制氫裝置混合氣作為原料的操作優(yōu)化措施探討

李喜芳 雷峰

摘 要：本文簡要分析了制氫裝置混合氣作為原料的操作優(yōu)化過程，在分析的過程中選擇了某油廠聯(lián)合車間的制氫裝置，該車間所選擇的是天然氣、催化干氣、加氫干氣三氣混合后制氫，以此作為原料氣，為了進(jìn)一步地確保其操作優(yōu)化質(zhì)量得到提升，需要從操作的參數(shù)、操作的方式等不同的方面提出一系列的優(yōu)化措施，確保制氫裝置混合氣作原料的整體操作優(yōu)化質(zhì)量得到提升。

關(guān)鍵詞：制氫裝置;混合氣;操作優(yōu)化措施;轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

天然氣是常見的制氫原料，而其中存在的最大問題就是天然氣本身所含有的甲烷含量較高，烯烴的含量較高，很容易造成反應(yīng)器床層無升溫的現(xiàn)象。為此，在天然氣制氫的過程操作過程中，需要加入一定的催化干氣以及加氫干氣來作為補(bǔ)充烯烴，進(jìn)一步地解決反應(yīng)器床層中存在的無升溫現(xiàn)象，本文簡要對天然氣、催化干氣、加氫干氣的配比以及反應(yīng)入口的溫度、壓力等操作內(nèi)容優(yōu)化，深入地分析和探討如何提高制氫的整體效果。

1 對加氫反應(yīng)器進(jìn)行操作優(yōu)化

1.1 對反應(yīng)器入口溫度的控制

為了優(yōu)化原料氣操作的整體效果，首先應(yīng)該做到對反應(yīng)器入口溫度的控制。分析原料氣最初的組成成分為催化干氣和加氫干氣兩種不同的氣體混合比為3：1，這是體積的混合比，而原料烯烴的含量則為每增加體積分?jǐn)?shù)為1%，反應(yīng)床層的溫度升達(dá)23℃，而引入天然氣作為原料氣后，將天然氣催化干氣、加氫干氣三種氣體混合后，其整體的體積占比例約為2：1：1。多數(shù)情況下，催化干氣的烯烴含量體積分?jǐn)?shù)約為11%左右，而天然氣中的烯烴含量則約為零，混合三種氣體混合后，其烯烴的含量約為3%左右。為此，一定要考慮到在整個(gè)氫氣制作過程中，烯烴含量是否滿足烯烴飽和反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器床層溫度的要求。但是多數(shù)情況下反應(yīng)器床層的溫度相對較低。為此，在整個(gè)控制過程中，反應(yīng)器的入口溫度控制就顯得尤為重要。

1.2 對天然氣進(jìn)料的溫度進(jìn)行控制

通過對反應(yīng)器的流程圖進(jìn)行分析后，能發(fā)現(xiàn)烯烴飽和溫度器應(yīng)該控制在230℃-250℃之間，而加氫反應(yīng)器的溫度則需要在混合進(jìn)料時(shí)控制，其溫度不能夠低300℃，當(dāng)天然氣進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)器溫度則不能夠低于280℃。不僅如此，在整個(gè)操作過程中，應(yīng)明確加氫反應(yīng)器催化劑的起活溫度在280℃，而反應(yīng)器入口的溫度控制也直接影響到了催化劑在使用時(shí)的效果、該設(shè)備的使用壽命等。為此，一定要確保整個(gè)操作過程中的安全性、穩(wěn)定性、規(guī)范性，如果處于低負(fù)荷操作狀態(tài)中，則要求時(shí)刻注意三種不同氣體的組成變化，如果出現(xiàn)了氣體波動(dòng)非常明顯的狀況，需要及時(shí)地進(jìn)行反饋和調(diào)整，并且記錄在案，減少這類事情出現(xiàn)頻率。要求所有的操作人員認(rèn)真地根據(jù)反應(yīng)器的操作指標(biāo)進(jìn)行工作。

2 對轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

整個(gè)操作優(yōu)化的過程中，需要對轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)時(shí)，其中主要包括了三個(gè)不同的轉(zhuǎn)化內(nèi)容，分別是：轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的水碳比優(yōu)化、配氫量的優(yōu)化以及轉(zhuǎn)化中的溫度優(yōu)化。

2.1 對水碳比的優(yōu)化

2.1.1 優(yōu)化方式

在進(jìn)行水碳比優(yōu)化的過程中，應(yīng)考慮到天然氣、催化干氣、加氫干氣作為最基本的原料氣時(shí)，其經(jīng)過了原料精制之后會(huì)進(jìn)入到轉(zhuǎn)化部分，在整個(gè)轉(zhuǎn)化的過程中，要求確定轉(zhuǎn)化的進(jìn)料量不能夠少于3500Nm3/h，同時(shí)也不能大于4600Nm3/h，并且在整個(gè)轉(zhuǎn)化的過程中需要降低轉(zhuǎn)化出口的溫度，確保原料氣中甲烷的含量約在3%-5%左右，而水碳比則需要控制在4.0-4.6之間逐步地減小轉(zhuǎn)化爐所需要承擔(dān)的負(fù)荷，降低在操作過程中存在的問題，使得操作變得更加簡便、操作的質(zhì)量得到提升。如果在整個(gè)操作的過程中水碳比較高，則需要不斷提高物料的總流量，確保所有的物料在爐管內(nèi)制作反應(yīng)的過程中分布更加均勻，需要增大物料的流速，將物料所產(chǎn)生的熱量在最短的時(shí)間內(nèi)帶走，能夠有效地延長爐管以及爐管的使用壽命，催化劑的使用效果得到提升，較高的水碳比雖然促使轉(zhuǎn)化率得到了提升，但是能耗也在逐步增加。

2.1.2 數(shù)據(jù)分析

在整個(gè)操作過程中，應(yīng)該避免的是由于水碳比失調(diào)而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)化爐脈沖進(jìn)料不利這一問題。對水碳比不斷進(jìn)行優(yōu)化，防止催化劑積碳的情況出現(xiàn)。在整個(gè)轉(zhuǎn)化爐配氣量使用過程中，面對操作負(fù)荷，應(yīng)考慮到不同的轉(zhuǎn)化加工量所帶來的裝置負(fù)荷和配氣量水碳比之間的區(qū)別。裝置負(fù)荷轉(zhuǎn)化加工量為3600Nm3/h-4000Nm3/h時(shí)，裝置負(fù)荷與配氣量和水碳比而言，基本處于最佳的狀態(tài)，配計(jì)量所平均10t/h-13t/h，屬于高水碳比操作?；旌掀鞑僮骱螅F(xiàn)場并沒有發(fā)生紅館、花斑等現(xiàn)象，也就是說該操作處于最平穩(wěn)的狀態(tài)，由此可見，在3500Nm3/h-4600Nm3/h之間是最佳的水碳比，能夠讓轉(zhuǎn)化下有效率達(dá)到最高點(diǎn)，提高轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度，降低轉(zhuǎn)化器中所含有的殘余甲烷含量。

2.2 配氫量的優(yōu)化

由于天然氣中含有一定量的有機(jī)硫，將這一內(nèi)容加入氫氣的轉(zhuǎn)化過程中，則取決于天然氣中有機(jī)硫的含量。多數(shù)情況下，天然氣中含有的有機(jī)硫含量較低，約在2- 15mg/m3，整體的體積分?jǐn)?shù)則在3%-10%。通過焦化干氣、催化干氣制氫后，其整體的烯烴含量較高，原料氣含量在體積分?jǐn)?shù)為18%以上，由此可見，其混合氣的制得的氫含量，其差別相對不大，但是在混合器操作的過程中，操作調(diào)整則尤為重要。如果整個(gè)配氫裝置處于一種低負(fù)荷的運(yùn)行，如何做好三種不同氣體的配比在這一階段則是最重要的內(nèi)容。在適當(dāng)降低生產(chǎn)低負(fù)荷時(shí)，不斷降低加氫反應(yīng)器的空速以及入口溫度，能提高水碳比，滿足操作過程優(yōu)化的相關(guān)需求。

2.3 轉(zhuǎn)化中的溫度優(yōu)化

在常規(guī)制氫轉(zhuǎn)化過程中，其反應(yīng)溫度約在750℃左右，而采用PSA提純制氫裝置后，則可以不斷地抵消所有的轉(zhuǎn)化不利影響，并且讓轉(zhuǎn)化溫度得到提升，轉(zhuǎn)化溫度可約達(dá)到820℃左右，但是從實(shí)際的角度進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)化溫度與空速水碳比之間有著密切的聯(lián)系。要求在整個(gè)轉(zhuǎn)化的過程中，轉(zhuǎn)化器殘余的甲烷含量應(yīng)該完全符合工藝的要求，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)。如果是低負(fù)荷產(chǎn)生時(shí)，由于其空速較高，并且轉(zhuǎn)化過程中水碳比在不斷增加，需要不斷提高轉(zhuǎn)化溫度，如果低于750℃就難以保障。如果轉(zhuǎn)化溫度低于750℃，可以保障轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化過程中其原料氣甲烷的殘余含量低于需要控制的指標(biāo)。為了進(jìn)一步的對該內(nèi)容進(jìn)行分析，需要對其數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。也就是說，當(dāng)甲烷的體積分?jǐn)?shù)在3.26%時(shí)，氫氣所占據(jù)的體積分?jǐn)?shù)在74.86%，一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為13.56%，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)則為7.8%，如果甲烷的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了4.31%，氫氣的體積分?jǐn)?shù)基本不變，但是一氧化碳以及二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)則出現(xiàn)了明顯的改變，由此可見，雖然各項(xiàng)指標(biāo)都處于合格的狀態(tài)中，但是隨著轉(zhuǎn)化溫度的升高，其有利于氣體中甲烷含量的減少，對于后續(xù)處理的難度而言會(huì)逐步降低位次，混合器操作可以將其進(jìn)行溫度的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步提高操作的整體質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，通過文章的分析能發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行制氫時(shí)常見的制氫原料具有天然氣、催化干氣、加氫干氣三氣優(yōu)化的過程中，主要是優(yōu)化反應(yīng)器的床層溫度，提高催化劑的使用效果和壽命。在整個(gè)生產(chǎn)操作的過程中，作為工作人員應(yīng)該掌握好水碳比，并且在生產(chǎn)之前了解原料氣的質(zhì)量數(shù)據(jù)，對可能會(huì)影響到反應(yīng)過程中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行操作分析，有效的保護(hù)好催化劑同時(shí)確保制氫裝置能夠安全、穩(wěn)定、長效的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李凱.制氫裝置混合氣作為原料的操作優(yōu)化[J].當(dāng)代化工研究，2019（12）：91-92.

[2]張貴東，閆冰巖，彭永堂.煉化制氫裝置臨氫管線泄漏失效研究[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2019（03）：21-22.

[3]黃金庫，張興，張釗.幾套制氫裝置能耗分析及優(yōu)化[J].石化技術(shù)，2018，25（09）：176-177.

[4]趙洋，張維燕，周景倫.制氫裝置低負(fù)荷運(yùn)行的操作優(yōu)化[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2017，35（02）：135-138.