柴油加氢-制氢联合装置注水流程优化

贾文博

中海油东方石化有限责任公司 海南 东方 572600

1 前言

某石化企业30万吨/年柴油加氢装置以催化柴油为原料，经过反应部分（含新氢压缩机、循环氢压缩机）、分馏部分，实现柴油加氢精制，其中冷换设备采用除盐水注水来防止加氢反应产物在冷换设备上结盐；4000 Nm3/h制氢装置以天然气为原料，采用烃类水蒸汽转化法造气、PSA法提纯氢气的工艺路线，分为原料气加氢、原料气脱毒、原料气蒸汽转化、转化气的中温变换及PSA氢气提纯。其中工艺冷凝水（酸性水）直接送至常压装置处理。

2 改造目标可行性论证

2.1 对目前制氢装置工艺冷凝水水质和柴油加氢装置注水水质做出对比分析

在柴油加氢装置注水水质要求中，水中的氧含量是一个需要严格控制的指标。因为水中的溶解氧会氧化反应产物中的硫化氢或其他硫化物，生成元素硫而引起堵塞、腐蚀和无法从产品中分离等方面的问题，水中的溶解氧还会氧化腐蚀设备材质。另一个需要控制的指标是注水的pH值，因为在酸性环境下，管道的腐蚀就会随着pH值的减小而加剧。另外，还需严格控制注水中的铁离子、悬浮物含量，如果铁离子、悬浮物含量超标，将会在设备、管道内壁生成难溶的硫化亚铁沉积下来，堵塞设备和管道。

通过对制氢工艺冷凝水水质的化验分析，可以看出水中的含氧量、pH值、铁离子浓度及氨氮含量都是比较理想的，从水质方面分析，制氢酸性水能达到加氢反应注水的条件。保证制氢装置平稳运行，及时关注样品质量，提高制氢酸性水水质分析频次。保证制氢装置工艺冷凝水水质达到柴油加氢注水水质要求。

表1 柴油加氢注水水质设计要求与制氢工艺冷凝水水质对比表

（1）水质指标中的pH值、NH3，可以通过提高汽提塔底的汽提蒸汽量使这两个指标合格

（2）水质中的铁离子含量是无法控制的，制氢装置中变反应器的催化剂是四氧化三铁，催化剂中流失的铁离子和器壁管线腐蚀产生的铁离子，会携带至酸性水中，影响水质。铁离子流失的速度随着生产周期加长而增加，当酸性水中铁离子浓度超过设计值或影响加氢注水效果时，就不能作为加氢反应注水使用，在日常生产中可以提高制氢酸性水水质分析频次，保证加氢反应注水水质的要求。如有异常及时与上下游装置进行联系沟通，保证制氢装置工艺冷凝水水质稳定。

2.2 柴油加氢注水量与制氢装置酸性水量是否匹配

柴油加氢装置原设计的反应注水为装置外来的除盐水，根据生产负荷及高分含硫污水中氨氮含量、pH值调整反应注水量为2.0 t/h。在正常生产条件下，制氢装置根据生产负荷（60%负荷至满负荷），可供给工艺冷凝水量为1.5～2.5t/h。在水量方面，完全满足柴油加氢装置在正常生产时反应注水水量。保证柴油加氢装置注水罐液位稳定的操作：

（1）制氢装置低负荷运行情况下，工艺冷凝水量外送量减少，为保证柴油加氢注水罐液位稳定，加氢反应注水为除盐水+工艺冷凝水注水。

（2）制氢装置高负荷运行情况下，工艺冷凝水外送量增加，为保证柴油加氢注水罐液位稳定，制氢装置可以向常压装置外送部分工艺冷凝水。

制氢装置工艺冷凝水水量大幅波动对加氢反应注水罐液位的影响，为保证柴油加氢装置注水罐液位平稳，使柴油加氢装置原有的注水流程一直保持畅通状态，原注水调节阀投用自动状态。当制氢装置工艺冷凝水量减少时，柴油加氢注水罐液位下降，为保证注水罐液位平稳，原注水调节阀自动打开，补充注水罐液位，注水系统采用原来的注水流程；当制氢装置工艺冷凝水量增多时，为保证注水罐液位平稳，原注水调节阀自动关闭，多余工艺冷凝水可外送至常压装置。因此柴油加氢装置补充注水罐液位的2种注水方式可以实现无扰动切换。

1.3 柴油加氢装置运行是否受制氢装置注水温度影响

温度对柴油加氢装置影响因素为：

（1）由于制氢装置工艺冷凝水的温度高于柴油加氢注水用的除盐水的温度，为了保证管道运行期间的平稳，自项目实施以来每天测量注水点温度。

（2）柴油加氢注水泵设计注水温度-130℃～340℃，制氢工艺冷凝水温度为100℃左右，从设计角度考虑对柴油加氢对注水泵P-1102影响不大，但实际运行中，因为注水本来就进行过优化，注水量降低到正常生产的下限2.0 t/h，机泵在高温下产生了微量的抽空及气蚀，对机泵影响较大。装置针对性微开了机泵的最小回流线，有效缓解机泵低流量、高温度运行情况。

1.4 酸性水对柴油加氢设备腐蚀影响

为保证制氢装置工艺冷凝水改入柴油加氢装置注水罐作为反应注水的长周期运行，定期对注水点管线进行测温与壁厚监测。制氢装置的工艺冷凝水管线采用的材质为304L，而柴油加氢注水管线采用普通的碳钢管道，为了防止由于制氢装置工艺冷凝水中携带的少量杂质对柴油加氢注水碳钢管线产生腐蚀冲刷，发生管线泄漏事故，定期通过对柴油加氢注水管线进行定点测厚，对其数据进行分析，时刻掌握管道运行情况。

2 改造方案

通过对制氢装置工艺冷凝水的水质、水量、水温以及装置现场布局与施工方面进行全面分析，对柴油加氢与制氢装置现场相关管线位置布局查看，制氢装置工艺冷凝水外送管线与柴油加氢注水管线距离很近，确定了制氢装置工艺冷凝水回收至柴油加氢装置除盐水罐代替除盐水做注水技术改造实施的最终方案，此次技术改造实施只需要增加一条管线即可（见图1），现场布局与设备方面完全满足施工要求。

图1 技术方案改造流程示意图

本次技术改造增加了一条DN50管线，2个DN50的阀门。制氢装置汽提塔底工艺冷凝水泵P-1102A/B出口正常运行压力为0.7MPa，选用管道和阀门的压力等级为PN2.0MPa。此方案施工相对简单，投资金额少，在装置不停工的状态下就可以实施，简单有效地解决了制氢装置工艺冷凝水的回收问题。

3 技改实施调整

3.1 关注制氢装置工艺冷凝水的水质变化

保证制氢装置平稳运行，及时关注样品质量，提高制氢酸性水水质分析频次，保证制氢装置工艺冷凝水水质达到柴油加氢注水水质要求。

3.2 关注加氢反应注水罐液位的波动

制氢装置低负荷运行情况下，工艺冷凝水量外送量减少，为保证柴油加氢注水罐液位稳定，加氢反应注水完全改为除盐水注水。制氢装置高负荷运行情况下，工艺冷凝水外送量增加，为保证柴油加氢注水罐液位稳定，制氢装置可以向常压装置外送部分工艺冷凝水。

3.3 减少长周期运行对柴油加氢装置的影响

提高制氢酸性水水质分析频次，定期对注水点管线进行测温与壁厚监测，保证制氢装置工艺冷凝水作为柴油加氢装置反应注水的长周期运行

3.4 加强操作培训

制定新的操作参数范围作为调整指导文件，加大培训力度，对部门员工讲解本次技改的全过程，让每个操作人员了解本次技改的成果，提高操作人员的操作水平。鼓励在日常生产中发现新的节能举措，及时沟通实践。将加氢-制氢装置平稳率与样品合格率的具体要求标准化，在各班间进行劳动竞赛，竞赛结果纳入考核范围。加强现场巡查，定期进行温度测量和管线壁厚监测，发现异常及时汇报处理。

4 改造效果

实现了制氢装置工艺冷凝水作为柴油加氢装置反应注水的目的，达到了预期效果，

4.1 柴油加氢装置补充注水罐液位的两种注水方式可以实现无扰动切换保证

柴油加氢装置注水罐液位平稳，使柴油加氢装置原有的注水流程一直保持畅通状态，原注水调节阀投用自动状态。当制氢装置工艺冷凝水量减少时，柴油加氢注水罐液位下降，为保证注水罐液位平稳，原注水调节阀自动打开，补充注水罐液位，注水系统采用原来的注水流程；当制氢装置工艺冷凝水量增多时，为保证注水罐液位平稳，原注水调节阀自动关闭，多余工艺冷凝水可外送至常压装置。柴油加氢注水罐液位长期处于稳定状态，未发生任何波动情况，柴油加氢装置注水罐平稳率为99.78%。

4.2 设备腐蚀可控

为保证制氢装置工艺冷凝水改入柴油加氢装置注水罐作为反应注水的长周期运行，通过定期对柴油加氢注水管线进行定点测厚，对其数据进行分析，时刻掌握管道运行情况，未出现管道腐蚀泄漏问题。定期监测注水点温度，保证实施前后注水点温度≤100℃，避免了注水泵高温下机封损耗。

4.3 柴油加氢高分含硫污水无异常

为避免因注水水质不合格导致达不到柴油加氢注水洗涤氨盐的效果，在日常生产中提高制氢酸性水水质分析频次，保证加氢反应注水水质的要求。如有异常及时与上下游装置进行沟通，并联系化验中心进行加样复查，保证制氢装置工艺冷凝水水质稳定。投用后柴油加氢高分含硫污水未出现任何异常，各项指标均在合格范围内。

5 结束语

制氢装置工艺冷凝水替代柴油加氢反应注水，柴油加氢装置与制氢装置运行平稳，达到了降本增效的目的。

5.1 经济效益与环境效益

柴油加氢装置效益：柴油加氢装置原注水介质为除盐水，单价为10.0元/t，现根据制氢装置生产负荷，每年节省除盐水14500t，节省成本为14500×10.0=145000元/a

制氢装置效益：制氢酸性水技改前，外送出装置至常压电脱盐，每吨酸性水产生1.98元的效益，减少效益为14500×1.98=28710元/a

污水处理：制氢酸性水电脱盐后，进入污水处理厂，污水处理厂处理污水成本为11元/a，节约污水处理费用为：14500×11=159500元/a

每年节约成本为：

145000-28710+159500=275790元/a

5.2 技术方案的应用以及可推广性

制氢装置工艺冷凝水主要来源于制氢转化预热段配入的工艺蒸汽，在依次经过4个分水罐后进入汽提塔，经低压蒸汽汽提后脱除微量的CO2等杂质，由汽提塔底泵送出装置。在采集水样分析后，水质的含氧量、铁离子浓度、氨氮含量等都符合加氢注水的要求。投入生产使用后，通过对柴油加氢装置高分含硫污水样品中的氨氮含量、铁离子浓度进行分析，达到了预期的效果。因此，制氢酸性水可以代替除盐水作为加氢反应注水，加氢-制氢联合装置可以合理利用制氢酸性水代替除盐水作为加氢反应注水，投入生产使用后，通过对柴油加氢装置高分含硫污水样品中的氨氮含量、铁离子浓度进行分析，达到了预期的效果。