氢气回收装置生产运行分析

刘元圣，王国峰

（中国石油锦西石化公司，辽宁葫芦岛 125001）

近年来，炼油厂面对原油质量越来越差、产品质量要求越来越高的双重压力，加氢技术作为原油轻质化和清洁化的重要手段，加氢工艺得到越来越广泛的应用以满足产品对硫、烯烃、芳烃的指标要求。炼油厂对氢气的需求量日益增加，同时加氢装置又外排大量的富氢气体至瓦斯管网，造成氢气资源的极大浪费。

某公司全厂有多套用氢装置，每年消耗大量氢气，同时大量的富氢气体外排至瓦斯管网，造成资源的极大浪费，也降低了瓦斯热值，造成瓦斯管网不稳定，对各装置加热炉影响较大，存在一定的安全隐患。回收炼厂富氢气体中的氢气后，不仅降低天然气制氢装置生产负荷，节省天然气消耗，还可提高瓦斯气的热值，消除安全隐患[1-3]。文章介绍某石化公司2.2 万m3/h 氢气回收装置生产运行中出现的问题及解决措施。

1 装置简介

某石化公司2.2万m3/h氢气回收装置于2017年11 月一次开车成功，年开工时数8 400 h。该装置处理多股含氢量较高的含硫和不含硫原料气，含硫原料气经脱硫后与不含硫原料气混合进入真空变压吸附（VPSA）系统提纯，产品氢气分别送入全厂低压和高压氢气管网，副产品解吸气送入燃料气系统，工艺流程如图1所示。

2 生产运行分析

2.1 原料性质

氢气回收装置含硫原料气由航煤加氢、重整、加氢裂化装置等9 股原料气组成，不含硫原料气由柴油加氢改质、柴油加氢精制、加氢裂化、苯乙烯、低压瓦斯气等6股原料气组成，详见表1。从表1 可以看出，含硫原料气经胺液脱硫塔脱硫后，硫含量为6 mg/m3，混合原料气硫含量为4 mg/m3，均小于工艺指标要求。

2.2 装置运行分析

不同负荷下装置操作参数见表2。从表2可以看出，装置在40%、100%、110%负荷时操作参数与设计值对比，含硫原料气流量均大于设计值，脱硫系统处于超负荷运行；低负荷时混合原料气中硫含量高于满负荷时以及设计值，影响VPSA 系统氢气回收率；螺杆机电流明显低于设计值。

图1 氢气回收装置工艺流程

表1 原料气组成

2.2.1 装置满负荷运行时存在的问题及应对措施

装置满负荷运行时存在的问题：1）因重整装置来的含硫原料气的流量明显高于设计值，含硫原料气总量高于设计值；2）当并入低压瓦斯气后，混合原料过滤器压差升高为0.05 MPa，经分析为低压瓦斯气携带杂质；3）水环真空泵来的解吸气带水，解吸气过滤器压差上涨过快；4）因全厂富氢干气过剩，特别是夏季，氢回收装置经常超负荷运行，同时系统瓦斯压力较高，螺杆机电流经常接近设计值；5）螺杆机出口水冷器换热负荷低，使螺杆机出口分液罐解吸气温度高于设计值，特别是夏季，螺杆机出口温度经常超过80℃。

针对装置满负荷运行时存在的问题，采取了如下应对措施：1）含硫原料气总流量明显高于设计值，为避免影响脱硫效果，贫胺液量由设计值10 t/h提高到10.5 t/h，脱硫后原料中硫含量为6 mg/m3，同时为避免脱硫塔胺液发泡影响脱硫效果和胺液带油影响胺液再生装置平稳运行，控制含硫原料气入脱硫塔温度低于贫胺液5℃以上[4-6]；2）混合原料过滤器压差升高为0.05 MPa，及时切换过滤器，发现压差继续升高，清洗过滤器发现滤芯有层灰黑色粉末，经分析为低压瓦斯气携带的杂质，切除低压瓦斯气后，混合原料过滤器压差恢复正常；3）解吸气过滤器及时脱水，保证机组入口流量平稳，避免机组振动增大和超温[7]；4）通过调整螺杆机出口压力，降低压缩比和装置负荷等措施，螺杆机电流升高，保障机组平稳运行；5）调整瓦斯系统压力，降低螺杆机出口压力和装置负荷，减少压缩机做工，避免螺杆机出口温度升高。

2.2.2 装置低负荷运行时存在的问题及应对措施

苯乙烯装置因重油催化装置检修催化干气中断停工，不含硫原料气减少1 万m3/h，重整装置和加氢裂化装置降低生产负荷，氢气回收装置混合进料量仅8 900 m3/h，为避免螺杆机和往复机等设备超温，采取如下措施：1）合理调整产品分布，调整VPSA 吸附时间，降低氢气收率，多产解吸气，保证螺杆机出口外送量不低于6 500 m3/h运行，通过螺杆机返回线控制入口压力在0.006～0.015 MPa 和控制出口温度在80℃以下，保障设备平稳运行，解吸气中氢气含量明显高于设计值；2）氢气收率仅为30.7%，明显低于设计值，产氢量仅为1 800 m3/h，调整往复机各级压缩比，避免设备超温。

表2 不同负荷时装置操作参数

2.2.3 合理化建议

氢气回收装置已经运行2 年，为保障装置平稳运行，提出以下合理化建议：

1）抽真空解吸气带液，使解吸气过滤器压差高，该过滤器无液位显示，经常手动脱液，存在可燃气体泄漏风险；如果解吸气过滤器不及时脱液，将影响机组平稳运行，建议增加解吸气过滤器液位计。

2）真空泵入口喷液温度偏高，使抽真空解吸气带水严重，真空泵出口分液罐返回入口喷液水冷器设计换热负荷偏小；螺杆机入口喷液温度偏高，螺杆机出口温度偏高，螺杆机出口水冷器设计换热负荷偏小，使螺杆机出口分液罐返回入口喷液温度高于设计值近10℃，建议重新核算水冷器负荷。

3）氢气回收装置低负荷和高负荷运行最大的瓶颈是大机组的平稳运行，特别是螺杆机和往复机，合理调整产品分布和压缩比，避免机组超温。

3 结论

某石化公司2.2 万m3/h 制氢装置不同负荷生产最大的瓶颈是大机组的平稳运行，合理调整产品分布、装置负荷和压缩比等措施，避免螺杆机超电流和出口超温等现象；解吸气过滤器定期脱液，避免螺杆机入口流量不稳造成机组振动增大和超温。同时，针对装置运行出现的问题，提出了合理化建议。