制氢装置的节能工艺技术探究

制氢装置的节能工艺技术探究

赵永年冯作寿

新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州841000

摘要：煤化工和炼油工程在实际工作中最为关键的一项环节就是制氢装置，这项装置不仅在企业生产中发挥着重要的作用，同时也是高能耗和最关键的二氧化碳排放装置。在近年来我国科学技术水平不断提升的背景下，制氢装置作为工业生产中的关键环节也受到了越来越大的关注和重视，特别是当前国家倡导可持续发展的理念作用下，这一技术怎样实现节能发展也成为了研究的重点环节。针对这种情况，本文就将针对制氢装置的节能工艺技术展开研究，希望对这项工作的开展和装置的优化提供更为积极的帮助作用。

关键词：制氢装置；节能工艺；技术手段

制氢原料的选择上通常都具备较多的选择性，比如煤焦、重油、天然气等，与这些原料相对应的技术有气化、电离、变压吸附等。在对原料和工艺方法进行选择的过程中主要是借助原料自身的可得性和经济性进行研究。经过实际研究发现，当前工厂中最经常使用的制氢方式就是蒸汽转化，因为这项技术手段和其他形式相比具备更为显著的优势，比如工作流程简单，资金投入低等。为此，本文也将对制氢装置中的节能工艺技术展开研究，以期更好的提升我国工业技术水平的发展和进步。

一、装置的发展概况

以某企业为例，这一企业在实际生产和发展中将每小时5000立方米的制氢装置以脱硫干气和天然气的混合作为主要原料，从而生产浓度为99.99%的氢气作为供油品加氢使用[1]。在工艺线路上的主要采用了转化、变换和PSA方式，一共分为六个环节的工作，分别是原料气增压、加氢、净化、蒸汽转化、温度变化和氢气提纯。

（一）原料

该企业在实际发展中为了保证企业燃料气的平衡性，可以将制氢原料中的ROG作为原料中的重要组成环节，这也是催化装置中的主要组成环节，但是由于ROG在工作中会出现波动或是停工的问题，所以NG最大的供应量也需要根据100%进行设计和研究，在此种背景下对30%的NG和100%的NG两种的情况进行进一步分析。

（二）主要的控制参数

首先，加氢和净化。在实际工作中，一段加氢反应器的出口温度可以在达到290℃，而二段更是会达到360℃，所以饱和原料中的烯烃含量会小于百分之一，净化原料中的硫含量会小于0.2×10-6.

其次，转化炉。经研究发现，转化炉管的出口反应气温度应该小于或是等于850℃，其中甲烷的含量也小于等于5%[2]。

二、采用的主要节能工艺

（一）等温床+绝热床二段环节中的加氢工艺

经过实际研究发现，ROG中的烯烃含量在百分之十六以上，并且组分的范围波动上也会比较大，通常情况下，绝热床更适合被用在烯烃含量小于6.5%的加氢反应中，而等温床对于原料气中对浓度较高的烯烃却具备较强的适应能力。

因此在实际工作中也可以将反应的温度进行适当提升，通过这种方式实现对转化效率的提升，也就是在工作中通过对进气烯烃含量的合理孔子，对等温床的工作进行更为科学的调整[3]。如果在此环节中原料气是浓度为100%的NG或是原料气中的烯烃含量下降，也可以减少对等温床反应器的应用，只借助绝热床反应器进行工作即可。总而言之，在对这种加氢工艺进行有效应用，不仅能对原料气中烯烃含量高的问题进行有效解决，同时还可以实现对蒸汽的有效调解，确保原料气自身适应性的提升，这对于减少能源消耗也将起到不可忽视的重要作用。

（二）预转化工艺

转化工作中出现水碳比也是当前对炉内催化反映最为直观的一项工艺参数，所以在实际工作中如果能对工艺控制指标的要求进行满足，也应该对水碳比进行必要的降低和控制，这对于降低能耗也将起到十分积极的帮助作用。所谓的预转化工艺指的就是在对转化炉中净化气工作前，适当进行反应器的增设，通过这种方式对硫含量进行更有效的降低，并且将重质烃转化为碳氧化合物或是甲烷，这项工作的有效开展不仅能对炉内问题进行有效解决，同时对于降低水碳比的敏感性也将起到十分重要的帮助和影响[4]。

在当前装置中所采用的转化催化剂具备较为显著的优势，比如活性强、转化效率高等优势，并且此种转化及在首次工作的环节中就可以实现还原，因此不会对进料工作的开展造成影响。

（三）高效余热回收工艺

由于转化炉在实际工作中的反应温度很高，达到850℃左右，而转化气在中温变换器中的温度则在350℃左右，因此这也使得烟气在排除辐射段的环节中温度将超过1000℃以上。由此可见，制氢装置中仍然具备十分显著的余温回收空间。这些热量能否得到合理的使用也将对装置自身的能耗问题产生直接影响。

为了在实际工作中更有效的实现利用率的提升，降低能源的消耗，在实际工作中也应该按照加热介质的要求对换热的顺序进行进一步明确，通过这种方式实现对全局换热网络的完善和优化[5]。在对烟气热能量进行利用的环节中也可以制定相应的换热要求，从而更为合理的实现对烟气热量的回收和利用，做到工作的可循环利用与发展。

结束语：

综上所述，在近年来我国经济水平不断发展的背景下，工业发展水平也得到了更为显著的发展和提升。其中制氢装置在工作中的作用越来越显著，也受到了企业发展和工作人员的关注。尤其是在当前国家倡导可持续发展的理念作用下，这一技术怎样实现节能发展也成为了研究的重点环节。现阶段我国工厂中最经常使用的制氢方式就是蒸汽转化，因为这项技术手段和其他形式相比具备更为显著的优势，而通过本文对制氢装置的研究，相信广大工作人员也将对这一技术的节能发展有着更为全面的认识和掌握，从而在今后的工业建设和发展中不断进行对节能工作的研究和探索，更好的落实可持续发展目标与要求。

参考文献：

[1]许颖恒，关凯书，张建晓.制氢装置三通管开裂失效分析[J].压力容器，2015，32（10）：61-66.

[2]柳杨华.制氢装置的节能工艺技术探讨[J].炼油与化工，2015，26（01）：58-61.

[3]王玉倩.煤气化制氢装置为炼油厂供氢方案研究[J].化学工业，2014，32（08）：39-43.

[4]王辉，常永胜.干气制氢装置低负荷运行时的操作优化[J].石化技术与应用，2012，30（02）：156-159.

[5]庞少伟，李栋，秦建军.焦化干气制氢装置运行分析及扩量改造研究[J].石油与天然气化工，2016，40（02）：132-136+98.