氫氣資源優(yōu)化利用王星棋;張棟棟【摘要】通過對洛陽石化氫資源利用現(xiàn)狀及氫氣產(chǎn)量偏低存在的問題進行分析，回收利用加氫裝置尾氣中的氫資源，從富氫氣體中回收利用氫氣的技術(shù)方案進行探討,達到優(yōu)化氫氣資源利用提高氫氣產(chǎn)量的目的.【期刊名稱】《河南化工》【年(卷)，期】2018(035)004【總頁數(shù)】3頁(P52-54)【關(guān)鍵詞】氫氣;優(yōu)化;氫氣回收【作者】王星棋漲棟棟【作者單位】中國石化洛陽分公司，河南洛陽471012;中國石化洛陽分公司，河南洛陽471012【正文語種】中文【中圖分類】TQ116.20前言在煉油企業(yè)石油煉制加工過程中，催化裂化、加氫裂化、催化重整、異構(gòu)化等裝置產(chǎn)生的煉廠氣總量可占石油總加工量的5%左右，煉廠氣中包含了大量具有較高價值的氫氣，但其中很大一部分被排入瓦斯管網(wǎng)，作為相對價值較低的燃料氣，造成了資源的極大浪費。加氫工藝是油品實現(xiàn)脫硫、烯烴飽和、降低芳烴含量、滿足國家新標(biāo)準的有效手段，氫氣已經(jīng)成為煉油企業(yè)提高輕油收率、改善產(chǎn)品質(zhì)量不可缺少的基本原料，氫氣成本也成為煉廠原料成本中僅次于原油的第二位成本要素。氫氣成為影響煉油工業(yè)生存發(fā)展的資源，對于煉油企業(yè)的提質(zhì)增效而言，提高煉廠氣中氫氣的利用率日益重要。因此，對煉廠氣中的氫氣進行回收，提高煉油企業(yè)氫氣產(chǎn)量意義重大［1-2］。1氫氣平衡及回收氫氣資源必要性1.1煉廠氫氣來源洛陽石化氫氣來源主要有70萬t/a重整裝置（氫氣純度90%以上），40000Nm3/h制氫裝置變壓吸附（PressureSwingAdsorption，PSA）單元（氫氣純度99%以上）及芳烴部PSA單元等3套裝置（氫氣純度99.9%以上）。其中，重整裝置提供自產(chǎn)氫氣約45000Nm3/h；制氫裝置由于轉(zhuǎn)化爐能耗高現(xiàn)只投用了后續(xù)的PSA單元，目前產(chǎn)氫量為5000-9000Nm3/h;芳烴部PSA單元產(chǎn)氫量約為3000Nm3/h。依據(jù)洛陽石化目前的生產(chǎn)情況，還需外購氫氣15000-20000Nm3/h才能滿足生產(chǎn)需求，實現(xiàn)全廠氫氣平衡。洛陽石化氫氣產(chǎn)量情況（2017年12月數(shù)據(jù)），見表1。表1優(yōu)化前氫氣產(chǎn)量產(chǎn)氫裝置產(chǎn)量Nm3/h氫純度％重整裝置4299490制氫裝置507099化工部PSA254099.9外購氫氣1641699.99合計670201.2氫氣資源回收的必要性隨著加工原油性質(zhì)變差以及油品質(zhì)量升級，洛陽石化對氫氣的需求將進一步增加，在自產(chǎn)氫氣無法滿足生產(chǎn)需求的情況下，增大外購氫氣量將成為必然趨勢。這不僅會大幅度提高原油加工成本，給企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來影響，還會使正常加工過程中的不可控因素增多，特殊情況下缺少保證臨氫裝置平穩(wěn)運行的調(diào)整手段。因此，對煉廠氣中氫氣資源進行回收利用更是顯得尤為重要。洛陽石化重整裝置目前已經(jīng)超設(shè)計負荷運行，難以再提高氫氣產(chǎn)量。芳烴部PSA單正常運行且原料氣處理量仍有富余，但芳烴PSA氫壓機設(shè)計出口壓力為3.58MPa，氫壓機組長期處于卡邊工況下運行致使氫氣產(chǎn)量受限。制氫裝置PSA單元吸附塔等設(shè)備加工能力還有富余，但受到原料氣壓縮機及脫硫設(shè)施處理量的限制致使氫氣產(chǎn)量受限。因此改善芳烴部PSA運行工況和優(yōu)化氫氣管網(wǎng)流程，提高制氫PSA處理量成為了洛陽石化目前提高氫氣產(chǎn)量的最優(yōu)途徑。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)制氫PSA原料氣中的蠟油加氫低分氣及柴油加氫低分氣壓力均能達到2.6MPa，將這兩股物料進行回收，經(jīng)過單獨的脫硫設(shè)施脫硫后不需要經(jīng)過原料氣壓縮機增壓就可以直接進入制氫PSA進行處理，此兩股物料正常流量約為8000Nm3/h。之后再補充部分富氫氣體作為制氫PSA原料，就可以提高制氫PSA負荷達到多產(chǎn)氫氣的目的，從而減少外購氫氣量，節(jié)約企業(yè)加工成本。2氫氣資源優(yōu)化利用2.1提高芳烴裝置PSA單元氫氣產(chǎn)量芳烴裝置PSA單元氫壓機出口壓力偏低制約了其氫氣產(chǎn)量，通過對芳烴裝置內(nèi)部氫氣流程進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)芳烴裝置內(nèi)部氫氣管網(wǎng)壓力降低至3.0MPa，同時將芳烴PSA自產(chǎn)氫氣后路改至直供芳烴裝置用氫，穩(wěn)定芳烴PSA氫壓機組運行，為提高芳烴裝置PSA負荷創(chuàng)造條件。自產(chǎn)氫氣富余時可將氫氣外送至系統(tǒng)氫氣管網(wǎng)，自產(chǎn)氫氣不夠時可由系統(tǒng)氫氣管網(wǎng)對芳烴裝置用氫進行補充。改造后芳烴裝置PSA單元將一催化裝置部分干氣并入原料氣，處理量由8000Nm3/h提高至12000Nm3/h，多回收氫氣約1300Nm3/h，實現(xiàn)芳烴裝置PSA單元效益最大化。2.2優(yōu)化制氫裝置PSA單元原料供應(yīng)制氫裝置PSA單元原料氣中含有部分低含氫、高含烴的干氣組分，如直柴加氫和蠟油加氫裝置的汽提塔頂干氣、催柴加氫T3302塔頂干氣等，這3股干氣量總量達到3700-4000Nm3/h。將這3股干氣增加專線全部改出制氫PSA，進行輕烴回收后進高壓瓦斯管網(wǎng)。直柴加氫和蠟油加氫低分氣由原有的富氫氣體脫硫設(shè)施中分離出來，改至增上的低分氣脫硫塔進行脫硫，壓力按2.6MPa控制，脫硫后干氣直接進制氫PSA進行處理，可釋放原料氣壓縮機和脫硫設(shè)施的處理能力，提高吸附塔等設(shè)備的加工負荷。2.3脫硫設(shè)施調(diào)整氣柜低壓瓦斯氣經(jīng)壓縮機增壓在二催化脫硫設(shè)施脫硫后并入系統(tǒng)高壓瓦斯管網(wǎng)，直柴加氫低分氣和蠟油加氫低分氣改至增上的脫硫設(shè)施后，蠟油加氫脫硫塔T5105處理量富余，將部分氣柜低壓瓦斯氣改至蠟油加氫T5105進行脫硫后，進入制氫PSA裝置對氫氣進行回收。2.4提高制氫裝置PSA單元氫氣產(chǎn)量制氫裝置PSA單元原料氣經(jīng)優(yōu)化后，進料量減小至4450-5750Nm3/h。根據(jù)實際生產(chǎn)可補充11250~12550Nm3/h的富氫氣體作為原料氣，具體為部分一催化干氣和氣柜瓦斯氣。優(yōu)化后將制氫裝置PSA單元總處理量提高至25000Nm3/h,進而提高氫氣產(chǎn)量。2.5配套系統(tǒng)優(yōu)化改造將低分氣、貧氫干氣改出制氫裝置PSA單元之后，將部分一催化干氣和氣柜瓦斯氣改進制氫PSA原料氣壓縮機C6101A/B入口，裝置原料氣處理量增大后解吸氣量也隨之增大，增加1臺解吸氣壓縮機，并將升壓后的解吸氣送至輕烴回收裝置。3工藝流程優(yōu)化及效果將來自蠟油加氫和直柴加氫的低分氣合并后進入新增的低分氣分液罐進行分液，分液后的混合氣進入新增低分氣脫硫塔中脫硫。脫硫溶劑自蠟油加氫貧胺液罐來，經(jīng)新增的貧胺液泵輸送至新增低分氣脫硫塔。塔頂脫硫低分氣并至制氫裝置壓縮機C6101出口，隨其他升壓后的富氫干氣一并進入空冷器A6101冷卻后進入制氫PSA生產(chǎn)氫氣。塔底富胺液并至富胺液閃蒸罐進行閃蒸。對部分制氫PSA吸附劑進行更換，更換后經(jīng)過半年以上的運行觀察，吸附劑沒有出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。以此判斷更新后的吸附劑和原有的吸附劑都沒有出現(xiàn)性能惡化影響裝置吸附效果的情況。因此改變原料氣組成和流量后，經(jīng)詳細計算確定吸附流程采用逆放時間和沖洗時間更長的10-2-4變壓吸附工藝技術(shù)，再對實際生產(chǎn)的控制參數(shù)和操作時間進行優(yōu)化，保證了吸附劑再生時的傳質(zhì)效果和再生更徹底，氫氣回收率更高，就可以達到產(chǎn)氫量12000Nm3/h的要求。根據(jù)氫資源優(yōu)化利用原則并結(jié)合現(xiàn)有制氫裝置PSA單元運行狀況，總處理量提高至25000Nm3/h，其中原有低分氣脫硫部分處理量為8000Nm3/h。在裝置滿負荷運行不再更換吸附劑，既可維持現(xiàn)有生產(chǎn)現(xiàn)狀又能兼顧中變氣流程的情況下，氫氣回收率約為77%，最多可回收氫氣12445Nm3/h（純度＞99%），解吸氣12555Nm3/h，物料平衡情況見表2。優(yōu)化項目實施后多產(chǎn)氫氣8675Nm3/h，即減少外購氫氣8675Nm3/h，氫氣產(chǎn)量情況（以2017年12月數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)）見表3。表2物料平衡表項目原料氣組成/%氣量/Nm3-h-1產(chǎn)品氫氣組成/%氣量/Nm3-h-1解吸氣組成/%氣量/Nm3-h-1H264.511612899.791241829.543709N25.5513880.111410.941374020.38950.08100.6886CH410.1625400.02320.212537C2H69.0422600.00018.002260C2H42.195480.0004.36547C3H83.127800.0006.21780C3H60.451130.0000.90112C4H102.105260.0004.18526C5+1.674180.0003.33418CO0.33830.0000.6682CO20.14350.0000.2835H2O0.36900.0000.7290合計100250001001244510012555表3優(yōu)化后氫氣產(chǎn)量產(chǎn)氫裝置產(chǎn)量Nm3/h氫純度％重整裝置4299490制氫裝置1244599化工部PSA384099.9外購氫氣774199.99合計670204結(jié)語將廉價的瓦斯氣回收轉(zhuǎn)化為價值較高的氫氣，提高氫氣利用率，降低外購氫氣量，增加企業(yè)經(jīng)