分析制氢装置扩能改造路线

杨国俊

中石化股份天津分公司炼油部联合九车间 天津 300270

摘 要：最近的几年中工业的发展十分迅速，环境保护问题被人们重点的关注，氢能的需求量逐渐的增加，制氢装置也逐渐的出现在生产车间之中，但是制氢装置在生产氢气的过程中存在一定的问题，影响预加氢反应器，造成生产安全的危害和氢气产量的下降，文本主要阐述了制氢装置的作用和重要性，促进我国制氢装置的可持续发展。
　　关键词：制氢装置;重整加氢;影响及优化
　　目前环境保护是全世界重点关注的问题，随着原油性质的逐渐重质化、劣质化，氢气在炼油企业中需求量逐年的增加，制氢技术得到了迅速的发展。现阶段炼油企业中经常使用的是烃类蒸汽转化制氢法，该制氢技术有着工艺简单、技术成熟、产氢量大的特点，已经成为炼油企业中降本增效制氢的主要手段。

1 重整加氢的作用和原理
　　1.1 目的
　　预先加氢主要是将原料中的杂质进行去除，起到对重整催化剂的保护作用。
　　1.2 主要化学反应
　　制氢装置在产生氢气之后，氢气在通过预加氢，原料油中的硫、含氮、含氧化合物在催化剂和氢压的条件下进行分解，分离其中的H2S、NH3，包和烃由原料中的烯烃分解而来。在经过加氢后原料中的砷、铅、铜等金属化合物分解成金属，在加氢催化剂上形成吸附，从而将金属从油品中取出，达到净化的效果。重整加氢车间具体的各类反应原理有以下几种：①在催化剂、氢压、温度三者同时具备的条件下，油原料中的含硫化合物在加氢以脱硫反应下形成过氢解反应，转变为硫化氢和烃类，将原油中的硫去除;②氮化物和氢在加氢脱氮反应过程中生成烃和NH3，将原料中的氮化物去除。其中化学反应的公式为：R-NH2+H2→R-H+NH3;③油原料馏分中的环烷烃主要通过加氢脱氧反应去除，其中含氧化合物在加氢时因为含量较少，转化为烃类和水，去除其中的氧。化学公式为：2RCOOH+H2→2RCH3+2H2O4;④油原料经过烯烃加氢饱和反应后，会存在少量的不饱和烯烃，二次加工的油品馏分中的不饱和烯烃含量却比较多，造成不饱和烯烃很容易出现加氢饱和现象。在高温的影响下，烯烃容易产生缩合聚合反应，反应中伴随着大量的热量生成，热量造成催化剂的活性降低。烯烃加氢饱和反应属于放热的过程，也会伴随着大量的热量生成，因此温度的有效控制是对油品中含有较高的不饱和烃类加氢时的重点关注对。

2影响制氢装置产氢量的瓶颈分析
　　2.1制氢装置
　　在与实际情况进行结合分析的时候，发现某炼油厂在日常运作和发展过程中，其在对制氢装置进行选择和利用时，将加氢裂化装置的配套装置作为主要的装置。在对该装置的实际应用情况进行结合分析的时候，发现该装置在实际应用过程中，其自身的设计能力可以达到产氢4000m3/h，每一年的开工时间是在8000h。与此同时，该装置在实际应用过程中，其主要是将加氢裂化干气、油田气等这些作为其中的主要原料。在这种背景下，在对其进行具体操作时，利用烃类水蒸气转化的方式，或这是利用PSA变压吸附氢提纯的方式，实现对工业氢气的有效提纯处理。在整个处理过程中，发现提纯之后的氢气在经过检测时，发现其自身的纯度达到了99.9%。
　　该装置在实际应用过程中，需要注意的一点就是要对制氢装置开炼的流程进行确定，保证所有环节的操作都要严格按照装置当中的内容进行具体落实和操作。在与实际情况进行结合分析时，发现在实践中装置的流程是经解吸气压缩机升压处理之后，对PSA进行重整，在这一基础上，要将其进行提纯处理，同时还要与加氢裂化干气进行混合之后。在完成上述这些流程之后，要经过冷却分液处理，同时还要与硫磺的贫液逆流之间建立良好的接触关系。在这种背景下，要结合实际情况，脱除气体当中存在的硫化氢，在与脱硫的气体进行结合分析时，发现这种类型的气体会直接与自装置外来的油田气之间实现有效结合。在这种背景下，在与实际情况进行结合分析之后，可以在实践中积极采取有针对性的措施，经过原料的处理之后，可以直接实现升压操作，将其输送到原料精致系统当中，促使原料当中的硫、氯等全部都实现有效的脱除处理[1]。在脱除之后，可以与装置自产的3.5MPa的过热水蒸汽进行有效混合处理，从而进入到转化炉之当中。在转化炉当中，要与实际情况进行结合分析，发现在转化炉管内的时候，会出现烃类的水蒸气转化反应。在经过该反应之后，会产生出转化气，其在降温处理之后，会直接进入到中温变换反应器当中。在这种背景下，其在实践中会直接与实际情况进行结合，转化气当中的CO会直接与水蒸气之间生成相对应的反应。自中温变换反应器当中出来的中变气，经过冷却分液，温度会直接降低到40℃的时候，在此时进入中变气的PSA就可以被看作是提纯单元，从中产出99.9%的氢气。
　2.2制氢装置的标定情况
　　在与实际情况进行结合分析的时候，发现该装置在实际应用过程中，其主要是从2014年开工，截止到今日，总共进行了5次标定。在与实际情况进行结合分析的时候，发现在实践中原料气压缩机排气量会出现严重的不足，在这种背景下，要结合实际情况，无法满足装置在实际应用过程中，对高负荷生产的基本要求。与此同时，在具体操作过程中，还要结合实际情况，由于中变PSA的能力不足，所以要积极采取有针对性的措施，促使其在实践中可以得到有效的完善和优化。

　　3制氢装置扩能改造路线
　3.1原料气压缩机改造
　　在与制氢装置扩能改造之后的原料进行结合分析的时候，发现在实践中要结合实际情况，积极采取有针对性的措施，促使油田气等各种不同类型的原料在经过PSA提纯之后，剩余的尾气或者是其他原料，无法满足油田气在其中的补充影响。在这种背景下，要结合实际情况，采取有针对性的措施，实现对原料缩机的有效改造和升级，在其中不足的环节要对油田气进行科学合理的利用，这样才能够实现良好的补充。由于在实践中，受到压缩机厂房以及基础不能动等各种不同类型的要求和标准影响，对原料气压缩机的规格产生了一定的限制影响[2]。在具体操作过程中，要将其限制在2D5O的范围之内，所以在这种背景下，要结合实际情况，对各种不同类型的原料进行有针对性的组成计算和筛选分析。这样不仅可以实现更好的改造，而且还可以为后期使用效果提供有效保障。
　　3.2空气预热器的改造
　　制氢设备在进行扩能和改造设计之后，内部的空气预热器当中的空气含量以及吸入的烟气量，相比于基础的设计数据上涨了25%，因此必須要针对空气预热器实施有效更换，将空气预热器通过立式安装的方式来进行设置，保证制氢设备在工作过程当中，传热元件的正常稳定工作，内部所存在的热流体会在相应的工作环境下，自右向左来进行流动。传热工作元件在实际工作过程中，通过间隔板对内部空间进行合理的划分，同时在连接法兰区域范围内进行有效的密封处理，如果在实际的工作过程当中，系统内部的传热工作元件出现失效问题，或者是主系统出现故障问题，可以之间对故障问题元件来进行更换，以此可以有效保证整个设备的安全稳定工作，传热元件的烟气温度需要通过低方向朝着分段方向上来进行控制，防止出现管壁温度过高等不良问题，充分防止超低温条件下产生漏点腐蚀。
　4结束语
　　制氢装置在实际应用过程中，要想保证该装置在实际应用过程中的效率和质量可以得到有效提升，在实际生产中需结合实际情况对原料气压缩机进行改造和升级，同时还要视实际情况对PSA吸附剂进行合理的更换处理，这样做的根本目的是为的促使转化炉的热效率可以得到有效提升，从而实现对能耗的有效控制。在生产过程中，还要对各个不同环节的设备进行更换处理，这样才能够保证可以满足高负荷生产背景下的个性化需求。
　　参考文献：
　　[1]张新国，耿书林，赵彦良，杨亭.4×10～4 Nm～3/h制氢装置扩能改造的可行性分析[J].辽宁化工，2019，48（03）：230-232.
　　[2]王帅.保障制氢装置生产施工同时进行的安全措施[J].化工管理，2018（12）：119.