丙烷冷凍機(jī)在重整氫氣提純工藝技術(shù)中的研究與應(yīng)用

吳昊

摘要：提高重整裝置副產(chǎn)含氫氣體中可液化輕烴是提高氫氣純度和裝置經(jīng)濟(jì)效益的重要方式，本文結(jié)合連續(xù)重整裝置首次將丙烷深冷技術(shù)投用于再接觸工藝來回收重整氫中可液化輕烴增加液收，提高氫純度進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：丙烷深冷液收 氫純度

1、項(xiàng)目背景

催化重整是煉油的主要過程之一。它是在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在的條件下，使石腦油轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓紵N的重整汽油，并副產(chǎn)氫氣的過程。反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣、C1、C2和液化氣等。如何有效地對這些小分子中可液化的輕組份進(jìn)行回收，提高液收和氫純度，是影響催化重整裝置效益的一個(gè)重要研究問題。

2.技術(shù)方案研究與應(yīng)用

2.1研究目標(biāo)與研究內(nèi)容

為進(jìn)一步回收C3、C4餾分，提高重整產(chǎn)氫的純度，重整產(chǎn)氫采用兩級壓縮，并在二級再接觸流程中設(shè)置丙烷冷凍系統(tǒng)使再接觸溫度降至4℃，氫氣純度可達(dá)94.2%。制冷劑采用公司自產(chǎn)更環(huán)保、健康的丙烷（R290）。為更好節(jié)能降耗，壓縮機(jī)組出口采用蒸發(fā)式冷凝冷卻工藝，蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行完全依靠水的蒸發(fā)潛熱帶走熱量，而不是像水冷器依靠水的顯熱帶走熱量，因此水的使用需求量大大減少，從而也降低水處理的工作量和費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.2技術(shù)方案的研究制定過程

制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)將氣態(tài)制冷劑（R290）壓縮后從排氣口排出，制冷劑中的潤滑油在油分離器中被分離，經(jīng)過油冷卻器冷卻至設(shè)定溫度后回到壓縮機(jī)。。丙烷氣體在冷凝器中被冷凝成液體，回到儲(chǔ)罐，再經(jīng)過經(jīng)濟(jì)器進(jìn)一步冷卻后的丙烷液體節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器用戶，在蒸發(fā)器里低溫丙烷將介質(zhì)冷卻的同時(shí)蒸發(fā)未氣體回到壓縮機(jī)入口，完成一個(gè)循環(huán)。因此，制冷壓縮機(jī)的熱力性能和可靠性是決定制冷系統(tǒng)的熱力性能及可靠性的關(guān)鍵性因素。通過對行業(yè)內(nèi)再接觸提純工藝的調(diào)研，與華東設(shè)計(jì)院制定冷凝方案，并選用GEA進(jìn)口雙螺桿制冷壓縮機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)制冷。

2.3技術(shù)方案的生產(chǎn)實(shí)施過程

2.3.1冷凍系統(tǒng)工作原理

螺桿式制冷壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式容積型壓縮機(jī)，它利用一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，周期性地改變轉(zhuǎn)子每對齒槽間的容積來完成吸氣、壓縮、排氣過程。

1、吸氣過程

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒槽容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而逐漸擴(kuò)大，并和吸入口相連通，由蒸發(fā)系統(tǒng)來的氣體通過孔口進(jìn)入齒槽容積進(jìn)行氣體的吸入過程。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定角度以后，齒間容積越過吸入孔口位置與吸入孔口斷開，吸入過程結(jié)束。

2、壓縮過程

當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被機(jī)體、吸氣端座和排氣端座所封閉的齒槽內(nèi)的氣體，由于陰、陽轉(zhuǎn)子的相互嚙合和齒的相互填塞而被壓向排氣端，同時(shí)壓力逐步升高進(jìn)行壓縮過程。

3、排氣過程

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到使齒槽空間與排氣端座上的排氣孔口相通時(shí)，氣體被壓出并自排氣法蘭口排出，完成排氣過程。

由于每一齒槽空間里的工作循環(huán)都要出現(xiàn)以上三個(gè)過程，在壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，幾對齒槽的工作容積重復(fù)進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣循環(huán)，從而使壓縮機(jī)的輸氣連續(xù)、平穩(wěn)。

2.3.2冷凍系統(tǒng)工藝流程

經(jīng)過兩級壓縮為高溫高壓的氣態(tài)制冷劑 R290 從螺桿壓縮機(jī)（K-203A/B）的排氣口排出，經(jīng)過油分離器（D-221A/B），在油分離器中制冷劑 R290 和潤滑油分離出來，分別進(jìn)入制冷劑系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)循環(huán)。

高溫高壓的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器（A-221A/B），通過冷凝器帶走熱量，使高溫高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑。

從冷凝器出來的制冷劑液體進(jìn)入熱虹吸儲(chǔ)液器（D-222），一部分制冷劑去往虹吸式油冷卻器對潤滑油進(jìn)行冷卻，另一部分制冷劑進(jìn)入儲(chǔ)液器（D-223），經(jīng)過經(jīng)濟(jì)器（E-232）過冷后送至用戶端再接觸冷凍器（E-203）。

從用戶端回來的制冷劑氣體通過氣液分離器（D-224）進(jìn)行氣液分離后，制冷劑氣體進(jìn)入螺桿壓縮機(jī)繼續(xù)循環(huán)。

2.3.3 GSC TP控制

丙烷冷凍機(jī)的啟停、操作及控制設(shè)定值都通過現(xiàn)場操作面板控制?？刂泼姘鍨橛|摸屏，能夠方便、靈活的控制，并能根據(jù)主面板參數(shù)的顯示判斷系統(tǒng)和所控設(shè)備的運(yùn)行狀況。集成模塊具有完善的智能化、程序化的控制，可通過自動(dòng)加減載負(fù)荷適應(yīng)式變參數(shù)調(diào)整，保障了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。運(yùn)行中所有的故障報(bào)警和警告都會(huì)存儲(chǔ)在歷史文件里，以供操作人員分析故障報(bào)警描述和原因診斷，為處理故障和更深入的了解系統(tǒng)提供幫助。

為保護(hù)丙烷冷凍系統(tǒng)本身，對重要運(yùn)行參數(shù)，還設(shè)有高報(bào)及限定值，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)范圍值，達(dá)到危險(xiǎn)工況時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并自動(dòng)調(diào)整載荷或切換油泵，防止系統(tǒng)因油壓、吸排氣壓力等參數(shù)的變化，造成非計(jì)劃性停機(jī)或設(shè)備的損壞。

2.4主要研究成果及達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

重整丙烷冷凍系統(tǒng)從2019年4月29日一次開車成功，到目前為止已運(yùn)行超過兩年。兩臺(tái)機(jī)組各更換潤滑油一次，補(bǔ)充丙烷一次，根據(jù)裝置工況調(diào)整負(fù)荷數(shù)次，目前正常運(yùn)行，未出現(xiàn)因系統(tǒng)問題造成的裝置波動(dòng)。

通過調(diào)研，當(dāng)再接觸壓力為2.4MPa時(shí)，再接觸溫度的變化對重整裝置的純氫產(chǎn)量沒有影響;隨著再接觸溫度越低，重整氫氣的純度越高，液化氣的產(chǎn)量越大，通過與采用循環(huán)水和冷媒水對比，采用丙烷作為冷凍劑時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益更好。

3.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1、丙烷冷凍系統(tǒng)由2臺(tái)螺桿壓縮機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，單臺(tái)制冷量1569.3KW，可根據(jù)工況可由微電腦中心自動(dòng)控制調(diào)節(jié)負(fù)荷及運(yùn)行狀態(tài)，也可進(jìn)行半自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，大大提高運(yùn)行穩(wěn)定性，系統(tǒng)性能優(yōu)異，高效節(jié)能，全年運(yùn)行節(jié)能達(dá)20%以上。

2、使用蒸發(fā)式冷凝器對丙烷進(jìn)行液化，蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝方便。通過依靠冷卻水的蒸發(fā)吸熱冷卻介質(zhì)，冷卻效果顯著，并大大減少了冷卻水用量。

3、冷凝盤管是在整個(gè)主表面上連續(xù)的蛇形鋼管，盤管設(shè)計(jì)壓降低，并傾斜配管，可將冷凝液體自流排除，防止液擊。

4. 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益

4.1制冷劑丙烷（R290）在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，理想狀況下體量無損耗。其較高的熱導(dǎo)率提高了系統(tǒng)的傳熱效果，使系統(tǒng)能耗降低，并且丙烷作為一種天然制冷劑，ODP=0，GWP=3，對環(huán)境沒有破壞。

4.2 氫氣純度的提高，對再生還原效果更好，減少電加熱器內(nèi)部積碳結(jié)焦，延長設(shè)備使用壽命，減少裝置非計(jì)劃性停工檢修。

4.3增加液化氣產(chǎn)量0.62t/h。

[1]王永峰，張 雷 .氫氣提純工藝及技術(shù)選擇[J].化工設(shè)計(jì)，2015，25（2）：14-17.

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