干餾煤氣制氫存在問題分析與改進(jìn)措施

盛建軍

摘 要：本文介紹了甘肅宏匯能源化工有限公司制氫工藝現(xiàn)狀及存在問題，通過對干餾煤氣組分進(jìn)行分析，及對增加干餾煤氣除油除塵裝置及預(yù)加氫裝置的工藝條件和效果的論述，進(jìn)一步論證了甘肅宏匯能源化工有限公司制氫裝置增加干餾煤氣除油除塵裝置及預(yù)加氫裝置的必要性。

關(guān)鍵詞：制氫;干餾煤氣;除油除塵;預(yù)加氫

1 工藝及現(xiàn)狀

1.1 制氫工藝簡介

甘肅宏匯能源化工有限公司現(xiàn)于2015年新建一套48000Nm3/h制氫裝置一套，由中國成達(dá)工程有限公司設(shè)計，以干餾煤氣或干餾煤氣和焦?fàn)t煤氣為制氫主要原料氣，加氫脫硫采用鈷鉬催化劑，蒸汽轉(zhuǎn)化采用鎳系催化劑，凈化工序為變壓吸附，生產(chǎn)純度為99.95%的氫氣，但在試生產(chǎn)過程中，因干餾煤氣中的氧氣和烯烴含量偏高且焦油塵等雜質(zhì)含量難以除去，造成制氫裝置不能滿負(fù)荷、長期穩(wěn)定運行。

1.2 現(xiàn)狀

制氫裝置設(shè)計是以天然氣、焦?fàn)t煤氣、干餾煤氣為原料生產(chǎn)氫氣，目前因天然氣供應(yīng)緊缺、使用受限且價格高，冶金廠區(qū)焦?fàn)t煤氣無量可供，自產(chǎn)干餾煤氣中焦油、塵、苯、烯烴含量較高暫不能使用，致使制氫生產(chǎn)嚴(yán)重受制約。

目前制氫裝置設(shè)計的變溫吸附和PSA1變壓吸附工序是將低溫干餾煤氣、焦?fàn)t煤氣和低分氣中的焦油、萘、苯脫除。但因干餾煤氣中的焦油、塵、苯等雜質(zhì)超標(biāo)，遠(yuǎn)超設(shè)計值，致使原TSA和PSA1工序出口氣中焦油、塵、苯等雜質(zhì)超工藝要求，不能滿足制氫裝置安全穩(wěn)定運行的工藝要求。

另外制氫裝置原設(shè)計雖有加氫反應(yīng)器，但現(xiàn)生產(chǎn)的干餾煤氣中烯烴含量平均在5.88%左右，遠(yuǎn)超出了設(shè)計提資煤氣中烯烴含量為2%的指標(biāo)，現(xiàn)有加氫反應(yīng)器的處理能力不能滿足要求。

2 工藝條件

1）壓力：3.7MPa.G;2）流量：20000.0Nm3/h由以上參數(shù)可以看出，干餾供應(yīng)的干餾煤氣中的焦油含量250～350mg/Nm3，遠(yuǎn)高于原設(shè)計條件。烯烴含量在5.88%左右，超出了設(shè)計提資煤氣中烯烴含量為2%的標(biāo)準(zhǔn)，和制氫裝置在沒有預(yù)加氫裝置情況下烯烴含量在5%以下工藝要求的。

制氫裝置設(shè)計有加氫反應(yīng)器，其主要作用是為了將原料氣中的有機硫、氯等有毒物質(zhì)加氫成為無機硫及烯烴飽和，有毒物質(zhì)加氫為無機形態(tài)后在精脫硫槽脫除。因為烯烴加氫反應(yīng)是一個大量放熱的反應(yīng)過程，一般來講，烯烴含量1%的氣體經(jīng)烯烴飽和反應(yīng)將造成加氫反應(yīng)器有25℃溫升。煤氣中烯烴含量過高，烯烴將在加氫反應(yīng)器中反應(yīng)放出大量熱造成加氫反應(yīng)器飛溫，使制氫裝置連鎖停車或發(fā)生其它安全事故。2017年5月份制氫裝置開車過程中，因焦?fàn)t煤氣中氧含量、烯烴好含量過高，造成加氫反應(yīng)器飛溫連鎖停車，影響開車時間72小時.

3 制氫裝置運行存在問題

31制氫裝置低負(fù)荷除鹽水預(yù)熱器振動嚴(yán)重

因干餾煤氣焦油塵。烯烴含量超標(biāo)，不能作為制氫原料氣，且焦?fàn)t煤氣中斷供應(yīng)，致使現(xiàn)有制氫裝置以天然氣為主原料氣（原設(shè)計為以干餾煤氣為主流量為33257Nm3，配入少量天然氣），且天然氣供應(yīng)量受限，裝置負(fù)荷較低（天然氣用量約9000Nm3/h，水碳比3.5，配汽量36T/h，工藝?yán)淠毫?8T/h），除鹽水量60T/h，除鹽水在預(yù)熱器內(nèi)部汽化，除鹽水溫度達(dá)150℃以上（設(shè)計溫度93℃），除鹽水預(yù)熱器水路出口超溫及振動現(xiàn)象比較嚴(yán)重。造成除鹽水系統(tǒng)法蘭多處泄漏，為使制氫裝置在低負(fù)荷下能夠安全穩(wěn)定運行，將除鹽水預(yù)熱器水路旁路閥全開，將除鹽水預(yù)熱器切除。

3.2 低負(fù)荷下轉(zhuǎn)化爐出口溫度低

轉(zhuǎn)化爐原設(shè)計為以干餾煤氣為主，流量為33257Nm3/h，配入少量天然氣，轉(zhuǎn)化爐出口溫度設(shè)計值為865℃，出口壓力設(shè)計值3.05MPa?，F(xiàn)工況下以天然氣為原料，天然氣用量約9000Nm3/h，水碳比3.5，轉(zhuǎn)化爐出口溫度750℃，出口壓力2.5MPa。轉(zhuǎn)化爐出口溫度低導(dǎo)致天然氣轉(zhuǎn)化率較低，轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量（設(shè)計值<5.4%）超標(biāo)。

4 采取措施

在原有的煤氣壓縮機之后以及原TSA變溫吸附之前再新增一套焦油、塵脫除裝置，以將干餾煤氣中的焦油和塵含量由入口的250 mg/Nm3脫除到50 mg/Nm3，達(dá)到原TSA變溫吸附入口的設(shè)計值。

在原料氣壓縮機出口至加氫反應(yīng)器入口管道上增加一套預(yù)加氫裝置，將原料氣中的烯烴含量降至2%以下。

5 結(jié)論

經(jīng)上述論證，增加干餾煤氣除油除塵裝置及預(yù)加氫裝置后，對自產(chǎn)干餾煤氣進(jìn)行除油、除塵、去除雜質(zhì)烯烴預(yù)飽和處理，可以將干餾煤氣作為制氫生產(chǎn)的原料氣，既可以擺脫天然氣作為主原料氣完全受制于人的局面，又可從根本上降低制氫生產(chǎn)成本，從長遠(yuǎn)解決制氫原料氣供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]司朝俠 高傳禮 黃國棟主編.制氫裝置安全技術(shù).北京.中國石化出版社.2009（2015.1）