柴油加氫-制氫聯(lián)合裝置注水流程優(yōu)化

賈文博

中海油東方石化有限責(zé)任公司 海南 東方 572600

1 前言

某石化企業(yè)30萬噸/年柴油加氫裝置以催化柴油為原料，經(jīng)過反應(yīng)部分（含新氫壓縮機、循環(huán)氫壓縮機）、分餾部分，實現(xiàn)柴油加氫精制，其中冷換設(shè)備采用除鹽水注水來防止加氫反應(yīng)產(chǎn)物在冷換設(shè)備上結(jié)鹽；4000 Nm3/h制氫裝置以天然氣為原料，采用烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化法造氣、PSA法提純氫氣的工藝路線，分為原料氣加氫、原料氣脫毒、原料氣蒸汽轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化氣的中溫變換及PSA氫氣提純。其中工藝冷凝水（酸性水）直接送至常壓裝置處理。

2 改造目標可行性論證

2.1 對目前制氫裝置工藝冷凝水水質(zhì)和柴油加氫裝置注水水質(zhì)做出對比分析

在柴油加氫裝置注水水質(zhì)要求中，水中的氧含量是一個需要嚴格控制的指標。因為水中的溶解氧會氧化反應(yīng)產(chǎn)物中的硫化氫或其他硫化物，生成元素硫而引起堵塞、腐蝕和無法從產(chǎn)品中分離等方面的問題，水中的溶解氧還會氧化腐蝕設(shè)備材質(zhì)。另一個需要控制的指標是注水的pH值，因為在酸性環(huán)境下，管道的腐蝕就會隨著pH值的減小而加劇。另外，還需嚴格控制注水中的鐵離子、懸浮物含量，如果鐵離子、懸浮物含量超標，將會在設(shè)備、管道內(nèi)壁生成難溶的硫化亞鐵沉積下來，堵塞設(shè)備和管道。

通過對制氫工藝冷凝水水質(zhì)的化驗分析，可以看出水中的含氧量、pH值、鐵離子濃度及氨氮含量都是比較理想的，從水質(zhì)方面分析，制氫酸性水能達到加氫反應(yīng)注水的條件。保證制氫裝置平穩(wěn)運行，及時關(guān)注樣品質(zhì)量，提高制氫酸性水水質(zhì)分析頻次。保證制氫裝置工藝冷凝水水質(zhì)達到柴油加氫注水水質(zhì)要求。

表1 柴油加氫注水水質(zhì)設(shè)計要求與制氫工藝冷凝水水質(zhì)對比表

（1）水質(zhì)指標中的pH值、NH3，可以通過提高汽提塔底的汽提蒸汽量使這兩個指標合格

（2）水質(zhì)中的鐵離子含量是無法控制的，制氫裝置中變反應(yīng)器的催化劑是四氧化三鐵，催化劑中流失的鐵離子和器壁管線腐蝕產(chǎn)生的鐵離子，會攜帶至酸性水中，影響水質(zhì)。鐵離子流失的速度隨著生產(chǎn)周期加長而增加，當(dāng)酸性水中鐵離子濃度超過設(shè)計值或影響加氫注水效果時，就不能作為加氫反應(yīng)注水使用，在日常生產(chǎn)中可以提高制氫酸性水水質(zhì)分析頻次，保證加氫反應(yīng)注水水質(zhì)的要求。如有異常及時與上下游裝置進行聯(lián)系溝通，保證制氫裝置工藝冷凝水水質(zhì)穩(wěn)定。

2.2 柴油加氫注水量與制氫裝置酸性水量是否匹配

柴油加氫裝置原設(shè)計的反應(yīng)注水為裝置外來的除鹽水，根據(jù)生產(chǎn)負荷及高分含硫污水中氨氮含量、pH值調(diào)整反應(yīng)注水量為2.0 t/h。在正常生產(chǎn)條件下，制氫裝置根據(jù)生產(chǎn)負荷（60%負荷至滿負荷），可供給工藝冷凝水量為1.5～2.5t/h。在水量方面，完全滿足柴油加氫裝置在正常生產(chǎn)時反應(yīng)注水水量。保證柴油加氫裝置注水罐液位穩(wěn)定的操作：

（1）制氫裝置低負荷運行情況下，工藝冷凝水量外送量減少，為保證柴油加氫注水罐液位穩(wěn)定，加氫反應(yīng)注水為除鹽水+工藝冷凝水注水。

（2）制氫裝置高負荷運行情況下，工藝冷凝水外送量增加，為保證柴油加氫注水罐液位穩(wěn)定，制氫裝置可以向常壓裝置外送部分工藝冷凝水。

制氫裝置工藝冷凝水水量大幅波動對加氫反應(yīng)注水罐液位的影響，為保證柴油加氫裝置注水罐液位平穩(wěn)，使柴油加氫裝置原有的注水流程一直保持暢通狀態(tài)，原注水調(diào)節(jié)閥投用自動狀態(tài)。當(dāng)制氫裝置工藝冷凝水量減少時，柴油加氫注水罐液位下降，為保證注水罐液位平穩(wěn)，原注水調(diào)節(jié)閥自動打開，補充注水罐液位，注水系統(tǒng)采用原來的注水流程；當(dāng)制氫裝置工藝冷凝水量增多時，為保證注水罐液位平穩(wěn)，原注水調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，多余工藝冷凝水可外送至常壓裝置。因此柴油加氫裝置補充注水罐液位的2種注水方式可以實現(xiàn)無擾動切換。

1.3 柴油加氫裝置運行是否受制氫裝置注水溫度影響

溫度對柴油加氫裝置影響因素為：

（1）由于制氫裝置工藝冷凝水的溫度高于柴油加氫注水用的除鹽水的溫度，為了保證管道運行期間的平穩(wěn)，自項目實施以來每天測量注水點溫度。

（2）柴油加氫注水泵設(shè)計注水溫度-130℃～340℃，制氫工藝冷凝水溫度為100℃左右，從設(shè)計角度考慮對柴油加氫對注水泵P-1102影響不大，但實際運行中，因為注水本來就進行過優(yōu)化，注水量降低到正常生產(chǎn)的下限2.0 t/h，機泵在高溫下產(chǎn)生了微量的抽空及氣蝕，對機泵影響較大。裝置針對性微開了機泵的最小回流線，有效緩解機泵低流量、高溫度運行情況。

1.4 酸性水對柴油加氫設(shè)備腐蝕影響

為保證制氫裝置工藝冷凝水改入柴油加氫裝置注水罐作為反應(yīng)注水的長周期運行，定期對注水點管線進行測溫與壁厚監(jiān)測。制氫裝置的工藝冷凝水管線采用的材質(zhì)為304L，而柴油加氫注水管線采用普通的碳鋼管道，為了防止由于制氫裝置工藝冷凝水中攜帶的少量雜質(zhì)對柴油加氫注水碳鋼管線產(chǎn)生腐蝕沖刷，發(fā)生管線泄漏事故，定期通過對柴油加氫注水管線進行定點測厚，對其數(shù)據(jù)進行分析，時刻掌握管道運行情況。

2 改造方案

通過對制氫裝置工藝冷凝水的水質(zhì)、水量、水溫以及裝置現(xiàn)場布局與施工方面進行全面分析，對柴油加氫與制氫裝置現(xiàn)場相關(guān)管線位置布局查看，制氫裝置工藝冷凝水外送管線與柴油加氫注水管線距離很近，確定了制氫裝置工藝冷凝水回收至柴油加氫裝置除鹽水罐代替除鹽水做注水技術(shù)改造實施的最終方案，此次技術(shù)改造實施只需要增加一條管線即可（見圖1），現(xiàn)場布局與設(shè)備方面完全滿足施工要求。

圖1 技術(shù)方案改造流程示意圖

本次技術(shù)改造增加了一條DN50管線，2個DN50的閥門。制氫裝置汽提塔底工藝冷凝水泵P-1102A/B出口正常運行壓力為0.7MPa，選用管道和閥門的壓力等級為PN2.0MPa。此方案施工相對簡單，投資金額少，在裝置不停工的狀態(tài)下就可以實施，簡單有效地解決了制氫裝置工藝冷凝水的回收問題。

3 技改實施調(diào)整

3.1 關(guān)注制氫裝置工藝冷凝水的水質(zhì)變化

保證制氫裝置平穩(wěn)運行，及時關(guān)注樣品質(zhì)量，提高制氫酸性水水質(zhì)分析頻次，保證制氫裝置工藝冷凝水水質(zhì)達到柴油加氫注水水質(zhì)要求。

3.2 關(guān)注加氫反應(yīng)注水罐液位的波動

制氫裝置低負荷運行情況下，工藝冷凝水量外送量減少，為保證柴油加氫注水罐液位穩(wěn)定，加氫反應(yīng)注水完全改為除鹽水注水。制氫裝置高負荷運行情況下，工藝冷凝水外送量增加，為保證柴油加氫注水罐液位穩(wěn)定，制氫裝置可以向常壓裝置外送部分工藝冷凝水。

3.3 減少長周期運行對柴油加氫裝置的影響

提高制氫酸性水水質(zhì)分析頻次，定期對注水點管線進行測溫與壁厚監(jiān)測，保證制氫裝置工藝冷凝水作為柴油加氫裝置反應(yīng)注水的長周期運行

3.4 加強操作培訓(xùn)

制定新的操作參數(shù)范圍作為調(diào)整指導(dǎo)文件，加大培訓(xùn)力度，對部門員工講解本次技改的全過程，讓每個操作人員了解本次技改的成果，提高操作人員的操作水平。鼓勵在日常生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)新的節(jié)能舉措，及時溝通實踐。將加氫-制氫裝置平穩(wěn)率與樣品合格率的具體要求標準化，在各班間進行勞動競賽，競賽結(jié)果納入考核范圍。加強現(xiàn)場巡查，定期進行溫度測量和管線壁厚監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報處理。

4 改造效果

實現(xiàn)了制氫裝置工藝冷凝水作為柴油加氫裝置反應(yīng)注水的目的，達到了預(yù)期效果，

4.1 柴油加氫裝置補充注水罐液位的兩種注水方式可以實現(xiàn)無擾動切換保證

柴油加氫裝置注水罐液位平穩(wěn)，使柴油加氫裝置原有的注水流程一直保持暢通狀態(tài)，原注水調(diào)節(jié)閥投用自動狀態(tài)。當(dāng)制氫裝置工藝冷凝水量減少時，柴油加氫注水罐液位下降，為保證注水罐液位平穩(wěn)，原注水調(diào)節(jié)閥自動打開，補充注水罐液位，注水系統(tǒng)采用原來的注水流程；當(dāng)制氫裝置工藝冷凝水量增多時，為保證注水罐液位平穩(wěn)，原注水調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，多余工藝冷凝水可外送至常壓裝置。柴油加氫注水罐液位長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生任何波動情況，柴油加氫裝置注水罐平穩(wěn)率為99.78%。

4.2 設(shè)備腐蝕可控

為保證制氫裝置工藝冷凝水改入柴油加氫裝置注水罐作為反應(yīng)注水的長周期運行，通過定期對柴油加氫注水管線進行定點測厚，對其數(shù)據(jù)進行分析，時刻掌握管道運行情況，未出現(xiàn)管道腐蝕泄漏問題。定期監(jiān)測注水點溫度，保證實施前后注水點溫度≤100℃，避免了注水泵高溫下機封損耗。

4.3 柴油加氫高分含硫污水無異常

為避免因注水水質(zhì)不合格導(dǎo)致達不到柴油加氫注水洗滌氨鹽的效果，在日常生產(chǎn)中提高制氫酸性水水質(zhì)分析頻次，保證加氫反應(yīng)注水水質(zhì)的要求。如有異常及時與上下游裝置進行溝通，并聯(lián)系化驗中心進行加樣復(fù)查，保證制氫裝置工藝冷凝水水質(zhì)穩(wěn)定。投用后柴油加氫高分含硫污水未出現(xiàn)任何異常，各項指標均在合格范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

制氫裝置工藝冷凝水替代柴油加氫反應(yīng)注水，柴油加氫裝置與制氫裝置運行平穩(wěn)，達到了降本增效的目的。

5.1 經(jīng)濟效益與環(huán)境效益

柴油加氫裝置效益：柴油加氫裝置原注水介質(zhì)為除鹽水，單價為10.0元/t，現(xiàn)根據(jù)制氫裝置生產(chǎn)負荷，每年節(jié)省除鹽水14500t，節(jié)省成本為14500×10.0=145000元/a

制氫裝置效益：制氫酸性水技改前，外送出裝置至常壓電脫鹽，每噸酸性水產(chǎn)生1.98元的效益，減少效益為14500×1.98=28710元/a

污水處理：制氫酸性水電脫鹽后，進入污水處理廠，污水處理廠處理污水成本為11元/a，節(jié)約污水處理費用為：14500×11=159500元/a

每年節(jié)約成本為：

145000-28710+159500=275790元/a

5.2 技術(shù)方案的應(yīng)用以及可推廣性

制氫裝置工藝冷凝水主要來源于制氫轉(zhuǎn)化預(yù)熱段配入的工藝蒸汽，在依次經(jīng)過4個分水罐后進入汽提塔，經(jīng)低壓蒸汽汽提后脫除微量的CO2等雜質(zhì)，由汽提塔底泵送出裝置。在采集水樣分析后，水質(zhì)的含氧量、鐵離子濃度、氨氮含量等都符合加氫注水的要求。投入生產(chǎn)使用后，通過對柴油加氫裝置高分含硫污水樣品中的氨氮含量、鐵離子濃度進行分析，達到了預(yù)期的效果。因此，制氫酸性水可以代替除鹽水作為加氫反應(yīng)注水，加氫-制氫聯(lián)合裝置可以合理利用制氫酸性水代替除鹽水作為加氫反應(yīng)注水，投入生產(chǎn)使用后，通過對柴油加氫裝置高分含硫污水樣品中的氨氮含量、鐵離子濃度進行分析，達到了預(yù)期的效果。