制氫裝置節(jié)能技術改造研究

李洋

摘要：本文重點針對我國某化工單位制氫裝置的能耗狀況展開了分析和研究，同時指出了制氫裝置在能源消耗存在的薄弱環(huán)節(jié)，有效提出了有效的改進措施，提高制氫裝置工作的節(jié)能性，實現化工單位的良好經濟效益。

關鍵詞：制氫裝置;技能改造;研究

制氫工作采用的是天然氣作為反應原材料，通過加氫、轉化以及變壓吸附等幾個重要工作流程來加以開展，由于制氫裝置整體的能源消耗量相對較大，因此需要對其中重點的能源消耗環(huán)節(jié)進行有效的節(jié)能改造，以此來有效降低制氫裝置的能源消耗量，實現化工單位的良好生產效益。針對我國某地區(qū)化工單位的制氫裝置工作性能展開了分析和研究，該制氫裝置的生產能力為3萬Nm3/ h，以天然氣作為反應的原材料。制氫裝置在工作過程中消耗的蒸汽量較大，造成了能源整體消耗量偏高，和國內外平均的能耗水平有著明顯的差距，因此相關工作人員針對制氫裝置的節(jié)能降耗工作展開了全面的分析和研究，通過對制氫裝置系統(tǒng)內部的各個環(huán)節(jié)分析和探討，提出了相應的節(jié)能技術改造措施。從中得到了工藝優(yōu)化操作參數，有效降低了制氫裝置的能源消耗量，提高了化工生產單位的經濟效益。

1.流程介紹

制氫裝置在工作過程中，主要是以天然氣加氫PSA尾氣作為原材料裝置的核心工作過程，所涉及到的反應類型相對比較復雜，比如加氫處理、脫硫處理、轉化以及變壓吸附等多個環(huán)節(jié)，其中不但包含了放熱反應也存在吸熱反應，整個能量流結構構成比較復雜。原材料和蒸汽動力系統(tǒng)作為能量轉化的重要環(huán)節(jié)，在轉化爐和中溫變換器當中進行能量消耗。通過本次化工單位的加氫裝置分析可以看出，制氫裝置的整體能耗量相對較大，因此需要進行相應的技術改造，有效降低能源的消耗量，通過降低輕轉化爐的燃料消耗，提高轉化爐煙氣的回收效率是加氫裝置節(jié)能工作的關鍵環(huán)節(jié)。通過加氫裝置的能量消耗分析之后，整個生產工藝流程設計基本合理，但是其中某些生產環(huán)節(jié)仍然存在較大的改進潛力，因為制氫裝置是整個化工單位氫氣管網壓力的重要調節(jié)位置，因此該裝置基本都處于低壓負荷的條件下進行工作，轉化反應的水碳比達到6.0，不但增加了能耗量同時還影響到了設備的生產能力。轉化爐的這個效應超過92%能量轉化率相對較高，而加氫裝置的煙氣能量回收設計不是非常合理，加氫裝置在滿負荷工作條件下排煙的溫度為200℃，造成了整個反應爐熱效率相對比較偏低，整體的熱量回收效率還需要進一步提升。

2.制氫裝置用能優(yōu)化改進

在制氫裝置的工作條件下，轉化反應受到熱力學平衡條件的影響，整個熱轉化效率相對偏低，為了有效提高反應原材料的轉化效率，降低轉化爐出口處生成的甲烷含量，通常蒸汽和原材料的比例需要超過標準的化學計算值，水和碳物質的比例增大有利于轉化爐內部的熱量轉化以及預防積碳問題的產生，同時在保證相同的工作環(huán)境下，可以有效降低轉化爐出口區(qū)域的氣體溫度，有效保證了爐管的使用質量。但是在確定水碳比工作中還需要考慮到水產品會加大裝置的能耗量，同時降低了加氫裝置的生產效益。由于轉化反應屬于強吸熱反應，在實際的反應過程中，內部系統(tǒng)的溫度可以達到780～850℃，蒸汽進入轉化爐管只有30%左右的蒸汽參與了化學反應，而剩余的蒸汽量只會隨著轉化爐直接進入到下一個反應工序當中。通常過剩的蒸汽吸收熱量占轉化爐總負荷的20%～50%之間，這一部分的反應熱量可以在下游的反應工作當中得到充分的回收，但是效率卻大大降低。與此同時，水碳比過大不但會造成轉化工序過多，同時下游的能量回收系統(tǒng)的基礎投資量也相對較大，因此在針對水產品的選擇上必須要進行綜合考慮，有效實現自行裝置的節(jié)能降耗，同時也要保證整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

如果單純從節(jié)能降耗的角度上來看，水碳比越低越好，但是水碳比如果過低會受到多方面因素的影響。首先，所以探底過低會造成系統(tǒng)內部出現截探問題影響到整個裝置的正常工作和運行;其次，為了有效提高原材料的生產效率，需要提高轉化爐出口區(qū)域的氣體溫度大小，來對系統(tǒng)內部的溫度欠缺進行補充，通過計算分析可以得出水碳比每下降0.25，轉化爐的出口區(qū)域溫度會提高10～13℃，這樣會造成轉化爐的溫度過高以及使用壽命的縮減。

3.轉化爐優(yōu)化

通過對制氫裝置轉化爐的優(yōu)化，可以實現良好的節(jié)能降耗效果，轉化爐F101是該裝置的主要能量轉化環(huán)節(jié)，該自行裝置的總能耗量相對較高，因此需要對轉化爐內部的熱量進行合理的回收和使用，這是制氫裝置節(jié)能改造工作的一個關鍵點。從制氫裝置的工作數據分析可以看出，當制氫裝置滿負荷工作過程中，轉化爐的出口區(qū)域煙氣的溫度超過了240℃，煙氣的流量大小為106350Nm3/h。以該化工單位現有的經濟實力和技術條件下，通過對空氣預熱器設備進行了改造和處理，加大了空氣預熱器的換熱面積，使得轉化爐出口區(qū)域的煙氣溫度控制在120℃左右，但降低排煙溫度還需要充分考慮到煙氣的露點腐蝕問題，由于反應原材料當中還有一部分的硫元素，在燃燒之后產生的煙氣中會存在一部分的二氧化硫。存在一部分的二氧化硫會繼續(xù)被氧化形成三氧化硫，三氧化硫遇到水之后會形成硫酸造成漏點腐蝕問題，直接影響到了整個制氫裝置的工作質量和安全性。通過實驗分析得出，依照加氫裝置的滿負荷工作狀態(tài)來進行考慮，當轉化爐的排煙口溫度降低到120℃時，整體的節(jié)能效果最為明顯。通過降低轉化爐的排煙溫度，使得轉化爐內部的熱空氣溫度不斷上漲，有效降低了瓦斯的消耗量，降低了整個制氫裝置的能源消耗總量，實現了良好的節(jié)能改造工作效果。

4.結束語：

制氫裝置在工作過程中存在能源消耗偏大和浪費問題，因此相關化工單位針對這一問題展開了分析和研究，通過分析之后發(fā)現制氫裝置系統(tǒng)內部的轉化爐和用能系統(tǒng)上，存在著較大的節(jié)能改裝工作潛力，因此，采取了相應的解決措施，提高制氫裝置的整體節(jié)能程度。

參考文獻：

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