制氫裝置加工天然氣運行總結(jié)

邱曉娟，李建兵，顧曉偉

(1.山東潤澤化工有限公司，山東 東明 274500；2.山東易陽石化節(jié)能裝備有限公司，山東 濟南 250101)

1 裝置概況

20000 Nm3/h制氫裝置，以1 Mt/a重油催化制烯烴聯(lián)合裝置精制后的催化干氣為原料，采用烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化及PSA提氫的工藝技術生產(chǎn)純度為99.9%的氫氣，所產(chǎn)的工業(yè)氫去1 Mt/a混合油加氫精制裝置。裝置公稱設計規(guī)模為20000 Nm3/h，年開工8000 h，為連續(xù)生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)制度為四班三倒制。

裝置主要由造氣和PSA兩部分組成，造氣部分包括原料壓縮預熱、原料加氫脫硫、蒸汽轉(zhuǎn)化及中溫變換、中變氣換熱冷卻分液、酸性水處理及蒸汽發(fā)生。

裝置于2008年5月份開始動工籌建，裝置的氫氣生產(chǎn)公稱規(guī)模為2×104Nm3/h工業(yè)氫氣，最大生產(chǎn)能力為2.6×104Nm3/h工業(yè)氫氣。該裝置以催化干氣為原料，生產(chǎn)氫氣。

2 原料變化情況

氫氣可通過石油、天然氣、煤等化石資源制取,其中以天然氣制氫最為經(jīng)濟和合理[1]。所以20000 Nm3/h制氫裝置也在不斷探索加工不同原料時設備工況、轉(zhuǎn)化率、收率、產(chǎn)品氫質(zhì)量等，以求效益最大化。20000 Nm3/h制氫裝置自開工以來，加工原料氣組成共分以下情況：催化干氣、催化干氣和烴化尾氣混合氣、烴化尾氣和重整氫氣混合氣、烴化尾氣、焦化干氣和烴化尾氣、焦化干氣、天然氣和烴化尾氣。在加工天然氣和烴化尾氣的混合氣時，天然氣壓力維持在0.88 MPa，烴化尾氣壓力0.50 MPa，原料氣進原料氣緩沖罐流量6000 Nm3/h，壓機后流量7500 Nm3/h，制氫量在19500～20000 Nm3/h。其中，原料氣中烴化尾氣流量占3000 kg/h,天然氣流量占4000 Nm3/h，配氫500 Nm3/h。

3 原料性質(zhì)

從表1、表2中可以總結(jié)出：天然氣和烴化尾氣中烯烴含量較低基本在1%以下，加氫反應器溫升同以焦化干氣和烴化尾氣為原料氣時變化不大，原料氣加熱爐出口溫度在330℃左右，加氫反應器床層溫度在310～320℃，保持在加氫反應所需溫度，床層溫度平穩(wěn)，同時又很好的控制原料氣加熱爐溫度節(jié)約燃料氣消耗。

注：天然氣和烴化尾氣分析結(jié)果為2018年7月7日至12日平均值。

表2 各種原料氣統(tǒng)計情況

表2(續(xù))

在滿負荷生產(chǎn)情況下，轉(zhuǎn)化爐入口溫度500℃、出口765℃，瓦斯消耗1000 Nm3/h，解析氣消耗8500 Nm3/h，引風機兩臺同時運行，A調(diào)速97%，B機滿負荷，鼓風機調(diào)速85%，氧含量2.8，轉(zhuǎn)化爐火嘴燃燒良好；共產(chǎn)3.5 MPa蒸汽42 t/h，其中配汽28 t/h，水碳比較高維持在4.5以上，天然氣甲烷含量92%，混合氣甲烷含量60%以上(由于天然氣甲烷含量高必須增加配汽量提高水碳比保證轉(zhuǎn)化率)，外送中壓蒸汽14 t/h，中壓蒸汽壓力3.45 MPa。

操作中為保護轉(zhuǎn)化爐及其附屬設備，轉(zhuǎn)化爐溫度控制穩(wěn)定，嚴禁出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)化爐煙氣NOx：25 mg/m3，遠低于控制指標，控制較好，煙氣流量：18000～50000 m3/h。

4 轉(zhuǎn)化率

表3 加工不同原料氣時轉(zhuǎn)化氣中CO、CO2、CH4含量分析

從表3中可以看出：加工天然氣和烴化尾氣時轉(zhuǎn)化率為80.95%，在所有加工原料中轉(zhuǎn)化率偏低，主要原因為原料氣中甲烷含量偏高為60.17%，比裝置設計值18.67%高出41.50%，遠遠超出設計值，雖然轉(zhuǎn)化氣CO和CO2含量正常但是甲烷含量偏高為5.87%接近工藝指標≤7%，并偶爾出現(xiàn)不合格點。

5 結(jié)論

(1)中變反應器入口溫度340℃，床層最高點溫度395℃，溫升小于60℃，在滿負荷生產(chǎn)塞閥調(diào)整時現(xiàn)場不動作，儀修建議待生產(chǎn)負荷降低后將對塞閥進行檢查維修，由于加工量較大轉(zhuǎn)化氣CO含量偏高，中變氣中CO含量時有大于3%現(xiàn)象。

(2)在轉(zhuǎn)化爐火嘴燃燒良好和催化劑功能正常的情況下，由于天然氣甲烷含量較高導致轉(zhuǎn)化氣質(zhì)量指標接近加工上限，對現(xiàn)用轉(zhuǎn)化催化劑將是不小的挑戰(zhàn)。

(3)以天然氣和烴化尾氣混合氣為原料氫氣收率41.15%，由于混合氣中甲烷含量，水碳比控制偏高，氫氣收率較高。