炼厂制氢装置系统优化研究

2015-02-26葛伟李鑫辛欣

橡塑技术与装备 2015年20期

关键词：炼厂冷凝器制氢

葛伟，李鑫，辛欣

（玉门油田炼油化工总厂，甘肃玉门 735200）

炼厂制氢装置系统优化研究

葛伟，李鑫，辛欣

（玉门油田炼油化工总厂，甘肃玉门 735200）

在实际生产中，炼厂制氢装置的冷凝系统和转化系统会出现问题，本文从炼厂制氢装置的结构特点入手分析，进行了生产上的优化。

制氢装置；生产优化；冷凝系统

氢气是发展前景非常广阔的一种新能源。目前，工业上用氢气主要包括两种，分别为合成氨用氢和炼油用氢。根据统计，我国每年工业用氢的总量己经达到1 000万t，其中合成氨用氢量虽然高于炼油用氢量，但后者的增长速度己经超过前者。

为了进一步增强企业竞争力，某炼厂引进制氢装置，然而实际中，最优的生产操作条件与理想最优生产操作条件发生了偏离，使得生产波动，同时能耗增加，产品质量也出现波动，而且当继续增大生产负荷时，产品的质量出现了下降，尽管厂家对操作条件进行了摸索，并进行了调整，但还依赖技术人员以及操作人员的经验进行，所以整套生产装置的操作工况极有可能没有达到最优，进而出现了一系列问题，比如物耗高、生产波动、产品质量不够稳定等。所以，目前操作条件无法支持再继续增加负荷运行。

1 装置的结构特点

主要的工艺设备结构：

（1）反应器采用热壁的结构。

（2）转化气蒸汽发生器采用卧式烟道式的结构，可以使设备造价降低，使得安装及检修更加方便。将调节机构设置在管程中心管的出口处，使得转化气的出口的温度可以得到调节，冷壁结构被用于管程入口处，内衬使用的衬里是耐高温的。

（3）使用了高效离心分水器，使得分水效率得以提高，设备投资得以降低。

（4）U 型管双壳程换热器被用于热回收部分，使得气体换热终温降低和热利用率得以提高。

本文所涉及的制氢装备，由于使用时间较短，操作人员缺乏经验，所以能耗以及物耗都比较高，主要表现为：

（1）冷凝系统。装置系统节能方面的相关设计还有待改进，因为增加进料量后，反应热不能得到完全回收、利用，说明冷凝器数量不足以达到要求。

（2）酸性水汽提塔。设计时，塔本身有10块塔板，因酸性水的温度较高，当产量得到增加时，使得塔顶的酸浓度偏高。当前条件下，通过采取措施来使得酸性水汽提塔的性能得以提高，比如使进塔的气体量减少，使塔顶温度降低等。

本文采用系统工程的方法，分析和优化了现有的制氢装置，对目标装置进行瓶颈分析，提出改进与优化的方案。

2 改造方案

2.1 冷凝系统的改造方案

原有的设计装置配有3个中变气冷凝器，一旦进料量增大，冷凝能力会出现不足的现象。现在原有设计的基础上增加1个冷凝器，不仅换热能力增大了，而且反应热回收率也提升了。此外，针对蒸汽进一步又增加了气液分离技术，将酸性水汽提塔的酸浓度降低，使得脱水负荷得以减轻。所以，3级冷凝改为4级冷凝，而且将负荷和温度进行调整，这样可以提高反应热回收率，建议增加第四冷凝器。

2.2 酸性水回收系统改造方案

最大限度使得烃类混合物得到冷凝是回收系统主要的作用，物流是烃类液体，主要来自于分水罐的罐底出口。因此建议再增加一个分水罐。原有设计装置用三个冷凝器，改变后为四冷凝器，这不仅使得气液分离的级数得以增加，而且使得酸性水汽提塔降低了酸浓度，也使得脱水负荷变轻。

2.3 中变反应器的降温方案

反应温度降到 335 ℃时，消耗将大大减少。降低温度，增大催化剂浓度，从而使得反应深度得以保证。

3 优化前后对比分析

模拟计算后得出，各个水冷器、反应器等的物流温度、压力等参数基本没变。因物系不变，故热力学的计算模型也不变，用模型（校正后）来模拟系统，得出所有的约束条件都能满足。根据初始分配，低压分液罐流量和满足要求，优化后得到的模拟结果也合理。优化后，可以得出塔底和顶存在较大的温差，热负荷（酸性水）的分布也发生了变化，由于增加了分水罐和冷凝器，从而使得酸性水汽提塔改变了分离效果。