煉廠產(chǎn)氫資源如何優(yōu)化利用

　　1前言

　　隨著高硫重質(zhì)原油加工比例的增大，以及原油加工深度和環(huán)境保護對成品油質(zhì)量要求的不斷提高，加氫工藝得到越來越廣泛的應(yīng)用，煉廠對氫氣的需求量不斷增加，氫氣成本已成為煉油企業(yè)原料成本中的主要組成因素，尋求低成本氫氣，提高氫氣資源利用率，對企業(yè)降低經(jīng)營成本、提高綜合效益具有重大意義。

　　洛陽石化的氫源主要由重整氫、自產(chǎn)氫和外購氫三部分組成，2016年，公司共消耗氫氣54.1kt，其中重整氫占69.3%，自產(chǎn)氫占1.9%，外購氫占28.8%。外購氫系煤制氫氣，氫純度99.99%，價格高(市場均價約11500元/t)，因其比例高，導(dǎo)致公司用氫成本整體偏高，氫氣資源優(yōu)化利用需求迫切。

　　經(jīng)過對洛陽石化公司氫氣資源進行系統(tǒng)分析，通過提高重整加工負荷、增開芳烴PSA、含氫干氣去向的優(yōu)化調(diào)整、兩套PSA相關(guān)流程改造及操作優(yōu)化等措施，使公司內(nèi)部氫氣資源潛力得到最大限度地發(fā)揮。

　　2氫氣資源利用現(xiàn)狀分析

　　公司外購氫氣壓力為2.0～2.7MPa，進制氫裝置產(chǎn)品氫氣壓縮機入口，經(jīng)增壓至3.3MPa進入氫氣管網(wǎng)。內(nèi)部氫氣管網(wǎng)壓力3.5MPa，來源主要是重整氫和自產(chǎn)氫，自產(chǎn)氫氣主要靠制氫PSA和芳烴PSA兩套裝置，自各裝置富氫干氣中回收。

　　2.1重整裝置產(chǎn)氫相對偏低

　　重整裝置設(shè)計加工能力為0.7Mt/a，產(chǎn)氫率為8.45%。但根據(jù)2016年實際運行數(shù)據(jù)，裝置平均負荷率僅為95.9%，產(chǎn)氫率僅為7.2%。重整裝置資源利用率不足，主要限制因素如下。

　　2.1.1重整原料限制

　　公司總設(shè)計煉油加工能力8.0Mt/a，2016年實際加工原油5.66Mt，主流程低負荷生產(chǎn)下，石腦油資源相對短缺，重整裝置負荷提高受到限制。

　　2.1.2反應(yīng)加熱爐爐管溫度限制

　　重整反應(yīng)加熱爐爐管設(shè)計操作溫度≤650℃，但第一反應(yīng)加熱爐現(xiàn)場實測溫度平均值已達625～630℃，受瓦斯壓力波動、調(diào)整滯后等因素影響，超溫現(xiàn)象時有發(fā)生，限制了反應(yīng)溫度及加工量的進一步提高。

　　2.1.3石腦油預(yù)分餾塔分離精度限制

　　預(yù)分餾塔分離效果差，一方面塔頂拔頭油中有效重整進料組分達15%以上，造成石腦油資源浪費；另一方面，重整進料中C5組分含量超過3%，大量無效組分進入重整裝置，占用反應(yīng)負荷能力，影響重整產(chǎn)氫。

　　主要原因：石腦油預(yù)分餾塔降壓操作后，塔底泵(即預(yù)加氫進料泵)入口壓力降低，介質(zhì)汽化程度增加，易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為保證其正常供料，增加了進料和塔底物料的換熱量，導(dǎo)致塔進料溫度高，塔頂氣相負荷增大，頂溫升高，塔壓升高，塔底溫度升高。從而形成整個塔熱量過剩的惡性循環(huán)，導(dǎo)致分離效果變差。

　　2.2富氫干氣回收利用不合理

　　2016年底各裝置含氫干氣性質(zhì)及回收利用情況見表1。

　　由表1可以看出，含氫干氣回收利用存在以下不合理：

　?、儇殮?、富氫氣體劃分不清晰。氫純度較低的部分貧氫氣體，如重整脫戊烷塔頂氣、兩套加氫汽提塔頂氣、石腦油穩(wěn)定塔頂氣等，進入富氫管網(wǎng)，拉低了制氫PSA原料的氫純度，增加了運行成本，影響產(chǎn)氫率。

　　②富氫氣體存在浪費。氫純度較高的異構(gòu)化尾氫及兩套催化干氣進入高壓瓦斯，其中氫氣未能回收利用。

　　2.3兩套PSA產(chǎn)氫裝置負荷放空

　　芳烴PSA裝置設(shè)計產(chǎn)氫能力5000m3/h，以催化裂化干氣和對二甲苯裝置PX釋放氣為原料，產(chǎn)品氫氣純度達到99.99%，氫氣總收率≥85%。2011年以來，因壓縮機、閥門等設(shè)備故障率高，裝置一直未能連續(xù)運轉(zhuǎn)，2016年處于停運狀態(tài)。

　　制氫PSA裝置由公司40000m3/h制氫裝置基礎(chǔ)上改造而來，利用制氫裝置的原料脫硫及PSA氫氣提純兩個部分，采用8-1-4PSA工藝流程，通過調(diào)整吸附塔的吸附劑數(shù)量和比例，實現(xiàn)了富氫氣體經(jīng)PSA提純回收氫氣的目的。

　　裝置設(shè)計原料處理能力17000m3/h，2016年11月投入使用以來，裝置維持處理量8000～9000m3/h低負荷運行，產(chǎn)品氫純度約99.5%，氫氣產(chǎn)量約2500～3000m3/h。存在問題：一是裝置負荷低，富氫氣體部分循環(huán)至高壓瓦斯管網(wǎng)；二是原料氫純度低，不足65%；三是氫氣回收率低，不足81%。

　　3氫氣資源優(yōu)化

　　3.1重整裝置產(chǎn)氫優(yōu)化

　　3.1.1拓寬重整石腦油原料資源

　　一方面增加外購，月外購石腦油數(shù)量由3000t增加到12000t以上；另一方面將初頂石腦油、柴油加氫石腦油終餾點指標(biāo)控制下限分別提高2℃、4℃，使石腦油終餾點平均保持在170℃以上，保證內(nèi)部石腦油資源充分拔出。

　　3.1.2優(yōu)化加熱爐運行

　?、俑鼡Q第一反應(yīng)加熱爐火嘴。聯(lián)系長嶺所、燃燒器廠家檢測其實際燃燒情況，并重新核算燃燒器負荷后，更換了全部火嘴?；鹱旄鼡Q后，一反加熱爐輻射區(qū)爐管表面溫度由640℃降到630℃以下，為裝置提高加工量創(chuàng)造了條件。

　　②對加熱爐實施特護，班組每2h監(jiān)測一次，技術(shù)人員每天2次監(jiān)測爐管溫度，根據(jù)溫度分布情況及時調(diào)整火焰分布，保證裝置在大負荷下加熱爐的安穩(wěn)運行。

　　3.1.3優(yōu)化重整反應(yīng)條件

　?、賰?yōu)化石腦油預(yù)分餾塔操作，將重整進料初餾點由68.8℃提高到70.9℃，減少重整進料中的無效組分，提高重整進料的品質(zhì)。

　?、诮Y(jié)合原料芳潛的變化，根據(jù)重整反應(yīng)溫降、加熱爐負荷情況，采取變負荷加工模式，即加工低硫原油時，重整負荷92t/h；加工高硫原油時，重整負荷93t/h，既保證了重整裝置的高負荷運行，又保證了加熱爐爐管的安全。

　?、蹖嵤┓磻?yīng)溫度梯級控制，將第三、第四反應(yīng)器入口溫度提高2℃，充分發(fā)揮第三、第四反應(yīng)器的反應(yīng)能力，提高氫氣收率。通過優(yōu)化，重整裝置加工負荷提高并穩(wěn)定在105.5%，產(chǎn)氫率提高到7.4%以上，具體情況見表2。

　　3.2含氫氣體管網(wǎng)優(yōu)化

　　3.2.1優(yōu)化制氫

　　PSA原料將氫氣含量較低的石腦油穩(wěn)定塔頂氣及重整脫戊烷塔頂氣改至焦化和催化吸收穩(wěn)定單元，將富氫的芳烴異構(gòu)化尾氣約2000m3/h改入，使制氫PSA原料中的氫氣含量從65%提高到70%以上，氫氣產(chǎn)量提高1100m3/h。

　　3.2.2優(yōu)化制氫PSA操作

　　①提高裝置負荷。將原料氣至高壓瓦斯循環(huán)閥完全關(guān)閉，裝置處理量由9000m3/h提高到13000m3/h，實現(xiàn)臨氫裝置富氫氣體全回收的目標(biāo)。

　　②高負荷運轉(zhuǎn)情況下，放寬產(chǎn)品氫氣純度指標(biāo)至99.0%，其中CO+CO2含量≤20mL/m3，適當(dāng)延長吸附時間，提高氫氣回收率，使裝置產(chǎn)氫量提高到7500m3/h。

　　3.2.3增開芳烴PSA裝置

　　對芳烴PSA裝置進行全面檢修，2017年4月開工，回收催化干氣約8000m3/h，實現(xiàn)產(chǎn)氫3500～4000m3/h。

　　3.3優(yōu)化用氫

　?、偻Ｓ镁郾┭b置小PSA單元。完善流程，將外購高純氫直接改入聚丙烯裝置，滿足其工藝用氫，節(jié)約氫氣150m3/h。

　?、诖呋裼图託淦崴g斷用氫。僅在生產(chǎn)普通柴油期間使用汽提氫氣，作為LTAG(即催化輕柴油生產(chǎn)高辛烷值汽油或輕質(zhì)芳烴技術(shù))回?zé)掃M料時，不投汽提氫氣，節(jié)約氫氣約550m3/h。

　　3.4優(yōu)化效果及存在問題

　　3.4.1優(yōu)化效果

　　經(jīng)過氫氣資源優(yōu)化，至2017年6月，公司外購氫氣比例降至14.4%，具體見表3，扣除裝置運行成本，每季度增加效益約1620萬元。

　　3.4.2存在的問題

　?、賰商状呋蓺馕茨苋炕厥?。公司兩套催化裝置干氣約15000m3/h，目前芳烴PSA回收約8000m3/h，因其后路管網(wǎng)壓力高，外送氫氣壓縮機負荷受限，影響其加工量進一步提高。

　?、谥茪銹SA裝置原料壓縮機負荷受限。制氫原料壓縮機設(shè)計負荷17000m3/h，隨著柴油質(zhì)量升級，直餾柴油加氫反應(yīng)苛刻度提高，催化柴油加氫裝置開工運行，再加上蠟油加氫裝置負荷提高，各臨氫裝置富氫氣體總量超過20000m3/h，但制氫PSA負荷高至15000m3/h以上后，進一步增加受到限制。

　?、壑卣麣錃馄焚|(zhì)相對較差。重整裝置氫提純單元設(shè)計采用普通水冷，氫氣再接觸溫度約40～45℃，導(dǎo)致重整氫氣中夾帶輕烴組分較多，氫純度平均為90.5%，品質(zhì)相對較差。

　　4進一步優(yōu)化措施

　　4.1降低芳烴

　　PSA氫氣后路壓力增加芳烴PSA氫氣至外購氫管網(wǎng)流程，使其氫氣壓縮機出口壓力由3.2MPa降低至2.5MPa，提高其產(chǎn)氫能力至4500m3/h以上，實現(xiàn)回收催化干氣11000m3/h以上。

　　4.2挖掘制氫PSA能力，提高富氫氣體回收率

　　4.2.1三股貧氫干氣后路優(yōu)化

　　將蠟油加氫及柴油加氫汽提塔頂氣和石腦油穩(wěn)定塔頂干氣改至二催化吸收穩(wěn)定，回收其中的液化氣組分，脫硫后進高壓瓦斯管網(wǎng)，不再進制氫PSA單元。

　　4.2.2壓頭較高兩股低分氣合理優(yōu)化

　　增上高壓(2.5MPa)胺液脫硫設(shè)施，將壓力較高的蠟油加氫及柴油加氫低分氣集中，經(jīng)高壓胺液脫硫后，直接進制氫PSA原料壓縮機出口，釋放其負荷能力至25000m3/h。屆時，除了加工現(xiàn)有臨氫裝置富氫氣體外，還可將剩余的約4000m3/h催化干氣引入制氫PSA，實現(xiàn)富氫氣體全部回收利用。

　　4.2.3制氫

　　PSA工藝流程及操作優(yōu)化結(jié)合提高負荷后25000m3/h的原料氣組成和流量，將工藝流程由8-1-4PSA調(diào)整至10-2-4PSA，對現(xiàn)有運行時間和調(diào)節(jié)閥進行優(yōu)化處理，可實現(xiàn)產(chǎn)氫12000m3/h。

　　4.3改造提高重整氫氣產(chǎn)量及品質(zhì)

　　4.3.1重整預(yù)加氫進料泵改造

　　核算工藝參數(shù)，確定重整預(yù)加氫進料泵適宜的氣蝕余量，提交廠家實施改造，改變石腦油預(yù)分餾塔熱量不合理的情況，提高其分離效果，減少重整料損失，提高重整進料品質(zhì)，增加重整氫氣產(chǎn)率。

　　4.3.2增上重整氫氣低溫提純設(shè)施

　　在氫氣再接觸罐前增上兩組換熱器，將氣液分離罐底增壓泵出口油氣先用氫氣高壓提純罐后冷油冷卻；然后再用冷凍水過冷，將氫氣再接觸溫度由目前的40～45℃降低至12～13℃，提高氫氣純度至92%以上，在提高重整氫氣品質(zhì)的同時，增加無硫液化氣收率。

　　4.4 預(yù)期優(yōu)化效果

　　優(yōu)化后，預(yù)計重整負荷率能穩(wěn)定在108.6%，產(chǎn)氫量達到48000m3/h，氫純度92%以上；富氫和貧氫干氣清晰劃分，富氫干氣全部進PSA回收，兩套PSA裝置負荷能力放到最大，純氫產(chǎn)氫量可達16000m3/h以上，外購氫氣比例將進一步降低至9%以下，扣除裝置運行成本，預(yù)計每季度將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再增加效益1250萬元。優(yōu)化后的富氫氣體回收利用情況及優(yōu)化效果分別見表4、表5。

　　5結(jié)論

　　①通過拓展石腦油原料資源，優(yōu)化加熱爐及反應(yīng)操作，檢修消缺等，實現(xiàn)并穩(wěn)定重整裝置加工負荷在108%以上，深度挖掘重整氫氣產(chǎn)率，是降低企業(yè)用氫成本的有力手段。

　?、谇逦鷦澐趾瑲涓蓺猓瑢⒇殮錃怏w進催化回收液化氣，富氫氣體進PSA回收、自產(chǎn)高純氫，根據(jù)各干氣資源優(yōu)勢區(qū)別對待，合理利用，降低自產(chǎn)氫氣的運行成本。

　　③通過芳烴PSA流程優(yōu)化、增上高壓胺液脫硫設(shè)施、制氫PSA工藝流程及操作優(yōu)化等措施，釋放兩套PSA制氫的最大潛能，是提高自產(chǎn)氫氣比例、降低企業(yè)用氫成本的最有效措施。（文/趙書娟 中國石化洛陽分公司）