提高制氫機組氫氣純度的措施

亓增艷，張永剛，張 麗，侯元新，盧玉琪

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前言

山東泰山軋鋼有限公司現有950退火機組、1 700退火機組兩條生產線。950機組罩式退火爐使用氮氫混合保護氣，1 700機組罩式退火爐采用全氫保護氣，氫氣的純度直接關系鋼卷表面的光亮度。為解決氫氣純度波動大的問題，通過降低產氫量，確保純度滿足產品質量要求，但產氫量降低不能滿足后續48臺氮氫退火爐和38臺全氫退火爐的產能要求；因此，必須找到影響氫氣純度波動的主要原因，進一步提升企業的經濟效益。

2 制氫工藝流程及現狀統計

泰鋼制氫裝置工藝由壓縮工序（100#）、預處理工序（200#）、變壓吸附工序（300#）和氫氣精制工序（400#）組成，見圖1。焦爐煤氣經過原料氣緩沖罐后，進入煤氣壓縮機進行一級冷卻和一級壓縮后進入200#預處理系統除焦油、奈、硫化氫、氨及重烴類組分，再自預處理塔頂部排出回壓縮機二級入口。加壓后的煤氣進入下一工序——變壓吸附氫提純。提純后的氫氣經過脫氧塔脫氧后進入等壓再生干燥系統干燥，干燥后經PV401穩壓后送入球罐。

圖1 制氫工藝流程

氫氣純度標準及現狀分析。氫氣的純度統計見表1。

表1 氫氣純度現狀分析統計

實施前，氫氣純度波動較明顯，特別是兩退火機組用氫量較高的情況，波動尤為突出。

3 影響氫氣純度波動因素分析

根據現場純度異常波動情況，對比分析出以下影響因素：

（1）通過查看流量趨勢圖中PV302的開度發現，同樣在38%情況下，A、C、D、E塔運行正常。當B塔工作吸附時，氫氣純度波動明顯?，F場操作過程中將開度調整至30%左右，純度波動較小，但是B塔流量出現驟降現象。通過這一現象發現，B塔吸附劑存在半失效狀態，吸附效果差。

（2）通過查看300#壓力趨勢圖，5個吸附塔的均壓線并不在同一直線上，出現明顯的上下浮動現象。

（3）通過查看吸附塔的沖洗壓力，發現A、C吸附塔沖洗后的壓力在25～30 kPa，其余吸附塔都小于20 kPa。沖洗壓力越低，吸附劑再生效果越好，氫氣純度越高。當吸附塔再生時沖洗壓力高于20 kPa，導致吸附劑沖洗再生效果差，直接影響氫氣純度。

（4）通過對均壓曲線和沖洗壓力的分析，發現A、C塔部分程控閥301A、303A、305C、301C、304C因關不嚴串氣，存在內漏現象，導致吸附壓力高，均壓線波動大。

4 改進措施

4.1 調整B塔吸附時間

B塔吸附劑處于半失效狀態，而吸附劑性能的好壞直接影響氫氣的純度和氫氣回收率指標、裝置連續長期穩定運行以及裝置的使用壽命。在無法立即更換吸附劑的情況下，根據變壓吸附原理，通過調整B塔吸附時間，確保其持續運行。在保持T31、T32、T34時間不變情況下，將B塔T33沖洗時間由90 s調整為80 s，縮短每次的吸附工作時間，確保氫氣純度。經實際運行檢測，純度波動有所改善。

4.2 更換內漏的程控閥

程控閥是變壓吸附裝置的重要的運轉設備，PSA裝置故障的95%都發生在閥門及其控制系統。通過更換新閥，各吸附塔吸附壓力逐漸趨于穩定，吸附塔入口壓力控制在1.6～1.65 MPa。

4.3 提高制氫工序吸附塔的吸附壓力

吸附壓力的高低直接影響氫氣純度和氫氣產量。吸附壓力越高氫氣純度越高，氫氣產量越高。針對這個問題，通過提高制氫工序的吸附壓力，將制氫工序控制吸附壓力的PV302調節閥設定值，由1.55 MPa調整為1.65 MPa；制氫工序入口的壓力調節閥PV301的設定值由1.56 MPa調整為1.66 MPa。

4.3 降低制氫工序焦爐煤氣的溫度

焦爐煤氣經過煤氣壓縮機三級壓縮后，溫度達到130℃以上，經過三級冷卻器冷卻后進制氫工序的焦爐煤氣溫度≥55℃，針對這種現象，通過使用兩臺防爆軸流風機進行強制降溫，使焦爐煤氣溫度降低到≤45℃，從而提高了吸附劑的吸附容量。

5 結語

為確保氫氣純度符合工藝要求，在不影響產氫量的情況下，通過采取調整變壓吸附時間、更換程控閥解決內漏等措施，保證了流量趨勢及壓力曲線的穩定，解決了制氫系統運行過程中存在的問題，為后續光亮退火提供了良好的保障，提高了冷軋鋼帶的板面光潔度。