制氫裝置擴(kuò)能改造及標(biāo)定結(jié)果分析

焦慶雨

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

制氫裝置擴(kuò)能改造及標(biāo)定結(jié)果分析

焦慶雨

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

為了滿足煉油廠加氫裝置的用氫需求，某煉油廠制氫裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造，更換了2臺(tái)原料氣壓縮機(jī)、中變PSA吸附劑，并對(duì)轉(zhuǎn)化爐余熱鍋爐原料預(yù)熱段、蒸發(fā)段及轉(zhuǎn)化爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行了改進(jìn)。2015年9月，對(duì)裝置進(jìn)行了高負(fù)荷的標(biāo)定，結(jié)果表明，該裝置產(chǎn)氫能力由原設(shè)計(jì)滿負(fù)荷4 0000 m3/h成功擴(kuò)能至4 4000 m3/h。

制氫裝置；擴(kuò)能改造；標(biāo)定；分析

某煉油廠制氫裝置原料氣壓縮機(jī)的排氣量設(shè)計(jì)為12 760 m3/h，不能滿足裝置提量的要求，是制約裝置提高產(chǎn)氫量的主要瓶頸。同時(shí)PSA（Pressure Swing Absorption，變壓吸附）工藝的處理能力也達(dá)不到要求。PSA技術(shù)的核心就是吸附劑，制氫裝置所使用的吸附劑是20世紀(jì)初的技術(shù)與產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，吸附劑的活性與能力都有所下降，達(dá)不到油品升級(jí)所需要的氫氣處理能力，這是制約裝置擴(kuò)能的另一個(gè)主要瓶頸。其次在生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)余熱鍋爐及空氣預(yù)熱器的換熱效果不好，裝置轉(zhuǎn)化爐的排煙溫度較高，當(dāng)裝置負(fù)荷增大時(shí)排煙溫度會(huì)更高，極大的影響裝置轉(zhuǎn)化爐的熱效率，從而影響整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)效益［1］。

通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的探討與分析，確定在不重新更換壓縮機(jī)的情況下改造原料氣壓縮機(jī)，改造余熱鍋爐原料預(yù)熱段、蒸發(fā)段及空氣預(yù)熱器，更換新型PSA吸附劑，從而提高裝置處理量以提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

1 裝置主要技術(shù)特點(diǎn)

該煉油廠制氫裝置包括原料濕法脫硫部分、原料升壓部分、原料精制部分、反應(yīng)部分（包括轉(zhuǎn)化和中變）、中變氣換熱冷卻部分。是加氫裂化裝置的配套裝置。裝置以加氫干氣、重整氫PSA解吸氣和油田氣為主要原料，采用烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法造氣，PSA法凈化提純的工藝路線制取氫氣。

2 裝置改造

2.1 裝置未達(dá)設(shè)計(jì)的瓶頸

原料氣壓縮機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)排氣量，導(dǎo)致原料不足使裝置不能達(dá)到設(shè)計(jì)符合。裝置長(zhǎng)達(dá)10 a的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是PSA吸附劑的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)（在檢修時(shí)從未更換過(guò)），吸附劑的性能開始下降，并且吸附劑存在損失情況，因此使PSA達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)量。

2.2 裝置擴(kuò)能改造技術(shù)路線

該裝置于2015年6月25日停工改造，7月23日完工中交，7月30日開工一次成功。裝置改造設(shè)計(jì)由中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，撫順石化工程建設(shè)有限公司第一分公司、大慶石化公司化建公司承擔(dān)施工任務(wù)。

裝置主要改造項(xiàng)目:更換2臺(tái)原料氣壓縮機(jī)；更換原料氣壓縮機(jī)入口分液罐；更換轉(zhuǎn)化爐余熱鍋爐原料預(yù)熱段和蒸發(fā)段；更換轉(zhuǎn)化爐空氣預(yù)熱器；更換貧富氨液泵及貧富氨液線；更換12臺(tái)安全閥及相關(guān)管線的更換；2臺(tái)溶液脫硫塔改造；中變PSA吸附劑更換等。

（1）根據(jù)原料氣組成及配比情況，在保證壓縮機(jī)廠房不動(dòng)、基礎(chǔ)不變的情況下，決定將壓縮機(jī)由2D40-51.5/4-32-BX升級(jí)為2D40-66/4.9-32-BX型，壓縮機(jī)入口壓力由0.4 MPa提高到0.5 MPa，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由333 r/min提高到375 r/min，電機(jī)功率由1 200 kW提高到1 700 kW，采用D型往復(fù)式壓縮機(jī)，對(duì)稱平衡型結(jié)構(gòu)，兩列氣缸兩級(jí)壓縮，每級(jí)氣缸采用水平布置，雙作用，進(jìn)排氣口均按上進(jìn)下出布置，各級(jí)氣缸采用干式缸套，缸套采用壓力配合與可靠的定位止口定位，氣缸與活塞之間、活塞桿與填料之間按無(wú)油潤(rùn)滑。工藝氣閥為網(wǎng)狀閥，缸蓋與缸體緊固螺栓采用雙螺母，增加1個(gè)薄螺母防松，活塞桿與十字頭之間采用液壓連接方式，活塞桿上螺紋采用壓力滾制螺紋，壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接方式為直聯(lián)，聯(lián)軸器和飛輪處裝有無(wú)火花防護(hù)罩，盤車裝置采用電動(dòng)盤車裝置，盤車帶脫開保護(hù)，帶手動(dòng)微調(diào)結(jié)構(gòu)。采用往復(fù)式壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，2臺(tái)原料氣壓縮機(jī)安裝診斷系統(tǒng)，做到壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，做好故障診斷工作［2，3］。

（2）PSA技術(shù)的核心就是吸附劑尤其是分子篩類吸附劑。吸附劑中分子篩以及專用吸附劑的在原料選擇與制備技術(shù)都有了較大的發(fā)展，因此改造制氫裝置使用了HX5A-10H，HXNA-CO/10型吸附劑。該類吸附劑通過(guò)改進(jìn)制備工藝增加酸洗、二次離子交換、二次焙燒的工藝并使用有機(jī)配位反應(yīng)法和新型的粘結(jié)劑，使吸附劑含水量更低，同時(shí)也具備了較高的抗壓強(qiáng)度，較低的磨損率，還具備較高的堆密度，多且均勻的孔系，使吸附劑的選擇性及吸附容量明顯提升，有更好的篩分作，同時(shí)提高了吸附劑的使用壽命與處理能力。

（3）轉(zhuǎn)化爐余熱鍋爐采用先進(jìn)的鍛造技術(shù)及流體力學(xué)技術(shù)將原料預(yù)熱段由每排45根管，改為每排64根管，并采用順列，雙排繞，順流換熱布置，蒸發(fā)段由每排38根管增加到45根管，采用錯(cuò)列順流換熱布置，使余熱鍋爐各段換熱效率提高，大大提高了煙氣余熱的的利用率。

（4）采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，將空氣預(yù)熱器分前后2段，解決了由于煙氣與空氣管路堵塞引起的氣流不均，造成局部過(guò)熱發(fā)生爆管的問(wèn)題，同時(shí)降低了局部露點(diǎn)腐蝕的可能性，且有利于設(shè)備的維修與檢查。上下段之間采用專利技術(shù)凹型陶瓷鎳絲組合密封墊有效的將空氣與煙氣分開，降低了空氣預(yù)熱器的泄漏量，熱管采用特制的無(wú)極傳熱元件，有效地保證了傳熱效果［4］。

3 裝置標(biāo)定

為了考核裝置改造后產(chǎn)氫能力、催化劑性能、氫收率、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備性能、安全環(huán)保等是否達(dá)到要求，找出裝置改造設(shè)計(jì)、施工和操作中的不足以及存在的問(wèn)題，于2015年9月14～17日對(duì)制氫裝置進(jìn)行標(biāo)定，該次標(biāo)定共確定2個(gè)方案，方案一為產(chǎn)氫40 000 m3/h；方案二為產(chǎn)氫44 000 m3/h。

3.1 反應(yīng)部分

該制氫裝置反應(yīng)部分的標(biāo)定結(jié)果見表1，2。

表1 加氫催化劑運(yùn)行參數(shù)

表2 轉(zhuǎn)化催化劑運(yùn)行參數(shù)

從表1,2可以看出，制氫裝置高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)化爐操作條件滿足轉(zhuǎn)化催化劑所要求的工藝條件，轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度在1 350℃之內(nèi)、爐出口甲烷含量在2.00～7.28的范圍內(nèi)完全可控、轉(zhuǎn)化爐管壓降正常，可以證實(shí)四川天一化工科技股份有限公司生產(chǎn)的CN-28YQ和CN-28YK型轉(zhuǎn)化催化劑的反應(yīng)活性較高，轉(zhuǎn)化效果較好，滿足技術(shù)協(xié)議要求，符合制氫高負(fù)荷生產(chǎn)的需要［5～8］。

3.2 中變部分

裝置中變部分的標(biāo)定結(jié)果見表3。

表3 中變催化劑運(yùn)行參數(shù)

由表3可見，制氫裝置在最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，中變反應(yīng)器的運(yùn)行條件能滿足中變催化劑的要求，中變反應(yīng)器出口CO含量小于技術(shù)指標(biāo)要求的2.5%，中變催化劑對(duì)CO變換率高于技術(shù)指標(biāo)要求的80%，因此可以看出西安元?jiǎng)?chuàng)化工科技股份有限公司FB-123型高變催化劑反應(yīng)活性較高、變換率較高、滿足技術(shù)協(xié)議要求，完全符合制氫高負(fù)荷生產(chǎn)需要。

3.3 PSA部分

裝置PSA部分的標(biāo)定結(jié)果見表4。

從表4可以看出，中變PSA在高負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，氫氣產(chǎn)量、氫氣純度及氫氣收率全部滿足技術(shù)協(xié)議的要求。

4 結(jié)論

2015年7月的制氫裝置達(dá)產(chǎn)改造是成功的，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)氫量40 000 m3/h，且能實(shí)現(xiàn)110%操作彈性即產(chǎn)氫44 000 m3/h，繼續(xù)提量，產(chǎn)氫達(dá)到了45 000 m3/h。

表4 中變PSA運(yùn)行參數(shù)

（1）新改造原料氣壓縮機(jī)能力達(dá)到最高負(fù)荷產(chǎn)氫44 000 m3/h生產(chǎn)要求，且仍有提量余地。

（2）改造后，各反應(yīng)器壓差、床層熱點(diǎn)溫度以及加氫、脫氯、脫硫、轉(zhuǎn)化、中變催化劑性能均良好。中變CO變換率滿足技術(shù)協(xié)議要求，中變PSA氫氣收率及氫純度均在技術(shù)協(xié)議指標(biāo)內(nèi)。

（3）更新的原料預(yù)熱段、蒸發(fā)段及空氣預(yù)熱器能夠滿足制氫高負(fù)荷生產(chǎn)要求，各指標(biāo)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)內(nèi)。

［1］王水杰，胡忠偉，劉川峰.焦化干氣制氫裝置的擴(kuò)產(chǎn)改造［J］.齊魯石油化工，2015，43（2）:25-26.

［2］王基銘.低碳經(jīng)濟(jì)下中國(guó)煉油工業(yè)發(fā)展［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1991:135-140.

［3］張華陽(yáng)，單偉，司朝霞.制氫裝置緊急停工的處理及注意事項(xiàng)［J］.大氮肥，2008，31（5）:328-330.

［4］巫文娟，段波.制氫裝置轉(zhuǎn)化系統(tǒng)用能優(yōu)化［J］.石油煉制與化工，2012，43（8）:73-76.

［5］關(guān)志鵬.制氫裝置操作工［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2007:15-17.

［6］王秉銓.工業(yè)路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工藝出版社，1996:3-38.

［7］畢明樹.工程熱力學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001:10-18.

［8］劉艷睿.制氫轉(zhuǎn)化爐排煙溫度高的原因分析與解決措施［J］.石油煉制與化工，2009，40（2）:9-12.

Hydrogen Production unit capacity revamp and test run result analysis

Jiao Qingyu
（Oil Refinery of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163711，China）

In order to meet the hydrogen demand of the hydrogenation unit，the expansion revamp of the hydrogen production unit of an oil refinery was made，the 2 feed gas compressors and the variable PSA adsorbent were replaced，and the feed stock preheating section，evaporation section and air pre-heater of the former were improved.In September of 2015，test run was made to the unit under high load.The result showed that the hydrogen production capacity of the unit was successfully expanded to 44 000 m3/h from 40 000 m3/h of the original design capacity.

hydrogen production unit；capacity expansion revamp

TQ116.2

B

1671-4962（2017）02-0027-03

2016-12-25

焦慶雨，男，工程師，2003年畢業(yè)于西安石油大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事制氫裝置生產(chǎn)管理工作。