粗氢聚结器在制氢装置中的应用

孟庆华，王茂廷



粗氢聚结器在制氢装置中的应用

孟庆华，王茂廷

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

通过引进由北京华友欣达石化科技有限公司引进美国滨特尔公司技术研发生产的型号为FF04G02粗氢聚结器，成功地排除了因粗氢分液罐 V106分水效果不好而给制氢装置工艺操作和设备运行带来的安全隐患，同时也为装置的长周期运行和全厂的生产平衡提供了可靠地保障。

机械密封；泄漏；失效

辽河石化公司制氢装置粗氢分液罐V106的分水效果不好，导致甲烷化反应器入口温控阀TIC324阀前积水严重，反应器入口冷流介质短路造成入口温度波动大，只有通过间歇性排水的方式才能够使这种情况得到缓解。但是这样不但大幅增加了车间员工的劳动强度，浪费了大量的人力资源，而且也对装置的平稳操作产生了较大的影响。

2011年装置大检修期间，车间通过改造在V106后新增了一台型号为FF04G02的由北京华友欣达石化科技有限公司引进美国滨特尔公司技术研发生产的气/液聚结器，气体的除湿效果得到了显著地改善，TIC324阀前积水的问题也得到了有效的缓解，并且以前通过调节阀前导淋间歇性排水而带来的气体加工损失得到了彻底消除。

1 背景

烃类水蒸气转化反应是一类强吸热且反应体积增大的反应，从化学反应热力学的角度来看，高温低压有利于化学反应平衡向正反应方向移动，而操作温度和操作压力这两个参数收到装置设备以及系统配套资源的限制，可作调整的余地较小，转化系统平和转化率和装置产氢率的进一步提高受到了操作条件的制约［1］。而从化学反应动力学的角度来看，增加反应物的浓度可以提高化学反应的速率。通过向转化系统配入过量的水蒸气，不但可以提高转化反应的速率和平衡转化率，而且可以利用质量热容较高的水蒸气作为热载体，将转化炉内的剩余热量带出，避免热量雷击损坏设备，同时也可以为净化系统溶液的再生提供热源。

转化系统配入的水蒸气一部分直接参与了转化、变换反应，另一部分在经过多次热换扩容以后被冷凝了下来，还有一部分形成雾滴随着低变气一起进入了吸收塔，低变气在吸收塔内与来变气一起进入到吸收塔，低变气在吸收塔内与来自再生塔的苯菲尔溶液进行两端逆流接触传热传质，H2O分子在整个吸收过程中的总传质系数较CO2分子要小的多，因此出塔粗氢中还携带有少量的蒸汽雾滴，除此以外其中还混有少量因雾沫夹带而携带出的苯菲尔溶液［2］。2004年制氢装置针对采用了焦化干气作为加工原料进行设计改造以后，由于出塔粗氢分液罐V106分水效果不能够满足生产工艺的要求，粗氢中所携带的饱和水在没有得到有效分离的情况下被带至后路系统，并在甲烷化反应器入口冷流温控阀TIC324阀前缩径处缓冲冷凝下来，造成冷流气路不畅，反应器入口温度的正常调节受到了非常大的影响，车间只能够通过采取间歇性打开调节阀前导淋排水的手段加以控制，冬季生产中这种情况尤为明显，这样不但大幅增加了车间员工的劳动强度，而且导淋阀的频繁开关对设备的正常使用和维护以及生产安全也是非常不利的，更为关键的是粗氢放空对装置的加工损失、综合单耗以及产氢率等经济技术指标都产生了非常大的影响［3］。

2 技术改造方案

2011年制氢装置大检修期间，车间通过改造在粗氢分液罐V106后新增了一台型号为FF04G02的由北京华友欣达石化科技有限公司引进美国滨特尔公司技术研发生产的气/液聚结器，并加装一条设备跨线，以便于在事故状态或更换拒接滤芯时使用，设备本体上安装排凝线和吹扫放空线各一条［4］。

FF04G02型气/液聚结器内部装有3根LGF.3-36MKCCSV型拒接滤芯，该滤芯的滤材采用的是梯度密度结构超细纤维。利用滤芯底部的支撑件和上部的压紧螺母将其固定在聚结器内部。

FF04G02型气/液聚结器的主要设备信息如下：

过滤介质： 氢气

滤除物： 水

操作温度： ≤75 ℃

操作压力： ≤1.7 MPa（g）

额定操作流量(N)： 10 306 m3/h

过滤器结构：

直径×长度（mm）： DN 300×3 050

形式（立式/卧式）： 立式

壳体材质： Q345R

内件材质： 304

执行标准： GB150-98

设计压力： 1.9 MPa（g）

设计温度： 90 ℃

FF04G02型气/液聚结器分离指标要求：

过滤精度： ≥0.01μm

去除效率： 99.97%

出口含水量： ≤0.01μg/g

3 应用效果

该项技术改造实施以后，制氢装置因粗氢带水而造成甲烷化反应器入口温控阀阀前积水，温度调节困难的问题得到了有效的缓解，降低了车间员工的劳动强度，在消除生产安全隐患的同时，进步一降低了装置的加工损失和综合单耗，为装置的长周期优化运行提供了坚实的基础［5］。

由于试验分析条件所限，目前无法得到粗氢中含水量的准确数值，但是从粗氢聚结器投用后的实际运行情况来看，能够较好的满足装置生产工艺的要求，改造前突出存在的问题也得到了有效的解决。

4 聚结器技术特点

该气/液聚结器的核心技术即为滤芯的材质——梯度密度结构超细纤维的开发与应用，其工作原理近似于近年来成功研发的膜分离技术。该套设备具有占地面积小，处理量大，分离效果好等优点，但是由于它对分离介质中机械杂质的含量要求非常严格，而且滤芯母材的价格比较昂贵，聚结器前后压差达到0.055~0.067 MPa时即需要更换滤芯，因此其运行维护的成本比较高，需要进一步研发出价格低廉的滤芯母材才能够具备比较广泛的市场空间

5 社会效益

5.1 社会效益

制氢装置出吸收塔粗氢的气体除湿效果得到了非常显著地改善，甲烷化反应器入口温控阀TIC324阀前积水的问题也得到了有效的缓解，大幅降低了车间员工的劳动强度，不但节约了大量的人力资源，而且也彻底消除了对装置操作平稳带来的影响，进一步降低了装置的加工损失和综合单耗，保障了装置的长周期安全平稳运行。

5.2 经济效益

车间未进行改造前，都是通过TIC324阀前导淋间歇性排水的操作手段来保证反应器入口冷流管线的畅通，尤其是在冬季生产中，粗氢中所携带的雾滴更容易在调节阀前缩径处节流，必须在阀前导淋处接胶管引至高点放空，以防止气体夹带的饱和水雾滴经缓冲碰撞以后聚集，粗氢放空不可避免地造成了加工产品的损失，装置的综合单耗、产氢率等技术经济指标也都受到了一定程度的影响。2011年通过改造新增气/液聚结器以后，粗氢中所携带饱和水的分离效果得到了极大程度上的改善，避免了因粗氢放空而带来的经济效益上的损失。粗氢气/液聚结器投用以后，出吸收塔粗氢的脱水效果得到了极大的改善，不再需要通过甲烷化反应器入口温控阀TIC324阀前导淋进行排水［5］。如果冬季生产（150 d）时将粗氢接胶管引至高点放空，因粗氢放空而带来的产品氢损失按照50 m3/h计算，那么每年可多回收产品氢50×24×150＝1.8×105m3。

若产品氢密度按照0.113 kg/ m3计算，那么在装置加工量及原料组成不发生较大变化的情况下，每年可多向公司管网输送产品氢1.8×105×0.113/1 000＝20.34 t，产品氢内部价格按照20 196元/t计算，那么每年可多回收利润20.34×20 196＝41.08万元。

6 技术推广

粗氢聚结器在我公司制氢装置中的应用效果良好，如果能够研发出价格更低廉的滤芯母材，该技术在气/液分离领域将具备更高的推广价值。

［1］宋琦，王树立.水合物技术应用与展望[J].油气储运，2009,28（9）:5-9.

［2］陈光进，孙长宇．马庆兰.气体水合物科学与技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

［3］侯芙生．炼油工程师手册[M].石油工业出版社，1996．

［4］王志文.化工容器设计.北京：化学工业出版社.

［5］王青川，方怡中.催化裂化干气作为制氢原料的研究与工业应用[J].石油炼制与化工，2002,33（9）：18-21.

Application of Crude Hydrogen Coalescer in Hydrogen Production System

，

（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Through using crude hydrogen coalescer FF04G02 developed by Beijing Huayouxinda Petrochemical Technology Company based on American Pentair company technology, security risks of the hydrogen production system because of crude hydrogen knockout drum V106’s bad separating result were successfully overcome, which could provide safeguard to long-term operation of the system.

Mechanical seals; Leak; Fail

TQ 051

A

1671-0460（2013）06-1030-02

2013-11-05

孟庆华（1987-），男，辽宁盘锦人，硕士研究生，辽宁石油化工大学安全技术及工程专业在读研究生，研究方向：压力容器及管道失效风险及剩余寿命评估。E-mail：mmqqhh5@126.com。

王茂廷（1960-），男，教授，硕士，研究方向：结构的疲劳﹑断裂﹑损伤﹑振动以及可靠性，石油化工装备的安全评定以及可靠性。E-mail：Wangmt6677877@126.com。