃性气体贮存地点的间距不应小于20米。
6.设有固定气瓶的支架。
7.多层建筑内使用气瓶，除生产特殊需要外，一般宜布置在顶层外墙处。
8.使用气瓶，禁止敲击、碰撞；气瓶不得*近热源；夏季应防止曝晒。
9.必须使用专用的减压器，开启气瓶时，操作者应站在阀口的侧后方，动作要轻缓。
10.阀门或减压器泄漏时，不得继续使用；阀门损坏时，严禁在瓶内有压力的情况下更换阀门。
11.瓶内气体严禁用尽，应保留5千帕以上的余压。
第七节 发电机氢气系统的异常及事故处理
15.8.1 发电机内氢压低 15.8.1.1 现象
发电机内氢压指示<0.28Mpa，光字牌发氢压低报警。15.8.1.2 原因
氢气系统泄漏量比正常情况增大。15.8.1.3 处理
15.8.1.3.1.检查关紧各排污门、排空门。15.8.1.3.2调整空、氢侧油压在正常范围。15.8.1.3.3.检查氢密封油箱补泄油正常。15.8.1.3.4.发电机补氢至正常。
15.8.1.3.5.若氢气系统大量泄漏，连续补氢不能维持氢压，则应打闸停机。保证汽机房充分通风，若故障不能立即修复，应进行事故排氢。15.8.2 热氢温度高或冷氢温度高 15.8.2.1 现象
冷、热氢温度上升，氢温高报警。15.8.2.2 原因
15.8.2.2.1.冷却水温度高。15.8.2.2.2.冷却水流量不足。15.8.2.2.3.冷却水中断。15.8.2.3 处理
15.8.2.3.1.检查开启氢冷器冷却水手动门。
15.8.2.3.2.检查氢冷器冷却水调节阀自动动作情况，若自动动作失灵时，切为手动调节，若为冷却水调节阀机械故障，应使用旁路门调节冷氢温度在46℃左右。
15.8.2.3.3.进行氢冷器排空。15.8.2.3.4.若冷氢温度无法维持在46℃，应降负荷运行。15.8.2.3.5.若冷却水中断无法立即恢复，应降负荷停机。15.8.3 事故排氢
15.8.3.1 发生以下情况应进行事故排氢
15.8.3.1.1.汽机房内发生火灾，可能引发氢气系统爆炸时。
15.8.3.1.2.润滑油系统发生火灾，主油箱事故放油门已开，密封油系统面临补油中断时。
15.8.3.1.3.密封油系统大量泄漏，无法维持密封油箱油位时。
15.8.3.1.4.交流密封油泵电源失去且备用油源不正常，无法维持油氢差压时。15.8.3.2 事故排氢情况下，发电机内氢压迅速下降，氢压<0.02MPa后，停止排氢。
15.8.3.3 根据需要进行CO2置换H2及空气置换CO2的操作。
1.1.1.1 制氢站
a)制氢纯度不低于99.9%，绝对湿度不大于4g/m，露点小于-25℃。b)设备运行时每四小时分析氢气纯度一次，每八小时分析湿度一次，将结果及设备运行参数填在报表上。
c)每班计算本班制氢量、供氢量。
d)严禁氢、氧气体急剧排放，避免因静电火花产生自燃，氢、氧气门应缓慢开关。e)发现制氢设备、氢罐、发电机漏氢量大时，立即向班长、值长及部门领导汇报，并及时查找原因，及时消除。
f)每瓶CO2、N2经分析合格（CO2含量≥98%，N2含量≥97%）后，应贴上标签，未经分析的CO2、N2禁止使用。
g)向发电机补氢时，贮氢和供氢不能用同一套罐，特殊情况经领导批准后可以进行，以防有水进入发电机内。h)检查漏氢时，只能用肥皂水或微量测氢仪来检查，严禁用火找漏。
i)冻结的氢管道、阀门及其他设备等，只能用蒸汽或热水来解冻，严禁使用火烤。j)制氢值班人员应严格执行《电业安全工作规程》和有关规定。
k)与工作无关人员严禁进入制氢站内。制氢间严禁明火、抽烟、穿钉鞋。工作人员不宜穿合成纤维、毛料工作服，严禁用铁器工具相互撞击。制氢间禁止存放易燃易爆物品。
l)电解槽表面应保持清洁，严防任何金属导体掉到或碱液撒在电解槽上，以防极板间的短路。
m)制氢间工作人员要定期检查消防器材是否完整，缺少或失效应及时补充和更换。n)制氢室着火时，应立即停止电气设备运行，切断电源，排除系统压力，并用二氧化碳灭火器灭火。由于漏氢而着火时应用CO2灭火，并用石棉布密封漏氢处，不使氢气逸出，或用其他方法切断气源。
o)进行与碱液有关的工作时应戴上橡胶手套和防护眼镜。
3p)油脂和油类不能和氧气接触，以防油剧烈氧化而燃烧，制氢操作人员的手和衣服不应沾有油脂。
q)氢氧混合具有爆炸危险，上限96%氢、4%氧，下限5%氢、95%氧，严禁使氢氧混合。
非正常情况下停车
(1)在装置运行中如果发现带压部件突然泄漏时,大量的气体或液体外喷有可能发生重大的事故,或者制氢站周围发生紧急事故,有可能危及制氢装置,发生燃烧或爆炸等重大事故时,必须紧急停车。但是，不到万不得已不得使用这种方法。
(2)立即关闭供氢阀门，开6B，切断整流柜电源，解除联锁，送水泵至手动停运，关闭1D、2D。
(3)操作槽压调节仪给定旋钮卸压，但密切注意氢氧分离器的液位均在液位计上有所指示，以防氢氧混合造成爆炸。当压力降到零后，切断全部电源和气源。(4)迅速撤离现场，做好停车记录和现场记录，以便事后分析处理。
(5)非正常停运后，应对整个设备进行彻底检查，各仪表都应进行必要的检查和校验，确认设备良好后方能开车。3.3安全注意事项
(1)设备应良好接地，以防止产生静电引起氢气燃烧或爆炸。(2)电解槽前的操作地面上应放置一块绝缘橡胶板。
(3)电解间应设防爆灯，室内应有良好的通风，并安装氢气报警装置。(4)凡是与氢气、氧气接触的管道，阀门等都要用四氯化碳清洗以除去油污。
(5)装置运行中不得进行任何检修工作，若必须修理则必须停车，但不能动用明火；迫不得已需要在制氢间动火时，首先应对制氢间的空气进行氢浓度分析，必须低于爆炸极限。并在需焊接的管道内事先用氮气吹扫，以排出残留的氢气和氧气。
(6)制氢间严禁烟火，操作人员禁止吸烟，不准穿带钉子的鞋，应穿防静电的工作服、工作鞋，带防护眼镜。操作时使用防爆工具，严禁铁器相互撞击，以免产生火花。(7)制氢间必须设有二氧化碳、砂子、石棉布等消防器材。
(8)制氢间必须备有2～3％硼酸溶液，以便防碱液烧伤，配制碱液时应带防护眼镜，和防护手套。
(9)排空和紧急排空时，一般只将
6B打开，通过自控系统进行，非到万不得已，不允许开2B、5B来放气卸压。因为这样氢氧放气时会引起燃烧或爆炸。是非常危险的。(10)在操作和维修设备时，手和衣物上不能粘有油脂。任何油脂都不允许落入有可能与氧气接触的设备上。
(1)运行罐禁止和供氢罐串联使用，如果需用两个罐以上供氢时必须由班长以上领导批准。
制氢站安全注意事项
制氢站安全注意事项：
1、制氢站周围必须设置高度不低于2米的围墙，并挂有“严禁烟火”等明显的警告标示牌。
凡是与氧、氢气接触的管道，阀门均应经过除油处理。设备运行时不得进行任何修理工作，如若进行修理应先停车，充氮气，排除设备和管道中的氢气和氧气，并用氢气测报仪检测，工作场所氢气浓度低于规定值，并办理有关工作票、动火票等手续后，方可进行修理工作。
6、制氢站严禁明火、吸烟、穿钉子鞋操作人员不宜穿合成纤维、毛料工作服，严禁金属铁器等物相撞击，以免产生火花。
7、制氢间应设有消防器材，按数量要求到位。
8、严禁氢气、氧气从压力设备及管道内急剧排放，以免造成爆炸或火灾。
9、氢气系统运行时，不准敲击、不准带压修理，严禁负压。
12、设备发生故障或设备大量漏碱、漏气体时，应立即切断电源、汇压，并开启轴流风机通风，分析原因，尽快排除故障。
13、用肥皂水或氢气测报仪检查氢、氧系统、管道、阀门是否渗漏，严禁使用明火检查。
14、制氢间不得存放易燃、易爆物品。
15、凡进入氢站人员须交出火种放入“火种箱”，触摸“放静电装置”，并履行进出氢站登记手续，氢站值班人员要提醒、监督进入氢站人员执行好此项措施。
16、凡在氢站进行的设备检查工作，必须使用铜制工具，如必须使用钢制工具时，应涂上黄油。
4、设备运行时冷却水不得中断。
5、各设备、仪表应有良好的接地装置。
第四篇：化学制氢的发展现状及其制氢工艺
镍基催化剂的制备及其ABE制氢活性的研究
综述部分
引言 ：化学制氢的发展现状及其制氢工艺 随着经济的迅猛发展和地球人口数量的剧增，资源与环境问题成为阻碍人们长期可持续发展的重要因素，在过去的几十年，人们以牺牲煤石油等化石燃料来发展经济，能源数量的短缺和环境压力已经扼住人类生存与发展的咽喉，寻找一种可以代替传统能源的清洁能源已经成为燃眉之急。然而氢能源反应时能放出极高的热量。污染小。反应又速度快，人们广泛认可这种能源。因为它可通过多种反应制得的优良性能。因为H2的热值为1400000Kj/kg，氢气燃烧室放出的热量远远高于核能。氢能源不仅能实现污染物的零排放，也能不排放实现温室气体。燃烧后生成水的可以用来一循环制造氢气。而且氢气的运输和储存方式也是极为方便。可以以气态方式运输储存，也可以转化为固态液态的形式储存。近年来氢能的利用也得到了重大的突破，因为燃料电池技术应用，氢能源的开发变得流行起来。
一． 化学制氢的发展现状
1制氢方式
1.1氢能源的制取方式通常有化石燃料制氢，甲醇蒸汽转化制氢，光催化分解水制氢，电解水制氢，生物制氢[1]等。在化学制氢，电解水制氢，生物制氢等多种方式中，最近些年制氢的主要方式还是化学制氢。其中，催化重整制氢是很多制氢技术中的主要方式。
1.天然气或轻油也可以作为制氢的原料，因为它们经过高温重整或部分氧化重整，原料中的烃类可以生成氢气二氧化碳和一氧化碳等。催化重整制氢经过你很长时间的发展，技术上相对成熟。蒸汽重整，部分氧化和催化部分氧化重整是比较常用的技术，也包括自热重整和等离子体重整等。其中蒸汽重整法所制取的氢气含量高，在众多重整制氢中被广泛应用
1.3甲醇和蒸馏水可以进行蒸汽转化制氢。其原理如下：
总反应： CH3OH+H2O=CO2+3H2 +49.5 KJ/mol，主反应 CH3OH=CO+2H2 +90.7 KJ/mol，CO+H2O=CO2+H2-41.2 KJ/mol，副反应： 2CH3OH=CH3OCH3+H2O-24.9 KJ/mol，CO+3H2=CH4+H2O-+206.3KJ/mol。这种方法工艺上操作较为简单，技术发展也较好。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，可以生产出纯度非常高的氢气。和电解蒸馏水相比相其价格较为便宜，甲醇重整制氢操作门槛较低，容易实现。据推算一套规模为1000Nm3/h的甲醇蒸汽转化制氢装置的单位氢气成本不高于2元/Nm3H2而电解水制氢约4~6元/Nm3H2[2]。甲醇作为化工生产的基本原料产量大，与大规模的天然气轻油蒸汽转化制氢相比投资小能耗低。
1.4光催化分解水制氢是在1972年有日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次提出的。为利用太阳能光解水制取氢气的研究指明了方向，因为TiO2单晶电极光可以催化分解水生成氢气，所以不利用太阳光分解蒸馏水制氢是可能的。有关光催化分解水制氢的研究主要集中在以下几个方面1通过改进传统的可见光催化剂的改性以达到使用可见光的目的2寻找和研发新型的高效可见光催化剂3对光催化产氢的反应机理进行深入的研究，特别是考察光生载流子的转移动力学4研究光催化剂的结构与产氢效率之间的构效关系5光催化产氢器件或设备的研发[3]等，对于基础研究，研究高效催化剂是最为重要的。
1.5电解水制氢利用水的解生成H2和O2 电解水制氢的原理较为简单，首先在电解槽中加入电解质溶液，然后通入一定电流，电流从两极间流过，氢气在阴极产生，氧气在阳极放出。阴极的析氢材料的选择很重要，铂系的析氢过电位很低，作为早器的阴极析氢材料。不过价格昂贵，因此开发具有低吸氢过电位而且价格低廉的合金材料有重要意义北京理工的庞志成[4]等认为镍及其合金在碱性电解水制氢有高的电催化活性，当镍金属和其他过渡金属形成合金时，晶体结构有更好的修饰或改变。CoO3O4氧化物作为阴极析氢材料，AB2O4型尖晶石型氧化物，ABO3钙钛矿型氧化物作为阴极析氢材料，近年来人们广泛关注镍材料作为碱性电解水阴极。
1.6生物制氢
利用生物吱声的代谢作用可以将有机物质或水转化为氢气。光解水制氢，厌氧细菌制氢和光合细菌制氢等类型属于生物制氢。产氢生物一般分为发酵型放氢微生物和光合型微生物。
因为氢酶和固氮酶可以催化放氢反应。生物质制氢一般有两种途径，一种是领生物质的衍生物，如生物的粪便发酵产生的沼气，秸秆等生成的甲醇等间接制氢。另一种是将生物质进行热气化或热解制氢。
二．氢能源的利用
2.1氢能源的工业应用：液态氢在宇航事业应用较为广泛，因为液氢是良好的火箭发动机燃料。液氢作为火箭发动机燃料的优点是不仅燃烧热值高，而且分子量低，液氢液氧火箭发动机的研制是航天技术发展的里程碑。高超音速飞机有些人开发利用液氢为燃料的，因为液氢的密度小，而且排放废气少，燃烧噪音较小。
2.2在汽车行业，将氢气降温增大压力后使用。液态氢密度小质量轻，热值大，便于携带和运输，可以将其用于机动车辆。氢气在汽车领域的应用主要在燃料电池发动机。也可以用在氢燃料发动机上，氢气是气体燃料，用在发动机上会减小气动力性能，但是提高压缩比会改善这样的性能。利用氢能源的氢燃料发动机和燃料电池发动机不会对发动机产生污染，如积炭凝胶等现象。由于汽车的引擎可以被润滑油碳颗粒等污染，所以此类方法非常有利。氢燃料燃烧时的火焰温度高，火焰延伸迅速，不过需要解决引擎的早燃回火敲缸等问题。近年来，氢燃料电池在汽车应用较为广泛。
2.3在化工产业中氢气主要应用在有机化工中。生产甲醇和工业合成氨等化工产品一般原材料都是H2。在粗苯加氢和生产苯胺过氧化氢时候也需要加氢。原油中有些不饱和烃，在加氢过程也需要氢气。
由于它的还原型，它能将金属从氧化态还原成零价态，所以它在冶金方面有重要应用。它可以作为保护气应用在金属加工方。特种钢的冶炼，太阳能电池的生产，半导体和大规模集成电路的生产；光导纤维的生产燃料工业等广泛利用到氢能源。电子行业食品行业的生产也需要氢气。
三醇类重整制氢反应原理及其影响因素
1醇类重整制氢的反应原理
醇类重整制氢主要集中于甲醇与乙醇等方面的研究。
乙醇重整制氢的反应过程较为复杂，可能发生的反应也十分多一般认为可能发生如下反： 1是脱氢反应:乙醇脱氢生成CH3CHO和H2。CH3CHO又会分解成CH4和CO2。部分乙醛裂解成甲烷和一氧化碳。副反应有一氧化碳的水煤气反应生成CO2和H2，CH4也可以进行水蒸气重整反应生成H2，同时生成一氧化碳，二氧化碳等。
2是脱水反应：氢气和C2H4在脱水过程中会生成。一部分乙烯继续发生重整反应，CO和H2等会生成；在产物中会生成。CO发生水煤气变换反应生成CO2和H2等。在反应过程中加入催化剂，会影响整个过程反应的调价和原理。化学反应体系中的金属原子一般决定反应活性，加入不同的载体，反应活性中心也可能不相同。比如在反应中加酸性催化，乙烯很容易生成这对反应是不利的。在乙醇重整制氢反应过程中，乙烯的聚合生成碳单质，残留的乙烯聚合是造成积炭的重要原因。所以在高温的条件下，为了使乙烯的选择性降低就要研究性能较高的的催化剂。在低的水碳比时
C2H5OH+H2O----2CO+4H2,在高的水碳比时，C2H5OH+3H2O----2CO2+6H2，脱水反应C2H5OH-----C2H4+H2O，脱氢反应C2H5OH----C2H4O+H2，聚合反应C2H4---积炭，裂解反应：C2H5OH----CH4+CO+H2, 乙醛的重整反应：C2H4O+H2O-----3H2+2CO，乙醛的裂解C2H4O-----CH4+CO，甲烷化：CO+3H2------CH4+H2O,水汽转化反应CO+H2O----CO2+H2 从反应的最终结果来看，乙醇重整反应是一个从C2化合物到C1化合物的转化过程，有利于C—C键断裂的催化剂对反应活性较好，他是一个在C原子上加氧脱氢，从水分子上脱氧脱氢的过程[5]，催化剂因该有利于C-H键和H2O分子的活化。反应的条件和催化剂的性能会影响该反应的条件，而且应该压缩副产物生成和把催化剂的抗积炭性能提高。3乙醇重整制氢的热力学研究
乙醇水蒸气重整的反应方程式C2H5OH+3H2O-----2CO2+6H2
H=+174.2kJ/mol
C2H5OH+H2O-----2CO+4H2
H=+256.8KJ/mol 乙醇直接裂解制氢反应C2H5OH-----CH3CHO+H2
H=68.44kJ/mol
CH3CHO------CH4+CO
H=-18.78kJ/mol
C2H5OH+2H2-----2CH4+H2O H=-155.23kJ/mol
副反应C2H5OH---CH4+H2CO---CO+CH4+H2 H=499.66kJ/mol
C2H5OH----1/2CO2+3/2CH4
H=-73.85kJ/mol
C2H5OH----1/2CH3COCH3+1/2CO+3/2H2 H=50.41kJ/mol 乙醇部分氧化重整C2H5OH+1/2O2----2CO+3H2 H=14.1kJ/mol
C2H5OH+3/2O2---2CO2+3H2
H=-552.0kJ/mol
在乙醇重整的热力学中，由以上反应方程式可以看出乙醇的水蒸气重整是个很的强吸热的过程。水醇比和温度条件对产物氢气和其他组分的比例影响较大，当水醇比减小时乙醇的吸热效率也会相应的减小。但是高温有利于产物中主产物的生成，当水醇比减小时，积炭会增加。乙醇的水蒸气重整反应速率较快，而控制好反应产物的分布条件，和提高乙醇水蒸气重整制氢的反应物的转化率和减少副产物的生成一般要控制好热力学条件。所以控制好化学反应的热力学条件和减少积炭的生成在乙醇重整制氢中具有重要的意义。
重整反应的化学反应焓变表明，乙醇的部分氧化重整是强烈的放热反应。当反应体系中的氧醇比增大时，乙醇在反应过程中会增加放热量，当氧醇比继续增大到一定程度时，乙醇的反应会变成完全燃烧。氢气的产量一般随着氧醇比的降低和温度的升高而增多。而且当氧醇比过大时，极易产生积炭，一般控制重整的氧醇比在一定范围
因为乙醇自热重整吸热量和放热量很少，总体上放热可以忽略，所以乙醇的自热重整是个相对热平衡的过程。其中氢气产率随着温度的上升而上升，水醇比的增加和氧醇比的降低而增加，系统的能量效率受到水醇比的影响，而氧醇比对能量效率的影响不大，乙醇自热重整的积炭量较少
热力学研究表名，对于乙醇直接裂解，乙醇水蒸气重整反应，乙醇部分氧化反应和乙醇二氧化碳重整反应温度升高有利于H2和CO的生成，不利于CH4和固态C的生成。
三镍基催化剂的制备方法
浸渍法
浸渍法操作简便，成为一种应用较为广泛的制备方法，浸渍法是将载体放进含有活性物质的气体或液体中浸渍，活性物质组建吸附于载体表面，当浸渍平衡后，将多余的液体除去，在进行干燥焙烧活化等即可制得催化剂。这类催化剂常被称为负载型催化剂
浸渍法通产包括载体预处理，浸渍液配置，浸渍，出去过两液体，干燥焙烧，活化等过程，浸渍法适用于制备稀有贵金属催化剂，活性组分含量较低的催化剂，以及需要高机械强度的催化剂，浸渍法制取催化剂的有点是具有已经确定的载体形状，载体具有合适的比表面孔径强度导热率，活性组分利用率高成本低，生产方法也较为简单，缺点是焙烧过程会产生污染气体，干燥过程会导致活性组分迁移 共沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂，生成难容金属盐或金属水合氧化物，从溶液中沉淀出来，再经老化过滤洗涤干燥焙烧成型活化工序制得催化剂或催化剂载体，它广泛应用于制备高含量的非贵金属，金属或非金属氧化物催化剂或载体。共沉淀法制备水滑石结构：，按照一定的比例，将金属硝酸盐溶液配成一定浓度的混合盐溶液（SolS），将NaOH和Na2CO3按照一定比例的配成混合碱溶液（SolB），在大烧杯中预先装入一定量的蒸馏水，加热至一定的温度，将SolS和SolB按一定的滴速同时滴入大烧杯中，维持反应体系的pH为一恒定值，剧烈搅拌。滴定完毕后，继续搅拌陈化，最后经过滤、洗涤、烘干，得产物。此合成方法是水滑石合成中的一种常用方法，沉淀剂的加入可能会使局部浓度过高，产生团聚或组成不够均匀。水热合成法
是指在特制的密闭反应器或高压釜中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温高压的反应环境，使得通常难容或不容的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。所的产物纯度高，分散性好、粒度易控制。可以使原料细化和均匀混合，且具有工艺简单、煅烧温度低和时间短、产品性能良好等优点。水热合成法制备水滑石结构，是先将SolS和SolB缓慢滴加在一起活着快速混合，然后将得到的浆状液立即转移至高压釜中，在一定的温度下（通常是100°C）陈化较长时间，最后经过过滤、洗涤、干燥、研磨得产品。此法特点是使水滑石的成核和晶化过程隔离开，并通过提高陈化温度和压力来促进晶化过程。水热合成法由于反应发生在密闭的系统中，因而没有其他杂质被引入。制备所得纳米金属氧化物具有粉末细（纳米级）、纯度高、分散性好、颗粒均匀、晶粒发育完整、形状可控等优异特性。另外水热法还能够避免高温下反应物的挥发、应力诱导缺陷、物相相互反应等缺点，更重要的是水热法通过调整反应条件可控制生成物的形貌、大小、粘度分布等
四醇类制氢催化剂研究
活性组分：有关乙醇蒸气重整制氢的研究主要集中在负载型镍基钴基铜基和贵金属催化剂的研究上
镍基催化剂是一种高性能的加氢脱氢催化剂，金属镍对促进C—C键的断裂具有高的催化活性，Ni基催化剂对乙醇水蒸气重整制氢反应普遍具有较高的活性，乙醇转化率和H2产率都比较高，反应温度较低，而且价格低廉，是良好的燃料电池用催化剂。Ni也能增加气态产物的含量，降低乙醛乙酸等产物的产量以提高其对氢气的选择性。而且，镍金属与其他贵金属相比，价格低廉，具有较量好的低温活性，在乙醇制氢有良好的活性。但是Ni会促进乙醇重整过程中CO和CO2与H2之间的甲烷化反应，降低氢气选择性；金属镍容易促进甲烷裂解从而产生积炭容易导致催化剂失活；Ni基催化剂的烧结也是需要解决的重要问题，可以通过选定合适的载体来提高镍基催化剂的还原度和炕烧结性能 Co基催化剂
Co基催化剂在乙醇脱氢断链反应中，具有良好的催化性能。近些年CuZnNi催化剂 CuO-La2O3/ZrO2/催化剂等对乙醇重整反应具有良好的活性和选择性Llorca等研究了Co担载在不同载体上的催化剂，发现了Co能促进催化剂的催化性能，Co/ZnO催化剂表现出了最好活性。近年来，Co/Al2O3，Co/Mgo ,Co/SiO2,Co/CeO2，Co/La2O3等受到广泛研究。但如何添加些助剂来改变活性组分与载体的相互作用降低其催化温度，提高其低温度下的催化活性 并提高其稳定性是今后研究的重要方向。Cu系催化剂
Cu系催化剂广泛用于甲醇催化制氢反应，在过去，Cu作为乙醇蒸汽重整制氢的催化剂也有研究，Cu能促进C---H键O----H键的断裂，而低的Cu的担载量有利于提高Cu的分散度，但Cu作催化剂易产生积炭，积炭也是由于中间产物乙烯造成的，所以如何降低中间产物的含碳量，开发抗积炭性能的Cu催化剂是今后研究的重点 贵金属催化剂
贵金属催化剂具有很高的活性和选择性，Rh Ru Pt Pd等贵金属在乙醇制氢中有广泛的应用，并被广泛研究。贵金属Rh在乙醇重整制氢过程中表现出较好的活性和选择性，随着Ru负载量的增加，催化活性能得到明显的提高。对于Ru和Rh，Al2O3，CeO2-ZrO2作为载体都能成为性能良好的乙醇重整制氢催化剂。Pt Pd Au等在乙醇重整过程中表现活性较差。而且，贵金属价格一般非常昂贵，而且贵金属催化剂的催化温度一般较高，在低温反应的燃料电池方面不太实用，所以，降低催化温度和提高金属颗粒的分散度是贵金属催化剂的重要研究方向，而且贵金属一般有较好的催化活性和选择性，但是稳定性相对较差，有待进一步研究以提高
载体
镍基催化剂可以以考虑选用不同的载体，常用的有MgO TiO2 AL2O3 La2O3 但不同载体对催化剂的催化活性催化剂的选择性有影响。杨宇[6]等对载体对镍催化剂催化乙醇重整制氢的研究表明：在650摄氏度101.3kpa下，不同载体载催化剂选择性有差异，ZnO=La2O3>CeO2>MgO>r-Al2O3>TiO2>ZrO2>硅胶>硅藻土，各载体负载催化剂主要物象包括NiO而Ni与载体的相互作用影响催化剂选择性当相互作用较弱时，催化剂选择性低，不存在NiO时，催化剂火星选择性都低，当相互作用较强，催化剂活性和选择性较高 在乙醇重整制氢方面MgO，La2o3,Al2O3,CeO2-ZrO2等用于催化剂载体 类水滑石结构的催化剂
水滑石是Mg和Al的羟基碳酸化合物，类水滑石化合物是一种层状的特殊结构的材料，这种结构有金属氢氧化物层，层间有平衡阴离子。类水滑石化合物层板上具有规整结构的金属离子，当以它为前驱体的复合氧化物在焙烧后，会有良好的分散性，和同类催化剂相比，它能使金属分布更均匀，更重要的是稳定的氧化镁构型能更好的抵抗烧结，类水滑石在作为催化剂的前驱体得到高度的重视。人们利用其他的金属离子取代水滑石层板的镁铝粒子，合成了类水滑石结构。Ni-Mg-Al三元的类水滑石结构作为催化剂的前驱体，经过焙烧后的复合氧化物催化剂，具有良好的催化性能。一般采用恒定的PH法制备类水滑石结构催化剂更有利于提高晶面生长的有序程度，适当的延长晶化时间也有利于晶粒的增加。晶化温度一般对晶体结构的完整性有所影响。原料配比的变化会影响类水滑石结构晶体结构的规整性和层间距等。
五研究目的及要解决的问题
工作重点是研究开发出高活性高稳定性高选择性的催化剂。研究丙酮，乙醇，甲醇混合制氢的最佳反应条件以及镍基催化剂的表征，通过不同的反应条件和不同催化剂的ABE重整制氢反应，来确定镍基催化剂的最佳催化条件和产物氢气在该条件下能达到的最佳产率。通过对镍基催化剂的改性，在保证氢气产率的条件下，提高镍基催化剂氢气的选择性，减小催化剂的积炭对反应活性的影响，具体研究内容主要包括以下几个方面
1乙醇的重整原理实质是C----C键断裂，并在C原子上脱氢加氧的过程，催化剂的催化温度很重要，要求催化的活性组分能在较低温度下将C—C键断裂，并能将副产物中的CH4重整成氢气，并促进水汽转换反应。
2Ni基催化剂在过去的乙醇重整制氢表现良好的催化性能，Al2O3,MgO,MgO等担载的催化剂表现出高的活性和稳定性，活性金属的分散度较大，氢气的选择性较好，这是由于载体与金属之间的相互作用造成的，但Ni基催化剂的缺点是容易产生积炭和烧结，如何降低副产物乙烯的选择性是减少积炭的关键。本课题以乙醇重整制氢为反应目标，以镍基催化剂的反应性能入手，探究随着催化剂和反应条件的变化，反应物的转化率和H2产率的变化规律，并通过XRD,TPR,XPS,等手段对对催化剂的结构进行分析，揭示反应规律的内在原因
六课题的研究思路
1利用共沉淀法制备不同载体担载，利用恒定PH法制备类水滑石结构的催化剂，Ni-Mg-Al三元的类水滑石结构作为催化剂的前驱体，结晶时间在24h，并在750摄氏度下焙烧。制备不同Ni-Mg-Al-Fe配比的镍基催化剂。
2利用催化剂评价装置对乙醇丁醇重整制氢进行反应活性评价，考察不同载体担载的Ni基催化剂的乙醇丁醇混合重整制氢的反应性能，并考察烧结和积炭情况 3通过TPR XRD等手段对催化剂的进行表征，对催化剂的结构，反应的稳定性进行探讨。
参考文献
[1] 孙欣.氢能源的发展现状及展望[J].技术与市场, 202_(04):261.[2] 郝树仁, 李言浩, 程玉春, 等.甲醇蒸汽转化制氢技术[J].精细化工, 1998(05):54-56.[3] 李秋叶, 吕功煊.光催化分解水制氢研究新进展[J].分子催化, 202_(06):590-598.[4] 庞志成, 罗震宁.碱性电解水制氢镍合金阴极材料的研究进展[J].能源技术, 202_(01):19-21.[5] 张保才.生物质乙醇水蒸气重整制氢反应的研究[D].中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）, 202_.[6] 杨宇, 吴绯, 马建新.载体对镍催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢反应性能的影响[J].催化学报, 202_(02):131-137.学号：201002020204
王欢
第五篇：计算机原理及系统结构复习题
《计算机原理及系统结构》复习题
一、选择题
1.下列数中最大的数是（A）。A．（10011001）2 B。（227）8 C。（98）16 D。（152）10 2.下列有关运算器的描述中，（C）是正确的。
A.只做算术运算，不做逻辑运算 B.只做加法
C.能暂时存放运算结果 D.既做算术运算，又做逻辑运算 3.透明性是指（A）。
A．某一事物或属性实际存在，但从某种角度来看好象不存在，或者说看不出来。B．某一事物或属性不存在，但感觉好象存在，或者说看起来存在。
C．某一事物或属性实际存在，但从任何角度来看好象不存在，或者说看不出来。D．某一事物或属性不存在，但从某种角度来看好象存在，或者说看起来存在。4.浮点数中尾数的位数主要影响（D）。A．可表示数在数轴上分布的离散程度 B．可表示数的范围和精度 C．可表示数的范围 D．可表示数的精度
5.I/O的系统结构直接影响计算机系统的性能，包括主存、CPU利用率、（D）、I/O速度和系统的兼容性等。
A．指令执行速度 B．I/O访问速度 C．系统总线 D．系统吞吐量
6.设由M1和M2构成二级存储层次，其空间关系为CPU－M1－M2，则下列关于命中率H的描述中正确的是(A)。
A．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1中访问到的概率 B．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M2中访问到的概率
C．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1或M2中访问到的最大概率 D．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1或M2中访问到的最小概率 7.设置“相关专用通路”解决通用寄存器数相关问题的代价是（D）。A．浪费人力 B．浪费财力 C．降低速度 D．增加设备 8.CPU主要包括（B）。
A.控制器 B.控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU和主存 9.设变址寄存器为X，形式地址为D，（X）表示寄存器X的内容，这种寻址方式的有效地址为（A）。
A.EA=(X)+D B.EA=(X)+(D)C.EA=((X)+D)D.EA=((X)+(D))10.定点16位字长的字，采用2的补码形式表示时，一个字所能表示的整数范围是（A）。15 15 15 A-2~ +（2-1）B-（2–1）~ +（2–1）15 15 15 15C-（2+1）~ +2D-2 ~ +2 11.交叉存贮器实质上是一种（A）。A 模块式存贮器，它能并行执行多个独立的读写操作 B 模块式存贮器, 它能串行执行多个独立的读写操作
C 整体式存贮器，它能并行执行一个独立的读写操作 D 整体式存贮器，它能串行执行多个独立的读写操作
12.流水CPU 是由一系列叫做“段”的处理线路所组成，和具有m个并行部件的CPU相比，一个 m段流水CPU（A）。
A 具备同等水平的吞吐能力 B不具备同等水平的吞吐能力 C 吞吐能力大于前者的吞吐能力 D吞吐能力小于前者的吞吐能力 13.CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为（B）。A 512KB B 1MB C 256KB D 2MB 14.为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的办法是采用（B）。A 通用寄存器 B 堆栈 C 存储器 D 外存 15.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（B）。A.每一条机器指令由一条微指令来执行
B.每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来解释执行 C.每一条机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 D.一条微指令由若干条机器指令组成
16.目前我们所说的个人台式商用机属于（D）。
A.巨型机 B.中型机 C.小型机 D.微型机 17.EPROM是指（D）。
A.读写存储器 B.只读存储器
C.可编程的只读存储器 D.光擦除可编程的只读存储器 18.设［X］补=1.x1x2x3x4，当满足（A）时，X >-1/2成立。
Ａ．x1必须为1，x2x3x4至少有一个为1 Ｂ．x1必须为1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必须为0，x2x3x4至少有一个为1 Ｄ．x1必须为0，x2x3x4任意 19.在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是（C）。A.增加内存容量 B.提高内存可靠性
C.解决CPU和主存之间的速度匹配问题 D.增加内存容量，同时加快存取速度 20.系统总线中地址线的功能是（D）。
A.用于选择主存单元地址 B.用于选择进行信息传输的设备
C.用于选择外存地址 D.用于指定主存和I/O设备接口电路的地址 21.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用（D）的时间。
A.一个指令周期 B.一个机器周期 C.一个时钟周期 D.一个存储周期 22.若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是（C）。A 阶符与数符相同为规格化数 B 阶符与数符相异为规格化数
C 数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数 D数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数
23.用某个寄存器中操作数的寻址方式称为（C）寻址。A 直接 B 间接 C 寄存器直接 D 寄存器间接 24.同步控制是（C）。A 只适用于CPU控制的方式 B 只适用于外围设备控制的方式 C 由统一时序信号控制的方式 D 所有指令执行时间都相同的方式
25.汇编语言程序经（）的（）转换成机器语言程序。A A．汇编程序，翻译 B．编译程序，解释 C．微指令程序，解释 D．应用程序包，翻译
26.透明性是指客观存在的事物或属性（D）看不到。A．从软件角度 B．从硬件角度 C．从任何角度 D．从某种角度 27.（B）是计算机实现研究的内容。A．寄存器组织 B．器件技术
C．I/O结构 D．专用部件的设置
28.数据表示指的是能由（A）直接识别和引用的数据类型。A．硬件 B．软件 C．机器语言 D．数据结构
29.为避免浮点数运算中因对阶造成的精度和有效值的过多损失，在机器中阶码一般采用（D）进制。
A．十六进制 B．十进制 C．八进制 D．二进制
30.低性能单用户计算机I/O系统的设计主要考虑解决好（A）在速度上的巨大差距。A．CPU、主存、I/O设备
B．CPU、I/O设备、磁盘控制器
C．磁盘控制器、设备控制器、总线控制器 D．硬盘、软盘、光盘
二、填空题
1．总线按用途分为 和 两类。专用，非专用
2．段页式存储管理是把 机械等分成固定大小的页，按模块分成段，每个段又分成与主存页面大小相同的页。主存，程序 3．在流水线相关处理中，采用异步流动会产生 和。“写-写相关” “先读后写相关”
4．主存储器的性能指标主要是__________、__________、存储周期和存储器带宽。
存储容量 存取时间
5．运算器的两个主要功能是：__________，__________。算术运算 逻辑运算
6．存储器和CPU连接时，要完成__________的连接；__________的连接和__________的连接，方能正常工作。地址线 数据线 控制线
7．虚拟存储器指的是__________层次，它给用户提供了一个比实际__________空间大得多的__________空间.主存— 外存 主存 虚拟地址
8.计算机硬件由___ ____、__ _____、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。运算器，控制器
9.八进制数37.4Q转换成二进制数为__________。11111.1B 10.在浮点加减法运算过程中，在需要_________或__________时，尾数向右移位。
对阶，向右规格化
11.指令通常由_________和__________两部分组成。操作码，地址码 12.要组成容量为4K*8位的存储器，需要_____片4K*1位的静态RAM芯片并联，或者需要__ _片1K*8位的静态RAM芯片串联。8，4 13.根据目前常用的存储介质可以把存储器分为___________、_________和光存储器三种。磁表面存储器，半导体存储器
14.主机CPU和IOP之间的通信，原则上是通过共享_________来实现的。主存储器 15．DMA数据传送过程可以分为________、数据块传送和__________三个阶段。传送前预处理，传送后处理
16.汉字在计算机内部存储、传输和检索的代码称为汉字______，汉字输入码到该代码的变换由______来完成。内码，代码转换程序
17.显示器的刷新存储器（或称显示缓冲器）的容量是由_________和_________决定的。图象分辨率，灰度级
18.80386支撑的两种操作方式是_______和________。实方式，保护方式 19．磁表面存储器主要技术指标有______、______、______、数据传输率。存储密度、存储容量、平均存取时间
20.主机CPU和IOP之间的通信，原则上是通过共享_________来实现的。主存储器
三、问答题
1． 软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？ 答：（1）等效性：软件和硬件在逻辑功能上是等效的。
（2）软件的功能可用硬件或固件完成。（3）硬件的功能也可用软件模拟完成。
（4）不等效性：软件和硬件实现的性能价格比不同，实现的难易程度不同。
2． Huffman压缩概念的基本思想是什么？
答：Huffman压缩概念的基本思想是：当各种事件发生概率不均等时，采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数来表示，而对发生概率较低的事件，允许用较长的位数来表示。
3． 什么是中断源？简要说明中断分类的目的。答：（1）中断源：引起中断的来源。
（2）中断分类目的：中断源很多，若都形成单独程序入口，则硬件复杂，代价大，故进行分类。
（3）中断分类方法：把性质相近的中断源归为一类。
4． 说明在页式虚拟存储器管理中，为什么要使用快表（TLB表），它与保存在内存中的页表是什么关系？
答：（1）程序具有局部性，对页表内各行的使用不是随机的，而是簇聚在一起的，即在一段时间内只使用到表中很少的几行。
（2）所以，可以使用一个比全部的页表的内容少很多的目录表（即快表）来提高查找的时间。快表又称TLB，它是页表的一小部分。
（3）快表用相联存储器实现。
（4）快表由成对的虚页号和实页号组成。
5． 试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式
答：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找到时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。假设磁盘以每秒r的转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒
6． 举例说明什么是部件级流水、处理机级流水和系统级流水
答：（1）部件级流水是指构成处理机部件内各子部件之间的流水，如运算器内浮点加运算的流水
（2）处理机级流水是指构成处理机各个部件之间的流水，如取指、分析和执行操作的流水
（3）系统级流水是指系统的多个处理机之间的流水，如宏流水
7． 说明程序查询方式与中断方式各自的特点。
答：程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备输入输出的一种方法，它节省了CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。
8． 在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？
答：寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。
9． 试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。
答：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找到时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。假设磁盘以每秒r的转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒
10． 试述由中间开始的设计思路及其优点。答：
“由中间开始”设计思路：先定义软、硬件交界面，然后由这个中间点分别往上、往下进行软件和硬件设计。
优点：
（1）既考虑到现有的硬器件，又考虑到可能的应用所需的算法和数据结构。（2）软件和硬件并行设计。（3）缩短系统设计周期。（4）设计过程中可交流协调。
（5）是一种交互式的、较好的设计方法。
11． 简述几种耦合度的特征。答：
（1）耦合度反映多机系统中各机间物理连接的紧密度和交叉作用能力的强弱。（2）耦合度有三种：最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
（3）最低耦合系统的特点：各计算机之间除通过某种存储介质外无物理连接，也无共享的联机硬件资源。（4）松散耦合系统的特点：多台计算机通过通道或通信线路实现互连，共享某些如磁盘、磁带等外围设备。
（5）紧密耦合系统的特点：多台计算机经总线或高速开关互连，共享主存，有较高的信息传输速率，可实现数据集一级、任务级、作业级并行。
12.简述页式存储管理的地址变换过程，并画图示意。
答：
（1）页式存贮管理方式将主存空间和程序空间都机械等分成大小相同的页面，程序的起点必须处在主存中某一个页面位置的起点。
（2）页式存储管理的多用户虚地址表示为：用户标志＋用户虚页号＋页内位移。（3）地址变换过程：
① 由用户标志找到相应的页表基址寄存器，找出该程序的页表基址。② 由页表基址和用户虚页号找到页表中相应表项。③ 若装入位＝“1”，表明该页已装入主存，否则产生缺页中断，从辅存中调页到主存。④ 形成主存地址：实页号＋页内位移。（4）示意图：参考教材第92页图4.13。
13.简述段式存储管理的地址变换过程，并画图示意。
答：
（1）段式存贮管理将程序按逻辑意义分段，用段表中每一行的装入位来记录程序中每个段是否已装入了主存。
（2）段式存储管理的多用户虚地址表示为：程序号＋段号＋段内位移。（3）地址变换过程：
① 由程序号找到相应的段表基址寄存器，找出该程序的段表基地址和段表长度。② 若段表长度>段号，则越界，否则正常。③ 按段表基址和段号找到段表中相应的一行。④ 若装入位＝“1”，表明该段已装入主存，否则产生缺段中断，从辅存中调段到主存。⑤ 形成主存地址：段表中相应行的段在主存的起始地址+段内位移。（4）示意图：参考教材第90页图4.11。
14.集中式仲裁有几种方式？画出独立请求方式的逻辑图，说明其工作原理。答：有三种方式：链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式。独立请求方式结构图如图：
15.CPU结构如图所示，其中有一个累加寄存器AC，一个状态条件寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。（1）标明图中四个寄存器的名称。
（2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。
（3）简述数据在运算器和主存之间进行存 / 取访问的数据通路。
答：
（1）a为数据缓冲寄存器 DR，b为指令寄存器 IR，c为主存地址寄存器，d为程序计数器PC。
（2）主存 M →缓冲寄存器 DR →指令寄存器 IR →操作控制器。(3)存贮器读 ：M →DR →ALU →AC 存贮器写 ：AC →DR →M
