天然氣制氫裝置增設(shè)CO2回收工藝的影響及對策

嚴(yán)江峰，朱軍(中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆 庫車 842000)

0 引言

CO2的增加影響了地球正常的大氣循環(huán)，使氣候發(fā)生了變化。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)由于CO2劇增，導(dǎo)致地面熱量不能順利散發(fā)到太空，全球氣溫普遍上升，整個地球成了巨大的溫室。因此，人們又把CO2叫做“溫室氣體[1]”。為減少二氧化碳的排放，人們采取各種措施，如推廣清潔能源。中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司在制氫裝置試點開展CO2捕集回收，減少碳排放。

1 捕集裝置概述

中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司20 000 Nm3/h制氫裝置以天然氣、煉廠干氣為原料，通過壓縮機(jī)升壓，經(jīng)過加氫、脫硫，配入蒸汽然后經(jīng)過預(yù)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化、中變反應(yīng)后，產(chǎn)出氫氣體積含量75%中溫變換氣，再經(jīng)過十塔變壓吸附，產(chǎn)出純度99.99%氫氣[2-3]，副產(chǎn)的解吸氣中CO2體積含量46%，解吸氣體積濃度為20%羥乙基乙二胺的貧液在吸收塔充分接觸，吸收PSA尾氣中的CO2。吸收后的富液經(jīng)過解吸釋放出富液中CO2。CO2捕集裝置未開工前，副產(chǎn)氣全部送入轉(zhuǎn)化爐燃燒。CO2捕集裝置開工后，經(jīng)過CO2捕集裝置吸收CO2后尾氣中CO2體積含量0.08%，尾氣全部送入轉(zhuǎn)化爐再次燃燒，減少轉(zhuǎn)化爐碳排放。

捕集裝置簡要流程如圖1所示。

圖1 捕集裝置簡要流程

2 CO2捕集裝置開工后部分參數(shù)變化

2.1 捕集前后氣體組分變化

對比CO2捕集裝置開工前后氣體組分變化，數(shù)據(jù)為同負(fù)荷下三天的平均值，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，貧液對二氧化碳的吸收效果較好，體積吸收率為98.7%。由此可知經(jīng)過吸收塔后的氣體，體積份數(shù)減少47.87%。

表1 二氧化碳捕集前后組分對比

2.2 外輸蒸汽溫度與流量的對比

轉(zhuǎn)化爐剩余熱量經(jīng)過廢熱鍋爐轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝羝麥囟鹊淖兓煽闯龈咂肺粺崃康膫鬟f效率。

如表2所示，捕集裝置開工后外輸蒸汽流量變化較小，外輸蒸汽溫度下降近10 ℃，影響中壓蒸汽品質(zhì)，嚴(yán)重時導(dǎo)致蒸汽濕度增加，汽輪機(jī)低壓葉片腐蝕加速[4]。從CO2捕集裝置標(biāo)定結(jié)果來看，若捕集裝置持續(xù)增加負(fù)荷，每提高10%的負(fù)荷，轉(zhuǎn)化爐上部溫度需升高約3 ℃；同時出口溫度下降約0.27 ℃，外輸蒸汽溫度下降約0.9 ℃，若嚴(yán)格維持外輸蒸汽溫度不變，則需消耗更多燃料氣。轉(zhuǎn)化爐對流室溫度下降，爐膛上部溫度上升，高品位熱量難以傳遞轉(zhuǎn)化，致使蒸汽溫度下降。

表2 捕集裝置開工前后外輸蒸汽變化數(shù)據(jù)表

3 存在問題

3.1 傳熱介質(zhì)減少

從上述種種現(xiàn)象可以看出，CO2捕集裝置開工后，吸收PSA尾氣中的CO2，導(dǎo)致傳熱介質(zhì)減少，為保證工藝指標(biāo)增大燃料氣量，但增加燃料氣必將增加轉(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷，熱量難以帶走。大部分熱量聚集在爐膛上部，導(dǎo)致上部溫度增加。在對流段強(qiáng)制換熱介質(zhì)減少，換熱面積不變時，輸入熱量減少，取熱介質(zhì)溫度必將降低。

3.2 捕集裝置負(fù)荷較小

捕集裝置開工后，熱量聚集在爐膛上部，爐管普遍偏紅，為保證爐膛不超溫，爐管不發(fā)生高溫蠕變[5]避免爐管內(nèi)轉(zhuǎn)化劑高溫積碳失活，CO2捕集裝置負(fù)荷僅在40%，水碳比由開工前的3.1 mol/mol提高至3.3 mol/mol控制，能耗明顯增加。

3.3 外輸蒸汽溫度低

外輸蒸汽溫度由平均值372 ℃降至356 ℃，輸入中壓蒸汽管網(wǎng)后嚴(yán)重影響中壓蒸汽品質(zhì)，增加中壓蒸汽濕度，降低蒸汽溫度，不能滿足氣壓機(jī)運行。

4 結(jié)語

根據(jù)目前捕集裝置的瓶頸及對制氫轉(zhuǎn)化爐的影響，建議原加熱爐檢測為一年兩次，通過檢測爐膛溫度、爐管表面溫度對流室入口溫度，根據(jù)燃料量、排煙溫度、對流室入口溫度，計算爐膛內(nèi)消耗熱量、富裕熱量，間接地檢測出轉(zhuǎn)化爐爐管的運行情況。

在捕集裝置負(fù)荷方面，建議在煙氣引風(fēng)機(jī)出口增設(shè)一路管道至空氣預(yù)熱器過熱段出口，在不影響氧含量的情況下，增加傳熱介質(zhì)，同時為避免氮氧化物增加，建議采用低氮燃燒器，這樣可以在原有轉(zhuǎn)化爐改造量較小的條件下增加捕集負(fù)荷。