制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的操作優(yōu)化

安興旺 鄒志恒

摘要：近年來(lái)，科技進(jìn)步和時(shí)代發(fā)展，為我國(guó)煉油領(lǐng)域創(chuàng)新改革帶來(lái)重大機(jī)遇，為了更好降低柴油比，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，則需要從裝置狀態(tài)運(yùn)行方面入手，注重設(shè)備的優(yōu)化和完善，降低制氫裝置負(fù)荷的同時(shí)，不斷提升氫氣的回收和利用率。鑒于此， 本文將注重分析制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)操作方式方法，并進(jìn)行質(zhì)量控制，旨在促進(jìn)制氫裝置低負(fù)荷優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：制氫裝置;低負(fù)荷;操作優(yōu)化

前言：制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中需要嚴(yán)格控制其水碳比例，盡量降低轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度，還要注重控制轉(zhuǎn)化爐爐膛的橫面溫度控制在30攝氏度，確保爐膛溫度適宜，并且合理利用變化的余熱避免出現(xiàn)設(shè)備溫度過(guò)高。否則，當(dāng)制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行，其操作方式和設(shè)計(jì)指標(biāo)存在的差異較大時(shí)，往往會(huì)造成轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的物料出現(xiàn)偏離的情況，嚴(yán)重影響爐管以及轉(zhuǎn)化催化劑的使用年限[1]。

一、制氫裝置工藝流程介紹

某煉化企業(yè)內(nèi)部制氫裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)的純度需要控制在99.9%以上的氫氣，而且所生產(chǎn)出的產(chǎn)品需要供煉油廠2.0MPa的氫氣管網(wǎng)，用于柴油加氫、加氫裂化、渣油加氫裝置的補(bǔ)充氫氣存在。造氣單元催化劑采用的是某發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的一種全系列的催化劑。工藝流程如圖1所示：

氫氣裝置的設(shè)計(jì)以天然氣加煉廠氣作為原材料，實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中若是僅采用含硫量較低的天然氣作為制氫原料，其中甲烷、氮?dú)饽柗謹(jǐn)?shù)分別為95.53%、0.47%。

二、制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行操作優(yōu)化

首先是調(diào)整轉(zhuǎn)化反應(yīng)的水碳比。由于水碳比作為轉(zhuǎn)化爐內(nèi)催化劑中十分敏感的工藝參數(shù)之一，已符合工藝控制指標(biāo)要求為前提裝置，在正常生產(chǎn)復(fù)雜的過(guò)程中降低轉(zhuǎn)化反應(yīng)的水碳比往往會(huì)對(duì)整體的節(jié)能降耗有著十分理想的效果。而在低負(fù)載生產(chǎn)的情況下，當(dāng)原料氣的量相對(duì)較低時(shí)，會(huì)造成原料氣在每根轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)分布不夠均勻出現(xiàn)偏流等情況，再加上原料主要是因?yàn)榭账傩×魉俚退斐傻?，無(wú)法處于平穩(wěn)的狀態(tài)，特別是在嚴(yán)重的情況下往往會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化爐內(nèi)催化劑的表面積碳，從而導(dǎo)致催化劑出現(xiàn)活性。而轉(zhuǎn)化爐爐管的外壁局部溫度過(guò)高時(shí)，也會(huì)造成轉(zhuǎn)換管上出現(xiàn)斑點(diǎn)影響催化器使用壽命，因此在低負(fù)載的生產(chǎn)條件下，可以不斷的提高其水碳比來(lái)增加原料的總體流量，特別是在低負(fù)載狀態(tài)下使用更大的水碳比轉(zhuǎn)化率往往也需要較大的蒸汽量。而通過(guò)提高自產(chǎn)3.5mpa中壓過(guò)熱蒸汽來(lái)增加蒸汽用量是雖然往往會(huì)造成能源消耗的增加，但是卻可以有效提高其轉(zhuǎn)化率，從而使水碳比不匹配以及轉(zhuǎn)化爐原料氣不均勻，這些情況得到有效的緩解。

其次是調(diào)整火嘴。在處于低負(fù)荷的狀態(tài)下，由于原料氣流速相對(duì)較低，因此無(wú)需轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度過(guò)高，但是僅通過(guò)點(diǎn)燃轉(zhuǎn)化爐的一部分火嘴來(lái)保持低溫時(shí)，往往會(huì)造成爐管局部過(guò)熱或是偏燒的狀態(tài)，甚至?xí)斐晒苈芳铀偃渥円约皬?qiáng)度的明顯降低，甚至?xí)霈F(xiàn)紅管彎曲等現(xiàn)象。因此，為了更好地滿足轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需要的溫度，可以將轉(zhuǎn)化爐中所有的火嘴點(diǎn)燃，減少進(jìn)入火嘴的燃?xì)饬?，適當(dāng)?shù)恼{(diào)低每個(gè)火嘴的火焰。這過(guò)程中要嚴(yán)格監(jiān)控轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度，并且及時(shí)控制爐內(nèi)出口以及管壁之間的溫度差。在正常生產(chǎn)操作的過(guò)程中也需要定期對(duì)于爐管加以測(cè)試確保每個(gè)爐管壁的溫度差小于三十?dāng)z氏度。一旦溫差過(guò)大時(shí)要及時(shí)調(diào)整溫度。確保爐內(nèi)溫度分布更加均勻。

再次是配氫量的優(yōu)化操作。為促使原料能夠有效的脫硫作物必要維持恰當(dāng)?shù)那榫w對(duì)于原料的比例。確保以更加適當(dāng)?shù)牧魉賹錃庾⑷氲皆瞎芫€中，維持理想的氫氣與原料的比率，將原壓機(jī)入口配清亮，以實(shí)際的原料天然氣量為依據(jù)。特別是在低負(fù)載生產(chǎn)情況下，若是想進(jìn)一步增加前期含量，也可以在某種程度上避免原料氣再轉(zhuǎn)化爐內(nèi)分布不均勻所造成的偏流，因此可以及時(shí)吸收轉(zhuǎn)化爐管中存在的熱量，避免出現(xiàn)偏流的情況。

最后是操作優(yōu)化措施清晰，裝置中PSA所產(chǎn)生的解吸氣體在進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，能夠?yàn)檗D(zhuǎn)化爐提供更加豐富的燃料，而解吸的氣體中往往包括更加高濃度的氫氣，若是使用大量氫氣作為燃料時(shí)，產(chǎn)品中的氫氣回收率較明顯較低。再加上含量高的燃料氣體，在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)燃燒時(shí)，一旦火焰溫度超過(guò)3000攝氏度時(shí)，火嘴調(diào)整不夠理想時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)紅管。催化劑積碳就是長(zhǎng)時(shí)間高溫火焰接觸爐管，甚至可能導(dǎo)致?tīng)t管溫度過(guò)高而造成破壞，因此在不同的生產(chǎn)負(fù)載條件下，保證產(chǎn)品的清純度至關(guān)重要，并且還要確定其在合理的控制范圍內(nèi)，并在這一過(guò)程中盡可能的提高操作參數(shù)，延長(zhǎng)吸附的時(shí)間。

三、制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行質(zhì)量控制

對(duì)于氫氣裝置而言，氫氣的質(zhì)量會(huì)直接影響甚至決定裝置的整體使用壽命和運(yùn)行周期，因此，高質(zhì)量的氫氣來(lái)源于制氫裝置或氫平衡提純單元，如何在更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，提高氫氣的回收效率，需要從以下幾方面入手，首先要結(jié)合化驗(yàn)分析成績(jī)，遵循因地制宜的原則，結(jié)合客觀情況，及時(shí)對(duì)吸附的時(shí)間加以調(diào)整和優(yōu)化，確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)減少解吸氣中氫氣的含量，并提升氫氣的整體回收效率。其次，在檢修期間，需要適當(dāng)?shù)膶?duì)于程控閥進(jìn)行返場(chǎng)和維修，及時(shí)更換密封面中可能出現(xiàn)老化的零部件，減少不必要的故障和內(nèi)漏情況出現(xiàn)，最后當(dāng)吸附塔程控閥內(nèi)出現(xiàn)泄漏，使需要及時(shí)切除該塔，減少因程控閥內(nèi)漏而造成的其他吸附塔中的吸附劑出現(xiàn)污染。

結(jié)論：總而言之，制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行的過(guò)程中，很容易造成轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)部的物料偏流，從而影響整體爐管和轉(zhuǎn)化劑的使用壽命，因此通過(guò)合理控制其水碳比，能夠保證內(nèi)部的每根爐管介質(zhì)分布均勻，在更好地滿足轉(zhuǎn)化率的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制其出口溫度的分布，并逐步降低反應(yīng)的苛刻度，能夠有效延長(zhǎng)催化劑以及爐管的整體使用壽命。在今后施工和生產(chǎn)過(guò)程中，要適當(dāng)?shù)奶岣咿D(zhuǎn)化的水碳比，并及時(shí)調(diào)節(jié)其反映的溫度，適當(dāng)?shù)募哟笈錃淞康榷喾N措施，或是調(diào)整操作的系數(shù)，控制PSA解吸氣中的含氫氣含量，才能夠不斷提高產(chǎn)品氫氣的回收率促使轉(zhuǎn)化爐管或催化劑長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王輝， 常永勝. 干氣制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的操作優(yōu)化. 中國(guó)化工學(xué)會(huì)， 2013（06）：187+191.

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