錢長(zhǎng)煒 李鵬 李衛(wèi)春

（中國(guó)石油大港石化公司，天津300280）

氫氣已成為石油化工業(yè)中不可缺少的重要原料之一?？煽康母呒兌葰錃夤?yīng)，有助于把原料轉(zhuǎn)化為低硫的汽油、柴油、航煤及聚烯烴等產(chǎn)品。由于本公司新建連續(xù)重整裝置投用后，副產(chǎn)品氫氣經(jīng)凈化后供應(yīng)氫氣管網(wǎng)，以及下游用氫裝置用氫量有限等因素，制氫裝置長(zhǎng)期處于60%左右負(fù)荷運(yùn)行，低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)裝置關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)及能耗影響較大。

1 裝置簡(jiǎn)介

某石化公司制氫裝置，由中石化洛陽(yáng)石化工程公司設(shè)計(jì)，中油六建公司承建。于2008 年8 月一次開(kāi)車成功。裝置規(guī)模為4×104Nm3·h-1，操作彈性60%～120%，年運(yùn)行時(shí)間8400 小時(shí)。采用輕烴與水蒸汽轉(zhuǎn)化和PSA凈化的制氫工藝，原料為天然氣、脫硫干氣等，產(chǎn)品純度99.9%。本裝置由原料增壓、預(yù)熱、加氫脫硫、水蒸氣轉(zhuǎn)化、變換反應(yīng)和PSA凈化組成。

2 裝置運(yùn)行現(xiàn)狀分析及對(duì)策

2.1低負(fù)荷運(yùn)行下主要操作參數(shù)調(diào)整

裝置低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)轉(zhuǎn)化爐爐管、PSA等設(shè)備影響較大。轉(zhuǎn)化爐爐管數(shù)量達(dá)176根之多，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)最突出的問(wèn)題就是管內(nèi)物料分布不均，易產(chǎn)生偏流。如物料產(chǎn)生偏流會(huì)造成爐管局部受熱不均，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)紅管、花斑現(xiàn)象。還會(huì)導(dǎo)致催化劑表面結(jié)碳、燒結(jié)破碎，嚴(yán)重影響爐管及催化劑壽命。因此，對(duì)相關(guān)操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整對(duì)保護(hù)爐管和催化劑有重要意義。

為保護(hù)爐管及催化劑，必須調(diào)整水碳比，增大轉(zhuǎn)化爐蒸汽配入量，保證物料在爐管中均勻分布。自裝置低負(fù)荷生產(chǎn)以來(lái)，水碳比調(diào)整至3.5~4.5之間，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值3.2。

2.2 低負(fù)荷運(yùn)行下PSA優(yōu)化調(diào)整

PSA作為制氫裝置的重要組成部分，它的運(yùn)行狀態(tài)直接影響氫氣的質(zhì)量和收率。PSA由10座吸附塔、2臺(tái)順?lè)艢夤蕖?臺(tái)解吸氣緩沖罐、1臺(tái)解吸氣混合罐等構(gòu)成。運(yùn)行程序?yàn)椤?0-2-4”模式，即10 臺(tái)吸附塔中始終有2 臺(tái)處于吸附狀態(tài)，再生時(shí)經(jīng)過(guò)4次均壓以提高氫氣回收率。PSA的運(yùn)行由編寫好的程序自動(dòng)進(jìn)行，程序運(yùn)行步驟如表2。PSA運(yùn)行過(guò)程中，吸附時(shí)間是最主要參數(shù)，其設(shè)定值直接決定產(chǎn)品氫的純度和收率，吸附時(shí)間越長(zhǎng)，氫氣收率越高，但吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，吸附前沿會(huì)過(guò)于靠前，產(chǎn)品質(zhì)量反會(huì)下降。

裝置低負(fù)荷運(yùn)行期間，脫附氣中氫含量高于25%。降低PSA系統(tǒng)脫附氣中氫氣含量，提高氫氣收率，成為PSA系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的關(guān)鍵點(diǎn)。

?

由表1可知，當(dāng)T1或T2改變后，吸附、順?lè)?、逆放、沖洗等時(shí)間都隨之改變。就時(shí)間設(shè)定原則進(jìn)行分析，可知：（1）T1 時(shí)間設(shè)定：T1含三均時(shí)間（T3）和順?lè)艜r(shí)間，T1的最小值必須同時(shí)保證三均降塔與三均升塔壓力均等及順?lè)磐耆错樂(lè)艍毫Α?.2 MPa），同時(shí)T1 最小值還必須保證一均時(shí)間足夠（即T1 須≥T3）（2）T2 時(shí)間設(shè)定：T2 含二均時(shí)間，T2 的最小值必須保證兩塔二均均等。通過(guò)對(duì)T1、T2、T3、T4 時(shí)間設(shè)定原則綜合考慮，確定PSA優(yōu)化調(diào)整原則為：只增加T1或T2時(shí)間，T3、T4保持不變。

?

調(diào)整T1 逐漸由43 秒增加至53 秒，T2 逐漸由116 秒增加至134秒；在保證產(chǎn)品氫質(zhì)量的前提下，單塔吸附時(shí)間2×（T1+T2）共增加56 秒。如表2 所示，經(jīng)調(diào)整后，在處理量基本相同的情況下，產(chǎn)品氫流量呈上升趨勢(shì)，脫附氣流量呈下降趨勢(shì)。通過(guò)取樣分析，解析氣中氫含量下降，氫收率上升。

2.3低負(fù)荷運(yùn)行下關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施能耗優(yōu)化

裝置動(dòng)設(shè)備耗電量、蒸汽自用量等是控制裝置能耗的幾項(xiàng)重要指標(biāo)。因水碳比高控在4.2左右，導(dǎo)致自用蒸汽量升高，能耗大幅上升。為降低裝置能耗，主要考慮從降低裝置電耗入手。

實(shí)現(xiàn)了HydroCOM 無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在原料氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用，大幅降低了壓縮機(jī)的實(shí)際功率。按照當(dāng)前生產(chǎn)負(fù)荷，壓縮機(jī)在60%負(fù)荷即可滿足工況。按照：節(jié)省的壓縮機(jī)功率＝壓縮機(jī)額定功率×（1－壓縮機(jī)負(fù)荷），節(jié)省的壓縮機(jī)功率＝2300kw×（1－0.6）＝920kw，月節(jié)省電量＝920kw×720h＝662400kw·h，通過(guò)換算，僅此一項(xiàng)，裝置能耗降低約62.5kgEO/t，節(jié)能效果顯著。同時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)由工頻改造為變頻，節(jié)省功率96 KW，并計(jì)劃于下一檢修期將引風(fēng)機(jī)也改造為變頻運(yùn)行，預(yù)計(jì)可節(jié)省功率160 KW。通過(guò)降低裝置能耗，大幅度減少了水碳比高控導(dǎo)致的能耗損失。

2.4 轉(zhuǎn)化爐換熱流程優(yōu)化改造計(jì)劃

裝置投產(chǎn)后，轉(zhuǎn)化爐煙氣換熱系統(tǒng)運(yùn)行較差，表現(xiàn)為排煙溫度持續(xù)偏高、熱效率降低、能耗增加。根據(jù)DCS 所反映的數(shù)據(jù)，低溫段空氣預(yù)熱器的空氣溫升為256℃，煙氣溫降為116℃，溫差比約為2.2；高溫段預(yù)熱器的空氣溫升為135℃，煙氣溫降為118℃，溫差比約為1.14。高溫段預(yù)熱器與低溫段預(yù)熱器的溫差比差別很大，而正常情況下，對(duì)于同一種換熱介質(zhì)，根據(jù)能量守恒，其換熱溫差比應(yīng)該是接近的，根據(jù)對(duì)目前燃料燃燒的模擬，溫差比應(yīng)該在1.4 左右。基于以上情況分析，可能存在以下問(wèn)題：（1）空氣旁路擋板沒(méi)有完全關(guān)閉或存在泄漏情況，導(dǎo)致一部分冷空氣走了旁路。（2）低溫預(yù)熱器前的蒸發(fā)段有泄漏，有部分高溫蒸汽進(jìn)入煙氣。（3）預(yù)熱器存在泄漏情況。計(jì)劃?rùn)z修時(shí)對(duì)以上三個(gè)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行逐一檢查。

同時(shí)，針對(duì)轉(zhuǎn)化爐原料預(yù)熱段出口溫度較低，排煙溫度較高的問(wèn)題，做出兩個(gè)改造方案。（1）：優(yōu)化加氫反應(yīng)器前原料預(yù)熱流程，提高原料預(yù)熱段入口溫度。（2）：現(xiàn)有加氫反應(yīng)器前換熱流程不變，在方案一基礎(chǔ)上核算轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段各段換熱面積，對(duì)對(duì)流段進(jìn)行更換。

3 結(jié)語(yǔ)

制氫裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，關(guān)鍵參數(shù)需進(jìn)行較大調(diào)整。轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理不同于一般加熱爐，長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，需重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)化爐的運(yùn)行狀況，保證較高的水碳比，防止原料氣在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)偏流，保證爐管及催化劑的壽命。同時(shí)，低負(fù)荷運(yùn)行造成了裝置能耗大幅增加，通過(guò)對(duì)PSA 運(yùn)行的優(yōu)化、關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)化及煙氣流程優(yōu)化改造計(jì)劃等一系列措施，最大限度降低了裝置能耗，使裝置在長(zhǎng)期低負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)高效生產(chǎn)。