制氢装置混合气作为原料的操作优化措施探讨

李喜芳 雷峰

摘 要：本文简要分析了制氢装置混合气作为原料的操作优化过程，在分析的过程中选择了某油厂联合车间的制氢装置，该车间所选择的是天然气、催化干气、加氢干气三气混合后制氢，以此作为原料气，为了进一步地确保其操作优化质量得到提升，需要从操作的参数、操作的方式等不同的方面提出一系列的优化措施，确保制氢装置混合气作原料的整体操作优化质量得到提升。

关键词：制氢装置;混合气;操作优化措施;转化系统

天然气是常见的制氢原料，而其中存在的最大问题就是天然气本身所含有的甲烷含量较高，烯烃的含量较高，很容易造成反应器床层无升温的现象。为此，在天然气制氢的过程操作过程中，需要加入一定的催化干气以及加氢干气来作为补充烯烃，进一步地解决反应器床层中存在的无升温现象，本文简要对天然气、催化干气、加氢干气的配比以及反应入口的温度、压力等操作内容优化，深入地分析和探讨如何提高制氢的整体效果。

1 对加氢反应器进行操作优化

1.1 对反应器入口温度的控制

为了优化原料气操作的整体效果，首先应该做到对反应器入口温度的控制。分析原料气最初的组成成分为催化干气和加氢干气两种不同的气体混合比为3：1，这是体积的混合比，而原料烯烃的含量则为每增加体积分数为1%，反应床层的温度升达23℃，而引入天然气作为原料气后，将天然气催化干气、加氢干气三种气体混合后，其整体的体积占比例约为2：1：1。多数情况下，催化干气的烯烃含量体积分数约为11%左右，而天然气中的烯烃含量则约为零，混合三种气体混合后，其烯烃的含量约为3%左右。为此，一定要考虑到在整个氢气制作过程中，烯烃含量是否满足烯烃饱和反应器、加氢反应器床层温度的要求。但是多数情况下反应器床层的温度相对较低。为此，在整个控制过程中，反应器的入口温度控制就显得尤为重要。

1.2 对天然气进料的温度进行控制

通过对反应器的流程图进行分析后，能发现烯烃饱和温度器应该控制在230℃-250℃之间，而加氢反应器的温度则需要在混合进料时控制，其温度不能够低300℃，当天然气进料时，反应器温度则不能够低于280℃。不仅如此，在整个操作过程中，应明确加氢反应器催化剂的起活温度在280℃，而反应器入口的温度控制也直接影响到了催化剂在使用时的效果、该设备的使用寿命等。为此，一定要确保整个操作过程中的安全性、稳定性、规范性，如果处于低负荷操作状态中，则要求时刻注意三种不同气体的组成变化，如果出现了气体波动非常明显的状况，需要及时地进行反馈和调整，并且记录在案，减少这类事情出现频率。要求所有的操作人员认真地根据反应器的操作指标进行工作。

2 对转化系统进行优化

整个操作优化的过程中，需要对转化系统进行优化。转化系统时，其中主要包括了三个不同的转化内容，分别是：转化反应中的水碳比优化、配氢量的优化以及转化中的温度优化。

2.1 对水碳比的优化

2.1.1 优化方式

在进行水碳比优化的过程中，应考虑到天然气、催化干气、加氢干气作为最基本的原料气时，其经过了原料精制之后会进入到转化部分，在整个转化的过程中，要求确定转化的进料量不能够少于3500Nm3/h，同时也不能大于4600Nm3/h，并且在整个转化的过程中需要降低转化出口的温度，确保原料气中甲烷的含量约在3%-5%左右，而水碳比则需要控制在4.0-4.6之间逐步地减小转化炉所需要承担的负荷，降低在操作过程中存在的问题，使得操作变得更加简便、操作的质量得到提升。如果在整个操作的过程中水碳比较高，则需要不断提高物料的总流量，确保所有的物料在炉管内制作反应的过程中分布更加均匀，需要增大物料的流速，将物料所产生的热量在最短的时间内带走，能够有效地延长炉管以及炉管的使用寿命，催化剂的使用效果得到提升，较高的水碳比虽然促使转化率得到了提升，但是能耗也在逐步增加。

2.1.2 数据分析

在整个操作过程中，应该避免的是由于水碳比失调而导致的转化炉脉冲进料不利这一问题。对水碳比不断进行优化，防止催化剂积碳的情况出现。在整个转化炉配气量使用过程中，面对操作负荷，应考虑到不同的转化加工量所带来的装置负荷和配气量水碳比之间的区别。装置负荷转化加工量为3600Nm3/h-4000Nm3/h时，装置负荷与配气量和水碳比而言，基本处于最佳的状态，配计量所平均10t/h-13t/h，属于高水碳比操作。混合器操作后，现场并没有发生红馆、花斑等现象，也就是说该操作处于最平稳的状态，由此可见，在3500Nm3/h-4600Nm3/h之间是最佳的水碳比，能够让转化下有效率达到最高点，提高转化反应的温度，降低转化器中所含有的残余甲烷含量。

2.2 配氢量的优化

由于天然气中含有一定量的有机硫，将这一内容加入氢气的转化过程中，则取决于天然气中有机硫的含量。多数情况下，天然气中含有的有机硫含量较低，约在2- 15mg/m3，整体的体积分数则在3%-10%。通过焦化干气、催化干气制氢后，其整体的烯烃含量较高，原料气含量在体积分数为18%以上，由此可见，其混合气的制得的氢含量，其差别相对不大，但是在混合器操作的过程中，操作调整则尤为重要。如果整个配氢装置处于一种低负荷的运行，如何做好三种不同气体的配比在这一阶段则是最重要的内容。在适当降低生产低负荷时，不断降低加氢反应器的空速以及入口温度，能提高水碳比，满足操作过程优化的相关需求。

2.3 转化中的温度优化

在常规制氢转化过程中，其反应温度约在750℃左右，而采用PSA提纯制氢装置后，则可以不断地抵消所有的转化不利影响，并且让转化温度得到提升，转化温度可约达到820℃左右，但是从实际的角度进行分析，转化温度与空速水碳比之间有着密切的联系。要求在整个转化的过程中，转化器残余的甲烷含量应该完全符合工艺的要求，可以根据具体情况进行温度的调节。如果是低负荷产生时，由于其空速较高，并且转化过程中水碳比在不断增加，需要不断提高转化温度，如果低于750℃就难以保障。如果转化温度低于750℃，可以保障转化器转化过程中其原料气甲烷的残余含量低于需要控制的指标。为了进一步的对该内容进行分析，需要对其数据进行比较。也就是说，当甲烷的体积分数在3.26%时，氢气所占据的体积分数在74.86%，一氧化碳的体积分数为13.56%，二氧化碳的体积分数则为7.8%，如果甲烷的体积分数达到了4.31%，氢气的体积分数基本不变，但是一氧化碳以及二氧化碳的体积分数则出现了明显的改变，由此可见，虽然各项指标都处于合格的状态中，但是随着转化温度的升高，其有利于气体中甲烷含量的减少，对于后续处理的难度而言会逐步降低位次，混合器操作可以将其进行温度的转化，进一步提高操作的整体质量。

3 结语

综上所述，通过文章的分析能发现在进行制氢时常见的制氢原料具有天然气、催化干气、加氢干气三气优化的过程中，主要是优化反应器的床层温度，提高催化剂的使用效果和寿命。在整个生产操作的过程中，作为工作人员应该掌握好水碳比，并且在生产之前了解原料气的质量数据，对可能会影响到反應过程中的各项内容进行操作分析，有效的保护好催化剂同时确保制氢装置能够安全、稳定、长效的运行。

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