制氢装置扩能改造及标定结果分析

焦庆雨

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

制氢装置扩能改造及标定结果分析

焦庆雨

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

为了满足炼油厂加氢装置的用氢需求，某炼油厂制氢装置进行了扩能改造，更换了2台原料气压缩机、中变PSA吸附剂，并对转化炉余热锅炉原料预热段、蒸发段及转化炉空气预热器进行了改进。2015年9月，对装置进行了高负荷的标定，结果表明，该装置产氢能力由原设计满负荷4 0000 m3/h成功扩能至4 4000 m3/h。

制氢装置；扩能改造；标定；分析

某炼油厂制氢装置原料气压缩机的排气量设计为12 760 m3/h，不能满足装置提量的要求，是制约装置提高产氢量的主要瓶颈。同时PSA（Pressure Swing Absorption，变压吸附）工艺的处理能力也达不到要求。PSA技术的核心就是吸附剂，制氢装置所使用的吸附剂是20世纪初的技术与产品，经过多年的运行，吸附剂的活性与能力都有所下降，达不到油品升级所需要的氢气处理能力，这是制约装置扩能的另一个主要瓶颈。其次在生产中还发现余热锅炉及空气预热器的换热效果不好，装置转化炉的排烟温度较高，当装置负荷增大时排烟温度会更高，极大的影响装置转化炉的热效率，从而影响整个装置的经济效益［1］。

通过对上述问题的探讨与分析，确定在不重新更换压缩机的情况下改造原料气压缩机，改造余热锅炉原料预热段、蒸发段及空气预热器，更换新型PSA吸附剂，从而提高装置处理量以提高装置的经济效益。

1 装置主要技术特点

该炼油厂制氢装置包括原料湿法脱硫部分、原料升压部分、原料精制部分、反应部分（包括转化和中变）、中变气换热冷却部分。是加氢裂化装置的配套装置。装置以加氢干气、重整氢PSA解吸气和油田气为主要原料，采用烃类水蒸气转化法造气，PSA法净化提纯的工艺路线制取氢气。

2 装置改造

2.1 装置未达设计的瓶颈

原料气压缩机达不到设计排气量，导致原料不足使装置不能达到设计符合。装置长达10 a的连续运转，尤其是PSA吸附剂的长时间运转（在检修时从未更换过），吸附剂的性能开始下降，并且吸附剂存在损失情况，因此使PSA达不到设计产量。

2.2 装置扩能改造技术路线

该装置于2015年6月25日停工改造，7月23日完工中交，7月30日开工一次成功。装置改造设计由中国石化工程建设有限公司北京设计院设计，抚顺石化工程建设有限公司第一分公司、大庆石化公司化建公司承担施工任务。

装置主要改造项目:更换2台原料气压缩机；更换原料气压缩机入口分液罐；更换转化炉余热锅炉原料预热段和蒸发段；更换转化炉空气预热器；更换贫富氨液泵及贫富氨液线；更换12台安全阀及相关管线的更换；2台溶液脱硫塔改造；中变PSA吸附剂更换等。

（1）根据原料气组成及配比情况，在保证压缩机厂房不动、基础不变的情况下，决定将压缩机由2D40-51.5/4-32-BX升级为2D40-66/4.9-32-BX型，压缩机入口压力由0.4 MPa提高到0.5 MPa，压缩机转速由333 r/min提高到375 r/min，电机功率由1 200 kW提高到1 700 kW，采用D型往复式压缩机，对称平衡型结构，两列气缸两级压缩，每级气缸采用水平布置，双作用，进排气口均按上进下出布置，各级气缸采用干式缸套，缸套采用压力配合与可靠的定位止口定位，气缸与活塞之间、活塞杆与填料之间按无油润滑。工艺气阀为网状阀，缸盖与缸体紧固螺栓采用双螺母，增加1个薄螺母防松，活塞杆与十字头之间采用液压连接方式，活塞杆上螺纹采用压力滚制螺纹，压缩机与电动机的联接方式为直联，联轴器和飞轮处装有无火花防护罩，盘车装置采用电动盘车装置，盘车带脱开保护，带手动微调结构。采用往复式压缩机在线监测诊断技术，2台原料气压缩机安装诊断系统，做到压缩机运行状态实时监控的同时，做好故障诊断工作［2，3］。

（2）PSA技术的核心就是吸附剂尤其是分子筛类吸附剂。吸附剂中分子筛以及专用吸附剂的在原料选择与制备技术都有了较大的发展，因此改造制氢装置使用了HX5A-10H，HXNA-CO/10型吸附剂。该类吸附剂通过改进制备工艺增加酸洗、二次离子交换、二次焙烧的工艺并使用有机配位反应法和新型的粘结剂，使吸附剂含水量更低，同时也具备了较高的抗压强度，较低的磨损率，还具备较高的堆密度，多且均匀的孔系，使吸附剂的选择性及吸附容量明显提升，有更好的筛分作，同时提高了吸附剂的使用寿命与处理能力。

（3）转化炉余热锅炉采用先进的锻造技术及流体力学技术将原料预热段由每排45根管，改为每排64根管，并采用顺列，双排绕，顺流换热布置，蒸发段由每排38根管增加到45根管，采用错列顺流换热布置，使余热锅炉各段换热效率提高，大大提高了烟气余热的的利用率。

（4）采用先进的结构形式，将空气预热器分前后2段，解决了由于烟气与空气管路堵塞引起的气流不均，造成局部过热发生爆管的问题，同时降低了局部露点腐蚀的可能性，且有利于设备的维修与检查。上下段之间采用专利技术凹型陶瓷镍丝组合密封垫有效的将空气与烟气分开，降低了空气预热器的泄漏量，热管采用特制的无极传热元件，有效地保证了传热效果［4］。

3 装置标定

为了考核装置改造后产氢能力、催化剂性能、氢收率、产品质量、设备性能、安全环保等是否达到要求，找出装置改造设计、施工和操作中的不足以及存在的问题，于2015年9月14～17日对制氢装置进行标定，该次标定共确定2个方案，方案一为产氢40 000 m3/h；方案二为产氢44 000 m3/h。

3.1 反应部分

该制氢装置反应部分的标定结果见表1，2。

表1 加氢催化剂运行参数

表2 转化催化剂运行参数

从表1,2可以看出，制氢装置高负荷生产时，转化炉操作条件满足转化催化剂所要求的工艺条件，转化炉炉膛温度在1 350℃之内、炉出口甲烷含量在2.00～7.28的范围内完全可控、转化炉管压降正常，可以证实四川天一化工科技股份有限公司生产的CN-28YQ和CN-28YK型转化催化剂的反应活性较高，转化效果较好，满足技术协议要求，符合制氢高负荷生产的需要［5～8］。

3.2 中变部分

装置中变部分的标定结果见表3。

表3 中变催化剂运行参数

由表3可见，制氢装置在最大负荷运行时，中变反应器的运行条件能满足中变催化剂的要求，中变反应器出口CO含量小于技术指标要求的2.5%，中变催化剂对CO变换率高于技术指标要求的80%，因此可以看出西安元创化工科技股份有限公司FB-123型高变催化剂反应活性较高、变换率较高、满足技术协议要求，完全符合制氢高负荷生产需要。

3.3 PSA部分

装置PSA部分的标定结果见表4。

从表4可以看出，中变PSA在高负荷生产的情况下，氢气产量、氢气纯度及氢气收率全部满足技术协议的要求。

4 结论

2015年7月的制氢装置达产改造是成功的，能够达到设计产氢量40 000 m3/h，且能实现110%操作弹性即产氢44 000 m3/h，继续提量，产氢达到了45 000 m3/h。

表4 中变PSA运行参数

（1）新改造原料气压缩机能力达到最高负荷产氢44 000 m3/h生产要求，且仍有提量余地。

（2）改造后，各反应器压差、床层热点温度以及加氢、脱氯、脱硫、转化、中变催化剂性能均良好。中变CO变换率满足技术协议要求，中变PSA氢气收率及氢纯度均在技术协议指标内。

（3）更新的原料预热段、蒸发段及空气预热器能够满足制氢高负荷生产要求，各指标均在设计指标内。

［1］王水杰，胡忠伟，刘川峰.焦化干气制氢装置的扩产改造［J］.齐鲁石油化工，2015，43（2）:25-26.

［2］王基铭.低碳经济下中国炼油工业发展［M］.北京:化学工业出版社，1991:135-140.

［3］张华阳，单伟，司朝霞.制氢装置紧急停工的处理及注意事项［J］.大氮肥，2008，31（5）:328-330.

［4］巫文娟，段波.制氢装置转化系统用能优化［J］.石油炼制与化工，2012，43（8）:73-76.

［5］关志鹏.制氢装置操作工［M］.北京:中国石化出版社，2007:15-17.

［6］王秉铨.工业路设计手册［M］.北京:机械工艺出版社，1996:3-38.

［7］毕明树.工程热力学［M］.北京:化学工业出版社，2001:10-18.

［8］刘艳睿.制氢转化炉排烟温度高的原因分析与解决措施［J］.石油炼制与化工，2009，40（2）:9-12.

Hydrogen Production unit capacity revamp and test run result analysis

Jiao Qingyu
（Oil Refinery of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163711，China）

In order to meet the hydrogen demand of the hydrogenation unit，the expansion revamp of the hydrogen production unit of an oil refinery was made，the 2 feed gas compressors and the variable PSA adsorbent were replaced，and the feed stock preheating section，evaporation section and air pre-heater of the former were improved.In September of 2015，test run was made to the unit under high load.The result showed that the hydrogen production capacity of the unit was successfully expanded to 44 000 m3/h from 40 000 m3/h of the original design capacity.

hydrogen production unit；capacity expansion revamp

TQ116.2

B

1671-4962（2017）02-0027-03

2016-12-25

焦庆雨，男，工程师，2003年毕业于西安石油大学过程装备与控制工程专业，现从事制氢装置生产管理工作。