新形勢下石油制氫裝置的工程應(yīng)用

趙進科(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

在新時期對石油化工企業(yè)制氫裝置設(shè)備分析，發(fā)現(xiàn)大部分的管道管徑較大。需做好平面的布置，減少管道的往復(fù)，既能夠減少對管道的投資，也降低污染物排放時所消耗的經(jīng)濟成本，后續(xù)污染物的處理效果提升，促使制氫技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，改變原本制氫技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量較差等一系列的問題。在制氫工藝以及至今材料選擇的過程中，明確其兩者直接決定了制氫所消耗的成本，及時的反思，不斷優(yōu)化。

1 新形勢下石油制氫的重要性以及原料

1.1 新形勢下石油制氫的重要性

制氫加工是當前實現(xiàn)油品輕質(zhì)化，提高石油產(chǎn)品品質(zhì)的重要手段，能夠利用氫氣這一種清潔能源，滿足我國經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)需求。在很多煉油廠中都擁有各式各樣不同的氫氣來源，其包括了至今烴類部分氧化法、輕烴水蒸氣轉(zhuǎn)化法、含氫氣體膜分離等。在新時期背景下，制氫技術(shù)已經(jīng)有了相對較大的進步，需要明確制氫工藝的選擇以及原料的選擇?，F(xiàn)如今無論是國內(nèi)或是國外最常用的一種制氫工藝就是部分氧化法、輕烴水蒸氣轉(zhuǎn)化法。部分氧化法這種制氫工藝所選擇的材料相對于較為廉價，比如說重制烴類，但是在使用這種方法時，整體的工藝，投資資金更高，進行工藝操作時，整體的操作手段更為復(fù)雜，在這種工藝理論下，制氫設(shè)備規(guī)模會受到煉油廠整體布局規(guī)模的限制[1]。為此，這種至今工藝本身的限制較大，而輕烴水蒸氣所需要消耗的投資相對減少，操作更為簡單便捷。這項工藝技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到了較為成熟的階段，對于石油化工企業(yè)的應(yīng)用而言，能夠帶來更加積極的影響。結(jié)合國內(nèi)外石油化工企業(yè)的應(yīng)用質(zhì)量進行分析，選擇預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)與雙蒸氣系統(tǒng)，減少在布置過程中對于能源的消耗，降低投資能滿足新時期下制氫的相關(guān)要求。讓我國石油化工企業(yè)在當前獲得長足的發(fā)展，提高經(jīng)濟效益的同時降低能源的消耗。

1.2 石油制氫的相關(guān)原料

煉廠制氫原料包括了常見的液態(tài)烴和氣態(tài)烴兩種不同的類別，這兩種一直以來都是我國氫氣獲取的重要原材料之一。當前很多煉油廠為了提高制氫氣的整體效果，也對氫氣的制作設(shè)備提出了更高的需求，其整體的制作氫氣設(shè)備向著大型化發(fā)展，單一的材料已經(jīng)無法滿足制氫設(shè)備的整體時使用需求。為此，現(xiàn)階段很多煉油廠在制作氫氣時都是由多種原料混合使用。其目的是確保原料本身的來源是穩(wěn)定的，優(yōu)先選擇產(chǎn)氫量更高的天然氣、液化石油氣、干氣作為最基本原料，只有在原料出現(xiàn)不足的情況下，才會選擇分子量較大的其他原料作為使用，提高制作氫氣的整體效果，滿足當前制氫的相關(guān)需求。不斷優(yōu)化制氫設(shè)備的目的則是為了讓氫氣在使用時，整體的制氫過程能降低經(jīng)濟消耗，獲取更高的氫收率，同時監(jiān)管對環(huán)境所帶來的負面影響，讓制氫設(shè)備在整個設(shè)備的使用過程中既能夠做到節(jié)約能源、環(huán)境友好，同時也能夠獲取更高的經(jīng)濟效益，滿足我國市場中各企業(yè)的效益需求。

2 新形勢下石油制氫裝置的工程應(yīng)用

在新形勢下石油制氫裝置工程的應(yīng)用過程中，可以分幾種不同的應(yīng)用內(nèi)容，分別是預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用、雙蒸氣系統(tǒng)應(yīng)用、雙系列設(shè)置的制氫技術(shù)以及平面布置設(shè)置。

2.1 預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用

在預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用的過程中，由于其屬于大型的制氫裝置，在石油制氫裝置的使用中選擇的轉(zhuǎn)化爐尺寸相對較大，并且有數(shù)量較多的爐管根數(shù)。復(fù)雜的轉(zhuǎn)化工況則需要對催化劑提出更高的要求，利用預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)能夠?qū)⑻级N類完全轉(zhuǎn)化成為一氧化碳以及甲烷等，提高了催化劑的使用效果，并且讓催化轉(zhuǎn)化的速度更快，保障所有的原材料本身具有一定適應(yīng)性，同時降低了轉(zhuǎn)化時對反應(yīng)的苛刻要求。

2.2 雙蒸氣系統(tǒng)

針對大部分企業(yè)的大型化制氫裝置而言，由于其外輸蒸汽量較為巨大，十分容易影響到全廠蒸汽機在使用時的平衡性。為了進一步的滿足所有制氫外輸品質(zhì)的要求，需要利用到雙蒸氣系統(tǒng)，在雙蒸汽系統(tǒng)中包括了外輸清潔以及工藝蒸汽兩種不同的蒸汽系統(tǒng)。外輸清潔借助的是預(yù)熱以及除氧器能夠溶解水蒸氣中的一系列雜質(zhì)，并且直接將水蒸氣送入到蒸汽汽包[2]。使用廢鍋完成高品質(zhì)的清潔蒸汽制造在整個工藝流程中，蒸汽是利用兩個不同的轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)了分水罐分離工藝冷凝水，并且在除去二氧化碳的雜質(zhì)后，直接將其送入到蒸汽的汽包。

2.3 雙系列設(shè)置的制氫技術(shù)

雙系列設(shè)置的制氫技術(shù)則是由于在石油化工廠中其部分煉廠存在著一定的氫氣缺口，在用量變化較大的情況，如果長期處于低負荷狀態(tài)，制氫對煉廠的經(jīng)濟發(fā)展也會帶來一定的負面影響，甚至?xí)苯咏档徒?jīng)濟的利潤。那么雙系列的制氫裝置有效解決這一問題。雙系列的配置既可以有效地降低裝置的損耗，減少投資成本，還能大幅度的提高裝置在使用時的靈活性。整個制氫工藝系列的設(shè)置過程中，分別接入天然氣，達到燃料的平衡狀態(tài)。多余的燃料則可以直接送入到制氫設(shè)備中作為制氫的用料，由此將其分開設(shè)計放空分液罐，也是保障這些設(shè)備使用的過程中不會出現(xiàn)浪費能源的重要使用方式之一。

2.4 對制氫裝置的布置

在新時期下，隨著我國對新能源的需求越來越高，在整體能源發(fā)展以及制氫工藝開展過程中，對于氫的需求量在不斷增大，現(xiàn)階段無論是國內(nèi)或是國外對于清潔能源的使用需求都在逐步上升。國內(nèi)外使用了大量的大規(guī)模制氫裝置，無論是管道、管徑的布置、設(shè)備的安裝，均要求制氫裝置整體使用合規(guī)。分析部分制氫工藝發(fā)現(xiàn)其成本相對較高。為此，需要通過最合理的布局減少管道的排布復(fù)雜程度，既可以減少經(jīng)濟消耗，同時也能讓制氫工藝的使用質(zhì)量得到提升[3]。以某公司為例，為了進一步提高石油制氫裝置的應(yīng)用效果，在制氫裝置的布置和選擇的過程中需要高度注意布置的效果，在該公司內(nèi)選擇的是集中相同的設(shè)備，應(yīng)該嚴格的按照已經(jīng)既定好的工藝流程以及相關(guān)的施工順序進行有效的布置。并且要求在進行該公司的制氫設(shè)備分析的過程中，做好設(shè)備的應(yīng)用規(guī)劃，將其劃分為PSA區(qū)、冷換區(qū)、反應(yīng)區(qū)、壓縮機區(qū)、爐區(qū)等。其中PSA區(qū)始終是熱爐燃料在應(yīng)用過程中最為主要的供應(yīng)點，要求在整個設(shè)計的過程中其PSA區(qū)域應(yīng)該相對靠近爐區(qū)，其目的是為了確保管道在應(yīng)用的過程中能做好有效的降壓。與此同時，也可以直接且有效的緩解管道在投資的過程中所承擔(dān)的壓力。除此之外，要求全部壓縮機都應(yīng)該均勻的將其布置在同一個機棚的內(nèi)部，提高所有設(shè)備在運行時的效果。在新時期下石油制氫裝置設(shè)備工程在優(yōu)化的過程中，由于其本身的管道管徑通常都比較大，為此其能有效的做好平面布置，盡可能減少管道中存在的往復(fù)，并且有效的減少管道在投資過程中的消耗，直接且有效的降低污染物在排放過程中對環(huán)境造成的污染，從而可以做到節(jié)省后續(xù)在進行污染物處理的過程中所需要消耗的經(jīng)濟成本以及投資。

3 新形勢下石油制氫裝置的工程優(yōu)化

在制氫裝置時，還需要不斷地提高整體的節(jié)能措施，確保消耗的經(jīng)濟在逐步減少，能夠提高制氫工藝的整體使用效果。比如說針對制氫的轉(zhuǎn)化爐鼓、引風(fēng)機工藝用風(fēng)量的減少，由于風(fēng)機本身并沒有一定的變頻功能，始終以一個恒定的轉(zhuǎn)速進行驅(qū)動，風(fēng)量在減少時電機自身的負荷并沒有多大改變，仍舊處于一種高負荷的狀態(tài)，如果電機長時間的以這種運轉(zhuǎn)方式進行運行，會出現(xiàn)大量的電能被消耗、被浪費的情況。作為現(xiàn)場的工作人員可以通過開關(guān)閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)速，促使工作強度增大或變小。但是這種調(diào)節(jié)效果達不到最佳的理想狀態(tài)。通過采用變頻技術(shù)(液力耦合)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，使其準確的閉環(huán)控制，滿足工藝的相關(guān)需求實現(xiàn)自動控制[4]。如果采用的是變頻(液力耦合)調(diào)速驅(qū)動引風(fēng)機，能夠突出其使用的優(yōu)點節(jié)約電能，提高設(shè)備的整體使用效率，降低人工的勞動程度，滿足了制氫裝置的工藝要求，也能優(yōu)先自動控制，改造后電機則實現(xiàn)了降壓啟動，避免啟動大電流，或者是對設(shè)備本身造成了線路損害值，延長所有設(shè)備的使用壽命。同時還需要加強對于轉(zhuǎn)化爐的調(diào)節(jié)，嚴格控制爐膛氧含量以及爐膛的負壓，盡可能將其控制在低一點的負壓狀態(tài)，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)化爐的風(fēng)門，爐膛的看火孔、火嘴和火口等可能會出現(xiàn)漏風(fēng)的地方，全部用毛氈包起來調(diào)節(jié)爐膛的負壓控制閥，控供風(fēng)量，降低了爐膛本身的含氧量；同時將轉(zhuǎn)化爐頂部散熱出來的熱空氣進行回收，作為鼓風(fēng)機入口風(fēng)源，進而不斷提高瓦斯的利用率，降低瓦斯在使用時的消耗。氣體塔系統(tǒng)優(yōu)化幾點淺談，酸性水經(jīng)過酸性水汽提塔(不再用汽提蒸汽)，經(jīng)過升壓泵升壓后加注酸性水緩釋劑，經(jīng)冷卻器冷卻至50 ℃以下，經(jīng)過濾后，部分經(jīng)過酸性水汽提塔液位控制閥送往循環(huán)水場，另一部分送往加氫裝置作為高壓空冷注水。可以充分利用現(xiàn)有設(shè)備將制氫酸性水合理回收，加注150.0～200.0×10-6酸性水緩釋劑，將酸性水里面的有CO2進行絡(luò)合，將水送往加氫裝置，代替加氫裝置的除氧水。華東某石化制氫裝置，得到了成功的運用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。優(yōu)點：該技術(shù)采用化學(xué)方法對制氫酸性水進行處理可以徹底解決酸性水腐蝕性問題。采用該技術(shù)替代了加氫注水用的除鹽水，可以實現(xiàn)酸性水的升級應(yīng)用；該技術(shù)可以節(jié)約處理該水所用的大量的汽提蒸汽。降低裝置能耗；投資少，操作簡單，處理后水質(zhì)穩(wěn)定性好。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，對制氫技術(shù)的發(fā)展提出了更高要求。煉油廠作為煉油廠最重要的氫氣來源，在制氫的過程中規(guī)模不斷攀升，需要依靠更加方便的制氫技術(shù)。