吳振華 張金河（中國(guó)石油化工股份有限公司塔河分公司）

干氣和氫氣資源優(yōu)化利用

吳振華 張金河（中國(guó)石油化工股份有限公司塔河分公司）

某廠自二期項(xiàng)目投產(chǎn)以來，裝置聯(lián)合生產(chǎn)時(shí)，出現(xiàn)干氣、氫氣系統(tǒng)匹配不平衡現(xiàn)象，尤其是夏季全廠干氣富裕，導(dǎo)致氣柜回收干氣壓力增加，時(shí)常出現(xiàn)干氣排火炬放空燃燒的情況，造成能源的浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)全廠合理用能、節(jié)約成本的目標(biāo)，采取制氫裝置摻煉焦化干氣、焦化裝置增加溴化鋰、適時(shí)調(diào)整制氫裝置配氫量、優(yōu)化加氫裝置膜分離的生產(chǎn)操作、控制加氫裝置精制反應(yīng)深度、加氫裝置低分氣回收氫氣等措施對(duì)全廠干氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，減少全廠氫氣消耗和干氣產(chǎn)量，解決夏季干氣及氫氣系統(tǒng)不平衡的問題。

干氣 氫氣 優(yōu)化措施 平衡

2011年，隨氣溫回升某廠爐用燃料需求減少，凈化干氣（硫磺回收裝置處理后干氣）過剩問題逐漸突出，預(yù)計(jì)全廠夏季凈化干氣產(chǎn)量在32000m3/h左右，全廠各加熱爐干氣耗量在25000m3/h左右，富余干氣7000m3/h左右。為合理利用富余干氣，對(duì)全廠干氣系統(tǒng)和氫氣系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，解決了兩系統(tǒng)不平衡問題。

1 裝置及用量

某廠耗氫裝置為100×104t/a汽、柴油加氫裝置和140×104t/a汽、柴油加氫裝置。根據(jù)目前實(shí)際生產(chǎn)計(jì)算100×104t/a汽、柴油加氫裝置（1＃加氫）每小時(shí)消耗氫氣量為8500m3/h（標(biāo)況，以下同）左右，140×104t/a汽、柴油加氫裝置（2＃加氫）每小時(shí)消耗氫氣量為15200m3/h左右，2套裝置合計(jì)需要耗氫23700m3/h。

某廠目前共有3套產(chǎn)氫裝置，其中有1套15×104t/a固定床重整裝置，產(chǎn)氫2800m3/h左右。另有2套天然氣制氫裝置，1套生產(chǎn)能力為8000m3/h（1＃制氫），因冬季生產(chǎn)氫氣需求調(diào)整及節(jié)能需要已停用；另外1套生產(chǎn)能力為20000m3/h（2＃制氫），產(chǎn)氫19500m3/h，2套裝置合計(jì)產(chǎn)氫22300m3/h。目前產(chǎn)氫裝置與耗氫裝置恰好達(dá)到產(chǎn)耗平衡狀態(tài)。

2 優(yōu)化思路

某廠從節(jié)能降耗的角度出發(fā)，夏季最優(yōu)化的路線仍采用2#制氫裝置和重整裝置向全廠供氫，同時(shí)2#制氫處理掉過剩干氣。按目前產(chǎn)耗情況推算，夏季干氣、氫氣的產(chǎn)耗系統(tǒng)不平衡，具體預(yù)測(cè)見圖1。

受全廠干氣組成影響，干氣制氫產(chǎn)氫量較天然氣有所下降，并且因含有2%~4%的烯烴含量，為保證烯烴烷烴化，需要加入10%~20%的返氫量，這將進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)氫下降。因此，在不做任何優(yōu)化的前提下，全廠產(chǎn)氫缺口將有2400m3/h，無法滿足耗氫裝置需求。

從圖1可以看出，要保證1#制氫不開同時(shí)消耗過剩干氣，需要采取優(yōu)化措施。

2.1 提高2#制氫摻焦化干氣比例

2011年7—9月份，2#制氫裝置在處理量7000 m3/h的基礎(chǔ)上，通過采取“跟蹤制氫原料組成分析，根據(jù)組成差別，適時(shí)調(diào)整裝置返氫比例和水碳比；控制好預(yù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器入口溫度，充分利用預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑低溫性能裂解C2+烴類，保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑防止結(jié)碳；優(yōu)化制氫轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行，合理調(diào)整爐膛溫差，使轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度更均勻，充分發(fā)揮每根爐管催化劑性能等”措施，按65%即4500m3/h以下?lián)饺虢够瘍艋蓺夂螅档图託浞磻?yīng)器入口溫度310℃以下，配氫比控制在4%～6%左右，加氫反應(yīng)器的催化劑床層熱點(diǎn)溫度不會(huì)超過400℃，氧化鋅脫硫反應(yīng)器出口硫質(zhì)量含量＜0.2×10-6。降低預(yù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器入口溫度保證了預(yù)轉(zhuǎn)化氣出口乙烷含量＜0.3%；增大水碳比至3.5以上，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)化爐入口溫度，提高轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度保證了轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣的質(zhì)量；同時(shí)吸附時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品氫純度適當(dāng)減小。這些措施基本符合了焦化干氣多硫多烯烴的適應(yīng)要求，轉(zhuǎn)化氣中氫含量及轉(zhuǎn)化率均沒有明顯下降，摻入焦化干氣后對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑活性影響不大。

2.2 適時(shí)調(diào)整制氫裝置配氫量

2011年，為了全廠節(jié)能考慮，不開1#制氫裝置，為平衡全廠干氣，必須逐步加大2#制氫裝置中摻煉系統(tǒng)脫硫干氣的比例。為保證制氫裝置混合原料氣充分脫硫，防止轉(zhuǎn)化催化劑中毒，同時(shí)由于摻煉干氣后，混合原料氣中烯烴含量增高，為防止轉(zhuǎn)化催化劑結(jié)碳，裝置需要采取較大配氫比操作。如干氣中烯烴和硫含量能及時(shí)優(yōu)化，可降低配氫量。2011年7—9月份，2#制氫共摻煉干氣5121 t，配氫比例根據(jù)原料質(zhì)量變化情況，由計(jì)劃的20%降至實(shí)際的10%，折合減少配氫量107t。

2.3 優(yōu)化加氫膜分離的生產(chǎn)操作

2010年，1#、2#汽、柴油加氫膜分離正常生產(chǎn)時(shí)將產(chǎn)生約1000m3/h的氣體，并排往硫磺干氣管網(wǎng)。為了避開白天氣溫高所帶來的燃料氣飽和過剩的工況，結(jié)合加氫高分壓力及循環(huán)氫H2S分析，2011年調(diào)整膜分離的生產(chǎn)負(fù)荷及生產(chǎn)時(shí)間，白天膜回收低負(fù)荷運(yùn)行，減少非滲透氣去硫磺，夜間適當(dāng)提高膜回收負(fù)荷，確保循環(huán)氫中硫化氫含量不大于2%，加氫裝置餾出口柴油產(chǎn)品中硫質(zhì)量含量不大于1700×10-6。

2.4 控制汽、柴油加氫精制反應(yīng)深度

2010年，全廠1#、2#汽、柴油加氫精制裝置產(chǎn)品精制柴油的平均硫含量為1200×10-6，遠(yuǎn)低于內(nèi)控指標(biāo)1700×10-6，質(zhì)量富裕度較大。2011年，通過調(diào)整加氫精制反應(yīng)器的入口溫度來控制反應(yīng)器床層溫度，減少加氫精制的反應(yīng)深度。生產(chǎn)精制柴油時(shí)及時(shí)調(diào)整加氫反應(yīng)器入口溫度，嚴(yán)格控制在282～294℃之間，通過控制加氫精制的反應(yīng)深度，減少裝置的氫氣消耗和干氣產(chǎn)量。

2.5 焦化裝置操作優(yōu)化，降低干氣負(fù)荷

2011年，焦化裝置主要優(yōu)化措施為：減少焦炭塔的吹汽、放空時(shí)間，降低氣柜進(jìn)氣負(fù)荷，將焦炭塔的大吹汽蒸汽用量嚴(yán)格控制在5t/h以內(nèi)，吹汽時(shí)間由原來的3h縮短至2.5 h；調(diào)整適當(dāng)?shù)囊簹獗?，?010年的4.06∶1調(diào)整為2011年的4.15∶1；適當(dāng)增加了補(bǔ)充吸收劑量，改善了吸收效果；優(yōu)化解吸中段和塔底重沸器的取熱比例，通過適當(dāng)加大中段取熱和降低塔底取熱的方式來獲得較低的解析氣流量；通過提高穩(wěn)定塔重沸器回流溫度的方式減少液態(tài)烴的大循環(huán)。

2.6 1#焦化增加溴化鋰制冷措施，降低干氣產(chǎn)量

2011年初，1#焦化增設(shè)溴化鋰制冷工藝，將穩(wěn)定汽油冷卻器（E407）、吸收塔中段冷卻器（E403A B）的冷卻介質(zhì)由循環(huán)水更換為溴化鋰，降低補(bǔ)充吸收劑、吸收塔中段油溫度，改變吸收塔的吸收效果；將穩(wěn)定塔頂冷卻器E406A BCD中E406B、E406D的冷卻介質(zhì)由循環(huán)水更換為溴化鋰，降低液化氣冷后溫度，該項(xiàng)目正在實(shí)施，預(yù)計(jì)2012年可將干氣中C3+含量由4%以上降至3%以下，有效降低夏季全廠干氣過?，F(xiàn)象，預(yù)計(jì)降低干氣1.5t/h。

2.7 2套加氫裝置低分氣中氫氣回收

2011年，全廠存在氫氣資源流失現(xiàn)象，富氫氣體有待集中提純、回收，其中1#、2#加氫精制裝置低分氣富含氫氣濃度高達(dá)87%，回收效益可觀（表1）。

表1 2套加氫裝置低分氣中氫氣含量

2012年，計(jì)劃利用原有1套膜分離系統(tǒng)將氫氣提純后，增加1臺(tái)增壓機(jī)將氫氣加壓后并入氫氣系統(tǒng)管網(wǎng)回用。1#、2#加氫裝置在正常負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生低分氣量為1800 m3/h，平均氫氣濃度為80%，回收率為80%，生產(chǎn)氫氣成本按8000元/t計(jì)算，全年可產(chǎn)生效益688.9萬元。

優(yōu)化后的夏季全廠干氣、氫氣平衡預(yù)測(cè)見圖2。

優(yōu)化后2#制氫裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)，并且按70%負(fù)荷摻煉干氣，全廠干氣、氫氣達(dá)到平衡優(yōu)化。

3 經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

2011年，全廠干氣、氫氣系統(tǒng)平衡優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)了停開1#制氫裝置和減少干氣排火炬的目的。1#制氫裝置開工，每產(chǎn)氫1 t需要消耗：電量997 k W h，成本508元；3.5 MPa蒸汽11.1 t，成本999元；循環(huán)水160t，成本160元；燃料氣0.01 t，成本16.1元，合計(jì)1683.1元。如不進(jìn)行優(yōu)化，2400 m3/h氫氣缺口將造成363.15元/h費(fèi)用。夏季過剩干氣如不利用而是外排火炬，則7000m3/h可產(chǎn)生8046.78元費(fèi)用。因此，在不進(jìn)行優(yōu)化的前提下，每小時(shí)損失費(fèi)用在8409.93元，月?lián)p失625.70萬元。優(yōu)化后，全年夏季按三個(gè)月計(jì)算可增加效益1877.1萬元，加上低分氣回收氫氣產(chǎn)生的效益，預(yù)計(jì)至2012年合計(jì)增加效益2566萬元。

4 結(jié)論

2011年，通過采取生產(chǎn)優(yōu)化、裝置操作調(diào)整，全廠已基本實(shí)現(xiàn)干氣、氫氣平衡，解決了夏季干氣排火炬放空的問題。2012年，全廠將增加相關(guān)技術(shù)改造措施，繼續(xù)鞏固該成果，預(yù)計(jì)2012年底全廠將減少資源浪費(fèi)合計(jì)2566萬元，實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.014

吳振華，1998年畢業(yè)于新疆石油學(xué)院，工程師，主要研究方向?yàn)槭图庸ぃ珽-mail：wzh7725@sina.com，地址：新疆庫車縣天山東路573號(hào)塔河分公司生產(chǎn)技術(shù)處，842000。

2011-10-31）