氫氣回收裝置生產(chǎn)運行分析

劉元圣，王國峰

（中國石油錦西石化公司，遼寧葫蘆島 125001）

近年來，煉油廠面對原油質(zhì)量越來越差、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高的雙重壓力，加氫技術(shù)作為原油輕質(zhì)化和清潔化的重要手段，加氫工藝得到越來越廣泛的應(yīng)用以滿足產(chǎn)品對硫、烯烴、芳烴的指標(biāo)要求。煉油廠對氫氣的需求量日益增加，同時加氫裝置又外排大量的富氫氣體至瓦斯管網(wǎng)，造成氫氣資源的極大浪費。

某公司全廠有多套用氫裝置，每年消耗大量氫氣，同時大量的富氫氣體外排至瓦斯管網(wǎng)，造成資源的極大浪費，也降低了瓦斯熱值，造成瓦斯管網(wǎng)不穩(wěn)定，對各裝置加熱爐影響較大，存在一定的安全隱患?；厥諢拸S富氫氣體中的氫氣后，不僅降低天然氣制氫裝置生產(chǎn)負(fù)荷，節(jié)省天然氣消耗，還可提高瓦斯氣的熱值，消除安全隱患[1-3]。文章介紹某石化公司2.2 萬m3/h 氫氣回收裝置生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的問題及解決措施。

1 裝置簡介

某石化公司2.2萬m3/h氫氣回收裝置于2017年11 月一次開車成功，年開工時數(shù)8 400 h。該裝置處理多股含氫量較高的含硫和不含硫原料氣，含硫原料氣經(jīng)脫硫后與不含硫原料氣混合進入真空變壓吸附（VPSA）系統(tǒng)提純，產(chǎn)品氫氣分別送入全廠低壓和高壓氫氣管網(wǎng)，副產(chǎn)品解吸氣送入燃料氣系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。

2 生產(chǎn)運行分析

2.1 原料性質(zhì)

氫氣回收裝置含硫原料氣由航煤加氫、重整、加氫裂化裝置等9 股原料氣組成，不含硫原料氣由柴油加氫改質(zhì)、柴油加氫精制、加氫裂化、苯乙烯、低壓瓦斯氣等6股原料氣組成，詳見表1。從表1 可以看出，含硫原料氣經(jīng)胺液脫硫塔脫硫后，硫含量為6 mg/m3，混合原料氣硫含量為4 mg/m3，均小于工藝指標(biāo)要求。

2.2 裝置運行分析

不同負(fù)荷下裝置操作參數(shù)見表2。從表2可以看出，裝置在40%、100%、110%負(fù)荷時操作參數(shù)與設(shè)計值對比，含硫原料氣流量均大于設(shè)計值，脫硫系統(tǒng)處于超負(fù)荷運行；低負(fù)荷時混合原料氣中硫含量高于滿負(fù)荷時以及設(shè)計值，影響VPSA 系統(tǒng)氫氣回收率；螺桿機電流明顯低于設(shè)計值。

圖1 氫氣回收裝置工藝流程

表1 原料氣組成

2.2.1 裝置滿負(fù)荷運行時存在的問題及應(yīng)對措施

裝置滿負(fù)荷運行時存在的問題：1）因重整裝置來的含硫原料氣的流量明顯高于設(shè)計值，含硫原料氣總量高于設(shè)計值；2）當(dāng)并入低壓瓦斯氣后，混合原料過濾器壓差升高為0.05 MPa，經(jīng)分析為低壓瓦斯氣攜帶雜質(zhì)；3）水環(huán)真空泵來的解吸氣帶水，解吸氣過濾器壓差上漲過快；4）因全廠富氫干氣過剩，特別是夏季，氫回收裝置經(jīng)常超負(fù)荷運行，同時系統(tǒng)瓦斯壓力較高，螺桿機電流經(jīng)常接近設(shè)計值；5）螺桿機出口水冷器換熱負(fù)荷低，使螺桿機出口分液罐解吸氣溫度高于設(shè)計值，特別是夏季，螺桿機出口溫度經(jīng)常超過80℃。

針對裝置滿負(fù)荷運行時存在的問題，采取了如下應(yīng)對措施：1）含硫原料氣總流量明顯高于設(shè)計值，為避免影響脫硫效果，貧胺液量由設(shè)計值10 t/h提高到10.5 t/h，脫硫后原料中硫含量為6 mg/m3，同時為避免脫硫塔胺液發(fā)泡影響脫硫效果和胺液帶油影響胺液再生裝置平穩(wěn)運行，控制含硫原料氣入脫硫塔溫度低于貧胺液5℃以上[4-6]；2）混合原料過濾器壓差升高為0.05 MPa，及時切換過濾器，發(fā)現(xiàn)壓差繼續(xù)升高，清洗過濾器發(fā)現(xiàn)濾芯有層灰黑色粉末，經(jīng)分析為低壓瓦斯氣攜帶的雜質(zhì)，切除低壓瓦斯氣后，混合原料過濾器壓差恢復(fù)正常；3）解吸氣過濾器及時脫水，保證機組入口流量平穩(wěn)，避免機組振動增大和超溫[7]；4）通過調(diào)整螺桿機出口壓力，降低壓縮比和裝置負(fù)荷等措施，螺桿機電流升高，保障機組平穩(wěn)運行；5）調(diào)整瓦斯系統(tǒng)壓力，降低螺桿機出口壓力和裝置負(fù)荷，減少壓縮機做工，避免螺桿機出口溫度升高。

2.2.2 裝置低負(fù)荷運行時存在的問題及應(yīng)對措施

苯乙烯裝置因重油催化裝置檢修催化干氣中斷停工，不含硫原料氣減少1 萬m3/h，重整裝置和加氫裂化裝置降低生產(chǎn)負(fù)荷，氫氣回收裝置混合進料量僅8 900 m3/h，為避免螺桿機和往復(fù)機等設(shè)備超溫，采取如下措施：1）合理調(diào)整產(chǎn)品分布，調(diào)整VPSA 吸附時間，降低氫氣收率，多產(chǎn)解吸氣，保證螺桿機出口外送量不低于6 500 m3/h運行，通過螺桿機返回線控制入口壓力在0.006～0.015 MPa 和控制出口溫度在80℃以下，保障設(shè)備平穩(wěn)運行，解吸氣中氫氣含量明顯高于設(shè)計值；2）氫氣收率僅為30.7%，明顯低于設(shè)計值，產(chǎn)氫量僅為1 800 m3/h，調(diào)整往復(fù)機各級壓縮比，避免設(shè)備超溫。

表2 不同負(fù)荷時裝置操作參數(shù)

2.2.3 合理化建議

氫氣回收裝置已經(jīng)運行2 年，為保障裝置平穩(wěn)運行，提出以下合理化建議：

1）抽真空解吸氣帶液，使解吸氣過濾器壓差高，該過濾器無液位顯示，經(jīng)常手動脫液，存在可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險；如果解吸氣過濾器不及時脫液，將影響機組平穩(wěn)運行，建議增加解吸氣過濾器液位計。

2）真空泵入口噴液溫度偏高，使抽真空解吸氣帶水嚴(yán)重，真空泵出口分液罐返回入口噴液水冷器設(shè)計換熱負(fù)荷偏??；螺桿機入口噴液溫度偏高，螺桿機出口溫度偏高，螺桿機出口水冷器設(shè)計換熱負(fù)荷偏小，使螺桿機出口分液罐返回入口噴液溫度高于設(shè)計值近10℃，建議重新核算水冷器負(fù)荷。

3）氫氣回收裝置低負(fù)荷和高負(fù)荷運行最大的瓶頸是大機組的平穩(wěn)運行，特別是螺桿機和往復(fù)機，合理調(diào)整產(chǎn)品分布和壓縮比，避免機組超溫。

3 結(jié)論

某石化公司2.2 萬m3/h 制氫裝置不同負(fù)荷生產(chǎn)最大的瓶頸是大機組的平穩(wěn)運行，合理調(diào)整產(chǎn)品分布、裝置負(fù)荷和壓縮比等措施，避免螺桿機超電流和出口超溫等現(xiàn)象；解吸氣過濾器定期脫液，避免螺桿機入口流量不穩(wěn)造成機組振動增大和超溫。同時，針對裝置運行出現(xiàn)的問題，提出了合理化建議。