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优化制氢低负荷运行，提升装置经济技术指标 作者：田喜磊 单位：加氢车间 优化制氢低负荷运行，提升装置经济技术指标 作者：田喜磊 摘要：洛阳石化制氢装置是十一五期间中国石油化工股份有限公司洛阳分公司油品质量升级改造项目的一套主体装置，由洛阳石化工程公司设计并承建，装置公称能力为4×104Nm3/h工业氢，采用轻烃水蒸气制氢技术，年开工时数为8400小时，相当于产纯氢3.02×104t/a，设计操作弹性为50～110%。制氢装置与2009年5月19日一次开成成功，生产出合格的99.9%的工业氢。2009年8月份为了平衡分公司能耗，在平衡分公司氢气管网，能够满足出厂汽油国Ⅲ标准的前提下，装置停工消缺。2010年同样为了降低分公司综合能耗，装置四开三停。由于受制于分公司氢气平衡，制氢装置负荷均处于较低水平（低于30%设计负荷），装置的运行状况恶劣，各项经济技术指标不太理想。本文通过对制氢装置低负荷运行状况的分析，探讨在低负荷运行情况下，进一步优化装置运行，使各项经济技术指标最优。 关键词：制氢 低负荷 优化 1、前言 2011年随着含硫原油加工量的增加、260×104t/a直柴加氢装置的正常开工运行以及炼油总量的增加，制氢装置仍将长期处于低负荷灵活运行状态，以满足各用氢装置对氢气量以及油品质量升级的需求。 目前，分公司氢管网主要依靠制氢装置、重整装置进行供氢，以满足当前油品质量的要求。在重整装置苛刻度及满负荷稳定运行的情况下，其供氢量基本稳定在38000～39000Nm3/h（90%氢纯度）。制氢装置就作为调控氢管网平衡的关键装置。 根据目前出厂轻质油产品质量及产量的需求，在维持重整装置负荷的前提下，制氢装置的产氢量波动在10000～20000Nm3/h（99%以上氢纯度）之间，产氢负荷率在25%～50%之间。按照原料加工负荷计算2010年基本维持在20%～30%之间。 2、制氢装置低负荷运行中存在的问题 2.1.加工负荷的影响 制氢装置设计负荷为50～110%，而我装置在实际运行中长期处于30%负荷左右。在低负荷下如何保证176根炉管内的气流均匀是一大难题。转化炉管内的环境是在催化剂条件下由水蒸气和烃类进行转化反应生成H2的过程。在较低的负荷下，如果按照原来设计的水碳比配入蒸汽，很难保证炉管分配均匀。如果原料和蒸汽通过转化炉管的量偏少，催化剂在高温的冲击下会出现破碎。同时由于吸热量过少，炉管干烧，就会出现红管的现象。 2.2.原料性质的影响 作为烃类水蒸气转化制氢的原料，其所含的硫、氯、砷等杂质会对转化催化剂的活性和寿命影响非常明显。硫含量：＜0.2μg/g，短期允许到0.5μg/g；原料中的硫化物能与转化剂中的镍生成硫化镍，使转化催化剂活性下降。严重的硫中毒导致催化剂积炭、造成炉管局部过热、甚至使炉管报废。氯含量：＜0.2μg/g，短期允许到0.5μg/g；氯化物对转化催化剂的影响与硫相似。烯烃含量：＜1v%；烯烃极易使转化剂积炭。芳烃含量：＜13v%；芳烃含有稳定的苯环，在转化过程中不易断开，容易在转化炉的高温区裂解积炭。环烷烃含量：＜40v%；对于高级烃的转化，异构烷烃最容易，直链烷烃其次，环烷烃虽然比芳烃容易转化，但比直链烷烃难于转化，为此原料中环烷烃含量过高也会造成转化过程积炭。轻油干点：＜180℃；原料馏程中最主要的是终馏点指标，对于转化过程，要求馏程分布均匀，有些油品终馏点虽然不高，但轻组分很少，馏份都集中在较高馏出温度处，容易造成裂解过程过于集中而引起积炭。制氢原料相对密度一般小于0.76。相对密度越大，说明油品越重，转化过程中积炭趋势越大，对催化剂造成的损害越大，不利于装置的长周期安全运行。 2010年转化炉管出现“花斑”及“红管”现象，主要原因是由于贫胺液品质较差，且循环量不足，导致进制氢装置原料气脱硫效果急剧降低，使得脱硫原料气中硫含量大幅度超标，由于有机硫的转化，使得制氢原料有机硫加氢后无机硫含量进一步增高。下图为加氢反应脱有机硫、氧化锌脱硫化氢后进转化炉前原料气中硫含量变化情况。 图-1 加氢后原料气硫含量变化图 图-2 脱硫后原料气硫含量变化图 从图1可以看到，有机硫加氢后的原料气中在较长时间内硫含量较高，最高时已超过1000ppm。这对其后面的氧化锌脱无机硫带来较大负担，从图2可以看出，进转化炉前氧化锌脱硫反应器出口气中的硫含量最高时已达到10ppm，而转化催化剂对硫含量有非常严格的要求，硫含量：＜0.2μg/g，短期允许到0.5μg/g；因此硫含量的超标致使催化剂硫中毒，造成催化剂积碳，引起转化炉红管和花斑最直接和根本的原因。 在此期间制氢装置还补入一定量的石脑油作为原料。下面是石脑油化验分析项： 表-1 石脑油族组成分析 硫含量,%(m/