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      不同制氫裝置工藝?yán)淠夯厥绽玫膶Ρ确治?/h1>
      2015-10-25 03:11:14劉永輝
      化工技術(shù)與開發(fā) 2015年8期
      關(guān)鍵詞:汽提分液凝結(jié)水

      劉永輝

      (中國石油廣西石化公司,廣西 欽州 535008)

      某石化公司先后建有4×104Nm3·h-1和14×104Nm3·h-1兩套制氫裝置,分別采用國內(nèi)和國外的專利技術(shù),造氣部分均采用烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫,凈化部分采用PSA 提純工藝,生產(chǎn)純度為99.9%的工業(yè)氫氣。為了取得較高的轉(zhuǎn)化率和防止轉(zhuǎn)化催化劑積碳,反應(yīng)系統(tǒng)中需要配入過量的水蒸汽,未反應(yīng)的蒸汽在后續(xù)系統(tǒng)冷卻成凝結(jié)水。合理回收利用系統(tǒng)中的凝結(jié)水不僅能降低裝置能耗,而且可以減少酸性水排放,保護(hù)環(huán)境。此公司2 套制氫裝置分別采用不同的工藝回收工藝?yán)淠海?×104Nm3·h-1制氫裝置采用汽提塔對凝結(jié)水處理后回收利用,14×104Nm3·h-1制氫裝置則采用單獨的除氣器對凝結(jié)水進(jìn)行處理,2 套裝置處理后的凝結(jié)水均能滿足裝置生產(chǎn)的需求。

      1 裝置簡介

      為了平衡氫氣管網(wǎng),以及全廠首次開工的需要,某石化公司4×104Nm3·h-1制氫裝置于2010 年與1000 萬t 煉油工程共同建設(shè)開工。制氫裝置由洛陽石化工程建設(shè)公司設(shè)計,采用典型的烴類水蒸汽法制氫,經(jīng)變壓吸附(PSA)提純后得到純度為99.9%的工業(yè)氫氣,直接送至氫氣管網(wǎng)。

      14×104Nm3·h-1制氫裝置為該公司含硫原油加工配套工程,是目前國內(nèi)最大的單系列烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置。造氣部分采用TECHNIP 公司的低能耗蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù),凈化部分采用UOP 公司的PSA 提純工藝。TECHNIP 公司低能耗蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)具有投資省﹑能耗低﹑操作可靠性﹑靈活性高等優(yōu)點。UOP公司的PSA凈化技術(shù)簡化了裝置流程,氫氣回收率高達(dá)90%,產(chǎn)品氫氣純度高達(dá)99.9%。

      2 套制氫裝置工藝流程基本相同,都是由原料升壓﹑原料精制脫硫﹑轉(zhuǎn)化中變﹑中變氣冷卻﹑PSA提純等部分組成,14×104Nm3·h-1制氫裝置增加了預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng),且其換熱流程﹑轉(zhuǎn)化爐設(shè)計更加先進(jìn),能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4×104Nm3·h-1制氫裝置。

      2 凝結(jié)水回收利用工藝對比

      2.1 凝結(jié)水回收工藝對比

      制氫裝置的核心反應(yīng)為轉(zhuǎn)化反應(yīng),其基本原理是烷烴和水蒸汽在轉(zhuǎn)化催化劑的作用下,產(chǎn)生氫氣﹑一氧化碳﹑二氧化碳。為了增加烷烴的轉(zhuǎn)化率用來產(chǎn)生更多的氫氣,以及防止轉(zhuǎn)化催化劑積碳,轉(zhuǎn)化爐中配入的蒸汽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)化當(dāng)量,多余的蒸汽除在變換反應(yīng)器中繼續(xù)參加反應(yīng)外,尚有50%的蒸汽沒有參與反應(yīng),這部分蒸汽在后續(xù)冷卻系統(tǒng)中冷卻成凝結(jié)水。此部分凝結(jié)水由于溶解了大量二氧化碳及部分系統(tǒng)中的雜質(zhì),不能直接作為裝置用水被利用。合理利用此部分凝結(jié)水能大大降低裝置加工能耗,因此是各設(shè)計單位研究的重點。

      4×104Nm3·h-1制 氫 裝 置 設(shè) 計 水 碳 比 為3.2~6.0,本裝置通??刂圃?.5~4.0,蒸汽用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出轉(zhuǎn)化中變所需量,未反應(yīng)的蒸汽先后通過除氧水﹑除鹽水﹑空氣冷卻器﹑循環(huán)水冷卻,經(jīng)多次冷卻分液后分別在3 個分液罐中聚集,每個分液罐均設(shè)有獨立的液位控制系統(tǒng),冷卻后的凝結(jié)水分別通過液位控制閥門進(jìn)入汽提塔進(jìn)行處理,其工藝流程及控制系統(tǒng)如圖1 所示。

      圖1 4×104 Nm3·h-1 制氫裝置凝結(jié)水回收流程

      14×104Nm3·h-1制氫裝置設(shè)計水碳比為2.95,雖比4×104Nm3·h-1制氫裝置配汽量少,但是蒸汽用量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出轉(zhuǎn)化中變所需量。此裝置設(shè)置單獨的蒸汽發(fā)生系統(tǒng),未反應(yīng)的蒸汽先后通過飽和中壓蒸汽﹑除氧水﹑除鹽水﹑空氣冷卻器﹑循環(huán)水冷卻,經(jīng)多次冷卻分液后分別在2 個分液罐中聚集,2 個分液罐采用一套液位控制系統(tǒng),冷卻后的凝結(jié)水分別通過液位控制閥門進(jìn)入除氣器進(jìn)行處理,其工藝流程及控制系統(tǒng)如圖2 所示。

      對比2 套制氫裝置的流程圖可以看出,2 套制氫裝置冷卻系統(tǒng)大致相同,14×104Nm3·h-1制氫裝置工藝凝結(jié)水回收流程及控制系統(tǒng)相對簡單。

      圖2 14×104 Nm3·h-1 制氫裝置凝結(jié)水回收流程

      2.2 凝結(jié)水處理工藝對比

      4×104Nm3·h-1制氫裝置凝結(jié)水采用國內(nèi)裝置經(jīng)典的汽提處理工藝,通過1.0 MPa 蒸汽經(jīng)汽提塔除去水中溶解的二氧化碳以及其它易揮發(fā)的小分子化合物,經(jīng)汽提后的凝結(jié)水再送至除氧器進(jìn)行進(jìn)一步處理,經(jīng)過2 次處理的凝結(jié)水和界區(qū)來的除鹽水混合,被預(yù)熱后送至蒸汽發(fā)生器。經(jīng)汽提后的凝結(jié)水如果達(dá)不到汽包用水的水質(zhì)要求,則送至公司酸性水管網(wǎng)做進(jìn)一步處理。因為此裝置只有1 個蒸汽發(fā)生器,因此需時刻關(guān)注除氧水的各項指標(biāo),且存在外送蒸汽被污染的風(fēng)險。一旦除氧水檢驗不合格將減少凝結(jié)水的用量,將部分凝結(jié)水送至公司酸性水管網(wǎng)處理,因此本裝置只能回收利用部分凝結(jié)水。

      14×104Nm3·h-1制氫裝置獨立設(shè)置1 套凝結(jié)水蒸汽發(fā)汽系統(tǒng),凝結(jié)水通過系統(tǒng)產(chǎn)生的0.2MPa 蒸汽經(jīng)過除氣器除去水中溶解的二氧化碳及其它易揮發(fā)的小分子化合物,經(jīng)過處理的凝結(jié)水和補(bǔ)充的除鹽水混合,被預(yù)熱后全部送至蒸汽發(fā)生器。此蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽全部用于系統(tǒng)配汽使用,因此不存在污染外送蒸汽的風(fēng)險,能充分保證外送蒸汽的質(zhì)量,系統(tǒng)能全部將裝置的凝結(jié)水回收利用。

      對比2 套制氫裝置,除了凝結(jié)水處理的工藝流程不同外,2 套裝置的廢汽回收利用流程也不相同。4×104Nm3·h-1制氫裝置使用1.0MPa 蒸汽汽提,經(jīng)汽提后的蒸汽現(xiàn)場排放至大氣;14×104Nm3·h-1制氫裝置則使用裝置自產(chǎn)的0.2MPa 蒸汽除氣,除氣器所排蒸汽用于預(yù)熱鼓風(fēng)空氣,然后排至污水系統(tǒng)。雖然兩套裝置凝結(jié)水處理的原理基本相同,都是利用蒸汽加熱凝結(jié)水,但是加熱蒸汽的回收利用不同,14×104Nm3·h-1制氫裝置能充分利用廢汽的余熱,更加環(huán)保節(jié)能。

      3 凝結(jié)水回收效果分析

      表1 是4×104Nm3·h-1制氫裝置汽提塔酸性水分析,表2 是4×104Nm3·h-1制氫裝置過熱蒸汽分析。從表1 中可看出,4×104Nm3·h-1制氫裝置凝結(jié)水經(jīng)1.0MPa 蒸汽汽提處理后,其pH 值為7.5,基本接近中性,這證明經(jīng)汽提后的凝結(jié)水已經(jīng)完全除去了溶解在其中的酸性氣體。從表2 的蒸汽分析結(jié)果可以看出,凝結(jié)水和除鹽水混合后作為鍋爐汽包的給水,其所產(chǎn)蒸汽品質(zhì)完全符合工藝要求。裝置長期運行過程中未發(fā)現(xiàn)由于蒸汽質(zhì)量原因造成轉(zhuǎn)化催化劑失活,這也充分說明了經(jīng)此工藝處理流程處理的凝結(jié)水完全符合裝置需求。

      表1 4×104Nm3·h-1 制氫裝置汽提塔酸性水分析

      表2 4×10Nm·h制氫裝置過熱蒸汽分析

      從表3 中的分析結(jié)果可看出,14×104Nm3·h-1制氫裝置凝結(jié)水經(jīng)0.2MPa 蒸汽處理后,其所分析的項目與除鹽水相差無幾,這充分說明了此處理流程的可行性。從表4 的蒸汽分析結(jié)果可以看出,凝結(jié)水和除鹽水混合后作為鍋爐汽包的給水,其所產(chǎn)蒸汽品質(zhì)完全符合工藝要求。裝置長期運行過程中未發(fā)現(xiàn)由于蒸汽質(zhì)量原因造成轉(zhuǎn)化催化劑失活,這也充分說明了經(jīng)此工藝處理流程處理的凝結(jié)水完全符合裝置需求。

      表3 14×104Nm3·h-1 制氫裝置處理后的酸性水分析

      表4 14×104Nm3·h-1 制氫裝置工藝蒸汽分析

      4 結(jié)論

      對比2 套制氫裝置凝結(jié)水回收以及處理的工藝流程,4×104Nm3·h-1制氫裝置中變氣通過3 次分液回收系統(tǒng)中的凝結(jié)水,其凝結(jié)水采用國內(nèi)經(jīng)典的工藝蒸汽汽提處理工藝;14×104Nm3·h-1制氫裝置中變氣則通過2 次分液回收系統(tǒng)中的凝結(jié)水,其凝結(jié)水采用直接回收至除氣器的處理工藝。2 套制氫裝置雖然采用不同的處理工藝,但是其處理的凝結(jié)水均可滿足鍋爐汽包發(fā)汽的要求,其所產(chǎn)蒸汽完全符合工藝要求。由于2 套制氫裝置回收流程及處理工藝的不同,14×104Nm3·h-1制氫裝置充分利用廢汽余熱,更加環(huán)保節(jié)能。

      [1] 郝樹仁,董世達(dá).烴類制氫轉(zhuǎn)化技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009:42-43.

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