新形势下石油制氢装置的工程应用

赵进科(中海油气(泰州)石化有限公司，江苏 泰州 225300)

0 引言

在新时期对石油化工企业制氢装置设备分析，发现大部分的管道管径较大。需做好平面的布置，减少管道的往复，既能够减少对管道的投资，也降低污染物排放时所消耗的经济成本，后续污染物的处理效果提升，促使制氢技术的发展速度越来越快，改变原本制氢技术的应用质量较差等一系列的问题。在制氢工艺以及至今材料选择的过程中，明确其两者直接决定了制氢所消耗的成本，及时的反思，不断优化。

1 新形势下石油制氢的重要性以及原料

1.1 新形势下石油制氢的重要性

制氢加工是当前实现油品轻质化，提高石油产品品质的重要手段，能够利用氢气这一种清洁能源，满足我国经济发展的相关需求。在很多炼油厂中都拥有各式各样不同的氢气来源，其包括了至今烃类部分氧化法、轻烃水蒸气转化法、含氢气体膜分离等。在新时期背景下，制氢技术已经有了相对较大的进步，需要明确制氢工艺的选择以及原料的选择。现如今无论是国内或是国外最常用的一种制氢工艺就是部分氧化法、轻烃水蒸气转化法。部分氧化法这种制氢工艺所选择的材料相对于较为廉价，比如说重制烃类，但是在使用这种方法时，整体的工艺，投资资金更高，进行工艺操作时，整体的操作手段更为复杂，在这种工艺理论下，制氢设备规模会受到炼油厂整体布局规模的限制[1]。为此，这种至今工艺本身的限制较大，而轻烃水蒸气所需要消耗的投资相对减少，操作更为简单便捷。这项工艺技术目前已经发展到了较为成熟的阶段，对于石油化工企业的应用而言，能够带来更加积极的影响。结合国内外石油化工企业的应用质量进行分析，选择预转化技术与双蒸气系统，减少在布置过程中对于能源的消耗，降低投资能满足新时期下制氢的相关要求。让我国石油化工企业在当前获得长足的发展，提高经济效益的同时降低能源的消耗。

1.2 石油制氢的相关原料

炼厂制氢原料包括了常见的液态烃和气态烃两种不同的类别，这两种一直以来都是我国氢气获取的重要原材料之一。当前很多炼油厂为了提高制氢气的整体效果，也对氢气的制作设备提出了更高的需求，其整体的制作氢气设备向着大型化发展，单一的材料已经无法满足制氢设备的整体时使用需求。为此，现阶段很多炼油厂在制作氢气时都是由多种原料混合使用。其目的是确保原料本身的来源是稳定的，优先选择产氢量更高的天然气、液化石油气、干气作为最基本原料，只有在原料出现不足的情况下，才会选择分子量较大的其他原料作为使用，提高制作氢气的整体效果，满足当前制氢的相关需求。不断优化制氢设备的目的则是为了让氢气在使用时，整体的制氢过程能降低经济消耗，获取更高的氢收率，同时监管对环境所带来的负面影响，让制氢设备在整个设备的使用过程中既能够做到节约能源、环境友好，同时也能够获取更高的经济效益，满足我国市场中各企业的效益需求。

2 新形势下石油制氢装置的工程应用

在新形势下石油制氢装置工程的应用过程中，可以分几种不同的应用内容，分别是预转化技术应用、双蒸气系统应用、双系列设置的制氢技术以及平面布置设置。

2.1 预转化技术应用

在预转化技术应用的过程中，由于其属于大型的制氢装置，在石油制氢装置的使用中选择的转化炉尺寸相对较大，并且有数量较多的炉管根数。复杂的转化工况则需要对催化剂提出更高的要求，利用预转化技术能够将碳二烃类完全转化成为一氧化碳以及甲烷等，提高了催化剂的使用效果，并且让催化转化的速度更快，保障所有的原材料本身具有一定适应性，同时降低了转化时对反应的苛刻要求。

2.2 双蒸气系统

针对大部分企业的大型化制氢装置而言，由于其外输蒸汽量较为巨大，十分容易影响到全厂蒸汽机在使用时的平衡性。为了进一步的满足所有制氢外输品质的要求，需要利用到双蒸气系统，在双蒸汽系统中包括了外输清洁以及工艺蒸汽两种不同的蒸汽系统。外输清洁借助的是预热以及除氧器能够溶解水蒸气中的一系列杂质，并且直接将水蒸气送入到蒸汽汽包[2]。使用废锅完成高品质的清洁蒸汽制造在整个工艺流程中，蒸汽是利用两个不同的转换器实现了分水罐分离工艺冷凝水，并且在除去二氧化碳的杂质后，直接将其送入到蒸汽的汽包。

2.3 双系列设置的制氢技术

双系列设置的制氢技术则是由于在石油化工厂中其部分炼厂存在着一定的氢气缺口，在用量变化较大的情况，如果长期处于低负荷状态，制氢对炼厂的经济发展也会带来一定的负面影响，甚至会直接降低经济的利润。那么双系列的制氢装置有效解决这一问题。双系列的配置既可以有效地降低装置的损耗，减少投资成本，还能大幅度的提高装置在使用时的灵活性。整个制氢工艺系列的设置过程中，分别接入天然气，达到燃料的平衡状态。多余的燃料则可以直接送入到制氢设备中作为制氢的用料，由此将其分开设计放空分液罐，也是保障这些设备使用的过程中不会出现浪费能源的重要使用方式之一。

2.4 对制氢装置的布置

在新时期下，随着我国对新能源的需求越来越高，在整体能源发展以及制氢工艺开展过程中，对于氢的需求量在不断增大，现阶段无论是国内或是国外对于清洁能源的使用需求都在逐步上升。国内外使用了大量的大规模制氢装置，无论是管道、管径的布置、设备的安装，均要求制氢装置整体使用合规。分析部分制氢工艺发现其成本相对较高。为此，需要通过最合理的布局减少管道的排布复杂程度，既可以减少经济消耗，同时也能让制氢工艺的使用质量得到提升[3]。以某公司为例，为了进一步提高石油制氢装置的应用效果，在制氢装置的布置和选择的过程中需要高度注意布置的效果，在该公司内选择的是集中相同的设备，应该严格的按照已经既定好的工艺流程以及相关的施工顺序进行有效的布置。并且要求在进行该公司的制氢设备分析的过程中，做好设备的应用规划，将其划分为PSA区、冷换区、反应区、压缩机区、炉区等。其中PSA区始终是热炉燃料在应用过程中最为主要的供应点，要求在整个设计的过程中其PSA区域应该相对靠近炉区，其目的是为了确保管道在应用的过程中能做好有效的降压。与此同时，也可以直接且有效的缓解管道在投资的过程中所承担的压力。除此之外，要求全部压缩机都应该均匀的将其布置在同一个机棚的内部，提高所有设备在运行时的效果。在新时期下石油制氢装置设备工程在优化的过程中，由于其本身的管道管径通常都比较大，为此其能有效的做好平面布置，尽可能减少管道中存在的往复，并且有效的减少管道在投资过程中的消耗，直接且有效的降低污染物在排放过程中对环境造成的污染，从而可以做到节省后续在进行污染物处理的过程中所需要消耗的经济成本以及投资。

3 新形势下石油制氢装置的工程优化

在制氢装置时，还需要不断地提高整体的节能措施，确保消耗的经济在逐步减少，能够提高制氢工艺的整体使用效果。比如说针对制氢的转化炉鼓、引风机工艺用风量的减少，由于风机本身并没有一定的变频功能，始终以一个恒定的转速进行驱动，风量在减少时电机自身的负荷并没有多大改变，仍旧处于一种高负荷的状态，如果电机长时间的以这种运转方式进行运行，会出现大量的电能被消耗、被浪费的情况。作为现场的工作人员可以通过开关阀门来调节风速，促使工作强度增大或变小。但是这种调节效果达不到最佳的理想状态。通过采用变频技术(液力耦合)调节电机的转速，使其准确的闭环控制，满足工艺的相关需求实现自动控制[4]。如果采用的是变频(液力耦合)调速驱动引风机，能够突出其使用的优点节约电能，提高设备的整体使用效率，降低人工的劳动程度，满足了制氢装置的工艺要求，也能优先自动控制，改造后电机则实现了降压启动，避免启动大电流，或者是对设备本身造成了线路损害值，延长所有设备的使用寿命。同时还需要加强对于转化炉的调节，严格控制炉膛氧含量以及炉膛的负压，尽可能将其控制在低一点的负压状态，能够将转化炉的风门，炉膛的看火孔、火嘴和火口等可能会出现漏风的地方，全部用毛毡包起来调节炉膛的负压控制阀，控供风量，降低了炉膛本身的含氧量；同时将转化炉顶部散热出来的热空气进行回收，作为鼓风机入口风源，进而不断提高瓦斯的利用率，降低瓦斯在使用时的消耗。气体塔系统优化几点浅谈，酸性水经过酸性水汽提塔(不再用汽提蒸汽)，经过升压泵升压后加注酸性水缓释剂，经冷却器冷却至50 ℃以下，经过滤后，部分经过酸性水汽提塔液位控制阀送往循环水场，另一部分送往加氢装置作为高压空冷注水。可以充分利用现有设备将制氢酸性水合理回收，加注150.0～200.0×10-6酸性水缓释剂，将酸性水里面的有CO2进行络合，将水送往加氢装置，代替加氢装置的除氧水。华东某石化制氢装置，得到了成功的运用，取得了显著的经济效益。优点：该技术采用化学方法对制氢酸性水进行处理可以彻底解决酸性水腐蚀性问题。采用该技术替代了加氢注水用的除盐水，可以实现酸性水的升级应用；该技术可以节约处理该水所用的大量的汽提蒸汽。降低装置能耗；投资少，操作简单，处理后水质稳定性好。

4 结语

综上所述，随着经济和科技的不断发展，对制氢技术的发展提出了更高要求。炼油厂作为炼油厂最重要的氢气来源，在制氢的过程中规模不断攀升，需要依靠更加方便的制氢技术。