煉廠制氫裝置系統優化研究

葛偉，李鑫，辛欣

（玉門油田煉油化工總廠，甘肅 玉門 735200）

煉廠制氫裝置系統優化研究

葛偉，李鑫，辛欣

（玉門油田煉油化工總廠，甘肅 玉門 735200）

在實際生產中，煉廠制氫裝置的冷凝系統和轉化系統會出現問題，本文從煉廠制氫裝置的結構特點入手分析，進行了生產上的優化。

制氫裝置；生產優化；冷凝系統

氫氣是發展前景非常廣闊的一種新能源。目前，工業上用氫氣主要包括兩種，分別為合成氨用氫和煉油用氫。根據統計，我國每年工業用氫的總量己經達到1 000萬t，其中合成氨用氫量雖然高于煉油用氫量，但后者的增長速度己經超過前者。

為了進一步增強企業競爭力，某煉廠引進制氫裝置，然而實際中，最優的生產操作條件與理想最優生產操作條件發生了偏離，使得生產波動，同時能耗增加，產品質量也出現波動，而且當繼續增大生產負荷時，產品的質量出現了下降，盡管廠家對操作條件進行了摸索，并進行了調整，但還依賴技術人員以及操作人員的經驗進行，所以整套生產裝置的操作工況極有可能沒有達到最優，進而出現了一系列問題，比如物耗高、生產波動、產品質量不夠穩定等。所以，目前操作條件無法支持再繼續增加負荷運行。

1 裝置的結構特點

主要的工藝設備結構：

（1）反應器采用熱壁的結構。

（2）轉化氣蒸汽發生器采用臥式煙道式的結構，可以使設備造價降低，使得安裝及檢修更加方便。將調節機構設置在管程中心管的出口處，使得轉化氣的出口的溫度可以得到調節，冷壁結構被用于管程入口處，內襯使用的襯里是耐高溫的。

（3）使用了高效離心分水器，使得分水效率得以提高，設備投資得以降低。

（4）U 型管雙殼程換熱器被用于熱回收部分，使得氣體換熱終溫降低和熱利用率得以提高。

本文所涉及的制氫裝備，由于使用時間較短，操作人員缺乏經驗，所以能耗以及物耗都比較高，主要表現為：

（1）冷凝系統。裝置系統節能方面的相關設計還有待改進，因為增加進料量后，反應熱不能得到完全回收、利用，說明冷凝器數量不足以達到要求。

（2）酸性水汽提塔。設計時，塔本身有10塊塔板，因酸性水的溫度較高，當產量得到增加時，使得塔頂的酸濃度偏高。當前條件下，通過采取措施來使得酸性水汽提塔的性能得以提高，比如使進塔的氣體量減少，使塔頂溫度降低等。

本文采用系統工程的方法，分析和優化了現有的制氫裝置，對目標裝置進行瓶頸分析，提出改進與優化的方案。

2 改造方案

2.1 冷凝系統的改造方案

原有的設計裝置配有3個中變氣冷凝器，一旦進料量增大，冷凝能力會出現不足的現象。現在原有設計的基礎上增加1個冷凝器，不僅換熱能力增大了，而且反應熱回收率也提升了。此外，針對蒸汽進一步又增加了氣液分離技術，將酸性水汽 提塔的酸濃度降低，使得脫水負荷得以減輕。所以，3級冷凝改為4級冷凝，而且將負荷和溫度進行調整，這樣可以提高反應熱回收率，建議增加第四冷凝器。

2.2 酸性水回收系統改造方案

最大限度使得烴類混合物得到冷凝是回收系統主要的作用，物流是烴類液體，主要來自于分水罐的罐底出口。因此建議再增加一個分水罐。原有設計裝置用三個冷凝器，改變后為四冷凝器，這不僅使得氣液分離的級數得以增加，而且使得酸性水汽提塔降低了酸濃度，也使得脫水負荷變輕。

2.3 中變反應器的降溫方案

反應溫度降到 335 ℃時，消耗將大大減少。降低溫度，增大催化劑濃度，從而使得反應深度得以保證。

3 優化前后對比分析

模擬計算后得出，各個水冷器、反應器等的物流溫度、壓力等參數基本沒變。因物系不變，故熱力學的計算模型也不變，用模型（校正后）來模擬系統，得出所有的約束條件都能滿足。根據初始分配，低壓分液罐流量和滿足要求，優化后得到的模擬結果也合理。 優化后，可以得出塔底和頂存在較大的溫差，熱負荷（酸性水）的分布也發生了變化，由于增加了分水罐和冷凝器，從而使得酸性水汽提塔改變了分離效果。

4 結語

通過對煉廠制氫裝置結構特點的分析，從制氫裝置的冷凝系統、轉化系統等實際生產中的問題進行了生產優化，并運用軟件進行了分析對比，達到了預期效果。鑒于本人理論水平的不足和實驗的條件限制，希望本文能為后續研究者能夠提供些許幫助。

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Research on refi nery hydrogen unit system optimization

TE624

1009-797X （2015） 20-0128-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.039

葛偉（1992-），男，助理工程師，大學本科，研究方向為煉廠干氣制氫工藝的研究。

2015-09-07