炼油厂氢气系统优化调度及其应用

炼油厂氢气系统优化调度及其应用

李军

中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂总值班室新疆乌鲁木齐830019

摘要：智能工厂和工业4.0已成为未来发展的战略方向，生产的最优调度是过程工业建立智能工厂的重要环节之一，是生产管理与生产过程控制之间的纽带。在石油化工行业，一方面，由于重质原油和含硫原油加工比例的提高，以及环保法规的不断增加，清洁油品的生产质量要求越来越高。另一方面，重油产品市场逐渐萎缩，轻油市场继续增长，这导致炼油厂深加工技术的广泛应用，如加氢裂化和加氢精制。原油的处理深度和加氢比率增加，炼油厂的氢气消耗量增加。大型氢气成本已成为仅次于原油成本的炼油厂成本的第二大成本。本文研究分析了炼油厂氢气系统的优化调度和应用，以供参考。

关键词：炼油厂；氢气系统；优化调度

1前言

作为中国国民经济的支柱产业之一，石化工业也是原油和煤炭等不可再生资源的巨大消费。污染排放的关键行业在降低能耗目标和实现国家节能减排任务中发挥着至关重要的作用。与此同时，它也面临着巨大的压力。石化行业节能减排的有效性将直接影响中国环境和资源的可持续发展。多年来，石化行业一直在努力通过内部管理，优化生产，采用先进的节能技术。大幅改善，但整体水平不高，与国际先进水平相比仍有较大差距。因此，提高能源资源综合利用水平，降低能耗，减少环境污染已成为石化行业提高效率，增强市场竞争力的有效措施，也是建设资源节约型环境的必然选择。友好的社会。

2炼油厂中的氢气系统

氢源是指炼油过程中为其他生产装置提供氢气的装置，包括重整副产氢装置、制氢装置，此外提纯装置也被认为是提供氢气的氢源，能够将低纯度氢气进行提纯得到高纯度氢气来提高氢气资源利用率。氢源的出口氢气流股其浓度、组成和压力一般是稳定的。氢阱又称为耗氢装置，是指炼油过程中需要消耗氢气的装置，氢阱的进口氢气流股需要满足一定的流量、浓度及压力要求，通过压缩机增压和提纯装置提纯来满足氢阱的压力和纯度要求。氢气管网是整个系统中氢气传输的媒介，决定吝个涉氢装置之间的连通关系。

2.1氢源

1)重整装置副产氢

催化重整是指在一定温度、压力、临氢及催化剂条件下，将轻质饱分油环化脱氢转为富含芳烃的产品，并得到大量副产氢的过程。反应过程主要包括hl.

a.六元环烷烃脱氢反应，生成苯环和氢气;

b.六元直链烷烃环化反应，生成六元环烷烃和氢气;

C.五元环烷烃异构化反应，生成六元环烷烃和氢气;

d.烷烃异构化反应;

环化与脱烃反应使原料中一部分氢原子分离出来，生成芳烃，同时产生大量氢气直馏石脑油、加氢裂化石脑油、乙烯裂解汽油的抽余油等等均可作为催化重整装置的原料，得到高辛烷值、低烯烃含量、低含硫量的汽油或芳烃，同时副产的氢气是炼油厂重要的氢气来源，也是最廉价的高纯度氢。连续重整装置的产氢可以接近重整加工原料油量的4%，重整得到的副产氢既可以作为氢源直接使用，也可以经过提纯装置提纯后再使用。

2)制氢装置产氢

炼油厂中常用的制氢工艺方法主要有:

烃类蒸气转化法;操作简单、技术成熟，气制氢、天然气制氢、原料包括天然气、干气、石脑油等轻质烃类，由于工艺流程短、已成为炼油厂应用最为广泛的制氢工艺。包括石脑油制氢、液化干气制氢。

烃类部分氧化法:原料包括减压渣油、脱油沥青等劣质廉价的重质组分，由于工艺较复杂、操作难度大且投资高，氢气供给的可靠性和安全性差，应用较少，但近年来制氢规模的增大和轻质烃类的短缺，部分氧化法依靠原料价格便宜、氢气成本低、对环境友好，正日益受到重视。包括重质油制氢。

3)提纯装置提纯氢

炼油厂中副产氢和各种尾气、驰放气等含有不同数量的氢，用提纯装置对这些气体进行提纯，可显著降低氢气成本，提高氢气资源的利用效率。

2.2氢阱

氢阱主要由各种加氢装置组成，由于生产目的不同，原料、催化剂、操作条件等存在较大差异，因此不同类型的加氢装置对进口氢气流股的纯度、压力、杂质含量等要求也各不相同。炼油厂的加氢装置主要由加氢精制(包括蜡油加氢精制、渣油加氢精制、加氢改质等)以及加氢裂化(包括馏分油加氢裂化、渣油加氢裂化、临氢降凝等)所组成，对氢源的压力、纯度、杂质含量要求越来越高。

1)加氢精制

加氢精制是在高温(2504200C)、中高压力(2.O}l0.OMPa)和催化A1]的条件下，在油品中加入氢气，使其与油品发生加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧、加氢脱金属以及烯烃、芳烃的加氢饱和等化学反应。加氢精制过程是将非烃化合物中的硫、氮、氧等原子组分以H2S.NH3,H20的形式脱除，剩下的烃类被进一步加氢后留在产品油中，来实现改善油品质量的目的，一般作为清洁油品生产的最后工段。

2)加氢裂化

加氢裂化是重质油轻质化的重要加工过程，高分子烃类在高温且采用催化剂的条件下发生裂化、异构化、加氢等反应，生产小分子的液态烃如汽油、煤油、柴油等。加氢裂化过程可分为两个部分，一是精制反应，二是裂化反应。精制反应与加氢精制反应相同，主要是脱除杂质改善原料的质量，裂化反应以高分子烃类的断链反应为主，同时还进行着环烷烃、芳烃的异构化和脱烷基侧链等反应。

3氢气系统优化调度的研究进展

氢气管网作为氢气的存储单元，容纳的氢气量有限制要求，为保证炼油过程安全平稳地运行，产氢量和耗氢量应尽量保持平衡。然而，一方面，产氢量和耗氢量比较容易受到装置操作条件和外界产品的影响，氢阱的耗氢量存在波动，并且氢气系统本身比较复杂，调度存在着延迟，因此根据调度人员的经验对氢气系统进行调度很难保证整个炼油厂氢气的供需平衡;另一方面，因为氢气无法储存，如果短时间内产氢耗氢无法达到平衡，产氢量远大于耗氢量会使得管网中的氢气量突破容量上限并将多余的氢气放空，造成资源的浪费，产氢量远小于其耗氢量会使得管网中的氢气量突破容量下限，氢阱的氢气需求无法得到满足，容易发生生产事故。因此，氢气系统的优化调度对于炼油厂提高资源利用率，维持系统安全稳定运行具有重要意义。

4结束语

目前人们对氢气系统优化调度问题中的氢阱的耗氢量的预测问题关注较少，然而由于氢气管网的容量有限制，产氢量过多造成资源浪费，过少会造成装置故障，所以仍需要进一步的深入和完善。

参考文献：

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