煉廠制氫裝置系統(tǒng)優(yōu)化研究

葛偉，李鑫，辛欣

（玉門(mén)油田煉油化工總廠，甘肅 玉門(mén) 735200）

煉廠制氫裝置系統(tǒng)優(yōu)化研究

葛偉，李鑫，辛欣

（玉門(mén)油田煉油化工總廠，甘肅 玉門(mén) 735200）

在實(shí)際生產(chǎn)中，煉廠制氫裝置的冷凝系統(tǒng)和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，本文從煉廠制氫裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手分析，進(jìn)行了生產(chǎn)上的優(yōu)化。

制氫裝置；生產(chǎn)優(yōu)化；冷凝系統(tǒng)

氫氣是發(fā)展前景非常廣闊的一種新能源。目前，工業(yè)上用氫氣主要包括兩種，分別為合成氨用氫和煉油用氫。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年工業(yè)用氫的總量己經(jīng)達(dá)到1 000萬(wàn)t，其中合成氨用氫量雖然高于煉油用氫量，但后者的增長(zhǎng)速度己經(jīng)超過(guò)前者。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，某煉廠引進(jìn)制氫裝置，然而實(shí)際中，最優(yōu)的生產(chǎn)操作條件與理想最優(yōu)生產(chǎn)操作條件發(fā)生了偏離，使得生產(chǎn)波動(dòng)，同時(shí)能耗增加，產(chǎn)品質(zhì)量也出現(xiàn)波動(dòng)，而且當(dāng)繼續(xù)增大生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量出現(xiàn)了下降，盡管廠家對(duì)操作條件進(jìn)行了摸索，并進(jìn)行了調(diào)整，但還依賴(lài)技術(shù)人員以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，所以整套生產(chǎn)裝置的操作工況極有可能沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，比如物耗高、生產(chǎn)波動(dòng)、產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定等。所以，目前操作條件無(wú)法支持再繼續(xù)增加負(fù)荷運(yùn)行。

1 裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主要的工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)：

（1）反應(yīng)器采用熱壁的結(jié)構(gòu)。

（2）轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器采用臥式煙道式的結(jié)構(gòu)，可以使設(shè)備造價(jià)降低，使得安裝及檢修更加方便。將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在管程中心管的出口處，使得轉(zhuǎn)化氣的出口的溫度可以得到調(diào)節(jié)，冷壁結(jié)構(gòu)被用于管程入口處，內(nèi)襯使用的襯里是耐高溫的。

（3）使用了高效離心分水器，使得分水效率得以提高，設(shè)備投資得以降低。

（4）U 型管雙殼程換熱器被用于熱回收部分，使得氣體換熱終溫降低和熱利用率得以提高。

本文所涉及的制氫裝備，由于使用時(shí)間較短，操作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，所以能耗以及物耗都比較高，主要表現(xiàn)為：

（1）冷凝系統(tǒng)。裝置系統(tǒng)節(jié)能方面的相關(guān)設(shè)計(jì)還有待改進(jìn)，因?yàn)樵黾舆M(jìn)料量后，反應(yīng)熱不能得到完全回收、利用，說(shuō)明冷凝器數(shù)量不足以達(dá)到要求。

（2）酸性水汽提塔。設(shè)計(jì)時(shí)，塔本身有10塊塔板，因酸性水的溫度較高，當(dāng)產(chǎn)量得到增加時(shí)，使得塔頂?shù)乃釢舛绕?。?dāng)前條件下，通過(guò)采取措施來(lái)使得酸性水汽提塔的性能得以提高，比如使進(jìn)塔的氣體量減少，使塔頂溫度降低等。

本文采用系統(tǒng)工程的方法，分析和優(yōu)化了現(xiàn)有的制氫裝置，對(duì)目標(biāo)裝置進(jìn)行瓶頸分析，提出改進(jìn)與優(yōu)化的方案。

2 改造方案

2.1 冷凝系統(tǒng)的改造方案

原有的設(shè)計(jì)裝置配有3個(gè)中變氣冷凝器，一旦進(jìn)料量增大，冷凝能力會(huì)出現(xiàn)不足的現(xiàn)象。現(xiàn)在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加1個(gè)冷凝器，不僅換熱能力增大了，而且反應(yīng)熱回收率也提升了。此外，針對(duì)蒸汽進(jìn)一步又增加了氣液分離技術(shù)，將酸性水汽 提塔的酸濃度降低，使得脫水負(fù)荷得以減輕。所以，3級(jí)冷凝改為4級(jí)冷凝，而且將負(fù)荷和溫度進(jìn)行調(diào)整，這樣可以提高反應(yīng)熱回收率，建議增加第四冷凝器。

2.2 酸性水回收系統(tǒng)改造方案

最大限度使得烴類(lèi)混合物得到冷凝是回收系統(tǒng)主要的作用，物流是烴類(lèi)液體，主要來(lái)自于分水罐的罐底出口。因此建議再增加一個(gè)分水罐。原有設(shè)計(jì)裝置用三個(gè)冷凝器，改變后為四冷凝器，這不僅使得氣液分離的級(jí)數(shù)得以增加，而且使得酸性水汽提塔降低了酸濃度，也使得脫水負(fù)荷變輕。

2.3 中變反應(yīng)器的降溫方案

反應(yīng)溫度降到 335 ℃時(shí)，消耗將大大減少。降低溫度，增大催化劑濃度，從而使得反應(yīng)深度得以保證。

3 優(yōu)化前后對(duì)比分析

模擬計(jì)算后得出，各個(gè)水冷器、反應(yīng)器等的物流溫度、壓力等參數(shù)基本沒(méi)變。因物系不變，故熱力學(xué)的計(jì)算模型也不變，用模型（校正后）來(lái)模擬系統(tǒng)，得出所有的約束條件都能滿(mǎn)足。根據(jù)初始分配，低壓分液罐流量和滿(mǎn)足要求，優(yōu)化后得到的模擬結(jié)果也合理。 優(yōu)化后，可以得出塔底和頂存在較大的溫差，熱負(fù)荷（酸性水）的分布也發(fā)生了變化，由于增加了分水罐和冷凝器，從而使得酸性水汽提塔改變了分離效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)煉廠制氫裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，從制氫裝置的冷凝系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題進(jìn)行了生產(chǎn)優(yōu)化，并運(yùn)用軟件進(jìn)行了分析對(duì)比，達(dá)到了預(yù)期效果。鑒于本人理論水平的不足和實(shí)驗(yàn)的條件限制，希望本文能為后續(xù)研究者能夠提供些許幫助。

［1］ 制氫裝置操作工. 北京：中國(guó)石化出版社，2007（09）.

［2］ 劉少文，吳廣義. 貴州化工，制氫技術(shù)現(xiàn)狀及展望：2003，28（5）：4～9.

［3］ 潘健民，魏運(yùn)洋，李永峰，等. 氫能的重要性和制氫方法淺析. ROUND TABLE FORUM，2008，4（4）：59～61.

［4］ 彭奕，李淑芳 . 工業(yè)制氫方案的分析和探討 . 設(shè)計(jì)技術(shù)，2003，13（4）：7～12.

Research on refi nery hydrogen unit system optimization

TE624

1009-797X （2015） 20-0128-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.039

葛偉（1992-），男，助理工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)闊拸S干氣制氫工藝的研究。

2015-09-07