降低制氢装置瓦斯单耗

降低制氢装置瓦斯单耗
作者：景玉敏
来源：《城市建设理论研究》2013年第01期
摘要：在现在的化工产业中，制氢装置已经成为很重要的一部，所以如何去改善制氢的工艺环境就显得极其有分量，本文通过在化工厂本套装置上更改水碳比，调节解析气的组成和稳定瓦斯流量这三种方法，提高氢气回收率及产品氢气外放量，使瓦斯单耗降低。

关键词：制氢装置瓦斯单耗解析气
中图分类号： TQ015文献标识码：A 文章编号：
1、前言
本文就生产能力8000NM3/h的制氢装置进行调整和创新，此装置作为汽柴油加氢装置的配套装置，于2010年12月投产至今，由制加氢装置生产成本核算可知：瓦斯消耗成本占总燃料动力成本50%，而制氢装置瓦斯用量占整个制加氢装置的90%。

降低制氢装置瓦斯单耗就是降低产氢成本，即可大大降低汽柴油加氢装置加工成本，提高装置生产运行水平。

这样，对于在其他工厂，有很显著的实际意义。

2、主要调整方法
2.1降低水碳比
水碳比是转化反应中及防止催化剂积碳的主要参数，依据烃类转化平衡，当水碳比小于3.5时，难以保持水汽均匀接触反应（即结碳和消碳平衡），催化剂极易积碳，使催化剂失活，损坏催化剂，所以生产中严格控制水碳比不小于3.5，以防高温条件下的烃类裂解积碳转化或生成难以消除的石墨碳。

故转化系统在进料条件下必须保证转化不停汽，以保护催化剂。

目前装置生产水碳比为3.9-4.0，而设计值为3.5，理论上讲增大水碳比可以提高转化炉的转化率，出口转化气中甲烷含量低，致使解吸气热值降低，燃料瓦斯用量增加；而且大量的过剩蒸汽不但增加转化炉的热负荷，也会增加后续流程冷却负荷，使装置的能耗增加。

转化反应需要的蒸汽为制氢装置转化炉对流段自产的3.5MPa蒸汽，如果蒸汽不合格就会导致催化剂中毒，从而造成催化剂的结碳[8]。

因为水碳比太低造成净化系统再生能量不足或者转化出口甲烷含量超标，甚至会造成转化催化剂结焦[9]。

水碳比的最简计算公式：H2O/C=水蒸气流量
（M3/h）/碳流量（M3/h）[10]
2.2改变解析气组成
解析气作为PSA单元的废气，作为燃料在转化炉中燃烧，提高解析气中可燃气体的组成，可以提高其热能，这样就可以达到节省装置能耗的目的。

制氢装置的副产品为PSA部分的解析气，直接作为制氢转化的燃料以节约装置的能耗。

规格如下：
表2-1 解析气组成
表2-1 解析气组成
2.3稳定瓦斯气流量
我们通过调节一下几种因素来稳定转化炉瓦斯气流量：
1.调节转化炉各火嘴的球阀开度来均衡每个燃料瓦斯的压降；
2.提高解析气混合罐放火炬压力
3.稳定解析气流量
2.4置能耗计算
表2-2制氢装置能耗计算汇总表如下:
表2-2制氢装置能耗计算汇总表如下
表2-3燃料用量
表2-3燃料用量
通过以上两个表格，我们可以清楚的看出，整个装置的能耗除去原料外，瓦斯气（即燃料气）的能耗最高，而在燃料气消耗上，转化炉（F5002）的消耗又是极其主要的，所以讨论和实验出更适宜转化炉操作的方法是必要的。

3、水碳比的影响
本文选择了改变水碳比的方式，来调节转化炉的操作参数。

从拟合图可以看出，转化气中甲烷含量随水碳比的降低而增加（左上图）。

原料单耗随水碳比增加而减少（右上图）。

而燃料瓦斯则随水碳比增加而增加（左下图）。

总单耗图（右下图）是二者的叠加，拐点出现在水碳比3.5处,但为了确保催化剂使用安全，项目团队决定将水碳比设定在3.6.
图3-1 调整水碳比的影响
改善前：
1、水碳比为3.8-4.0，转化炉出口甲烷含量低，解析气中甲烷含量低，反应吸热量大，燃料瓦斯单耗增加，装置总瓦斯单耗增加；
2、空冷，水冷负荷增加，装置能耗增加；
3、装置采用催化干气作为制氢原料，原料组成波动大，烯烃含量不稳定，进料量波动大。

采取措施：
水碳比控制3.6，每半个月技术人员对原料样进行汇总，按平均值调整DCS上水碳比计算设定值；
配氢量控制在400Kg/h，如果绝热反应器温升超过20℃，应该及时提高配氢量和预热炉出口温度，转化炉水碳比可提高至3.7-3.8；
如果进料组成变动应该及时调整蒸汽量，水碳比控制在3.8-3.9。

改善后：
4、解吸气变化的影响
在保证转化炉转化率不变的情况下，氢气量的大小还取决于PSA部分氢气回收率的高低，目前解析气中氢气含量为20%左右，产品氢纯度99.5%左
改善措施：
改变调节阀开度的设定值，最大开度由90%降低至85%，最小开度由20%提高至30%；
一氧化碳在线分析仪设定值由20ppm，提高至30ppm；
根据产品氢气纯度及时调整吸附时间
改善后：解析气氢气含量有20%降低至17%，氢气纯度有99.5降低至98.5%以上；氢气回收率提高，产品氢气外放量提高，瓦斯单耗降低。

图4-1解析气中氢气含量前后比
经过计算：
1、单耗改善幅度=改善前单耗-项目目标单耗=5.06吨/吨-4.7吨/吨=0.36吨/吨；
2、每小时生产氢气按8000NM3计，氢气密度：0.089Kg/m3，每年生产时间按8000小时计算则每年氢气质量流量=8000立方米/小时×0.089千克/立方米÷ 1000千克/吨×8000小时/年
=5696吨；
3、年节省瓦斯质量流量=5696吨×0.36吨/吨=2050.6吨；
4、瓦斯价格按1200元/吨计算，则年度创效：2050.6吨×1200元/吨÷10000=246.07万元；
5、转化炉燃料瓦斯单耗从0.916吨/吨降到0.893吨/吨，年度节约=（0.916吨/吨-0.893吨/吨﹚×5696吨×1200元/吨÷10000 =15.7万元。

5、结束语：
本研究内容表明：通过在制氢装置，对转化炉水碳比的调节，在降低水碳比以后，降低了装置能耗，但是提高了催化剂被积碳的可能；通过调节解析气的组成，氢气回收率提高，产品氢气外放量提高，瓦斯单耗降低；通过稳定进入转化炉的瓦斯量，我们也得到了相应的收益。

参考文献：
[1] 韩维涛，黄晓晖制氢装置用能分析与节能措施克拉玛依石化分公司 834003
[2] 胡江青，大型炼厂生产低成本氢气的技术开发和应用[J].当代石油石化，2010
[3] 董保权,PSA解析气作制氢原料技术中国石油大连石化公司辽宁大连116031
[4] 马良,李景艳制氢装置水碳比控制方案的比较大庆石化公司炼。