石蠟加氫裝置低分氣尾氫回收工藝

王 海 生

（撫順石化公司石油二廠， 遼寧 撫順 113004）

石油化工

石蠟加氫裝置低分氣尾氫回收工藝

王 海 生

（撫順石化公司石油二廠， 遼寧 撫順 113004）

通過對石蠟加氫裝置自產低分氣的組成分析，及改造思路的探索，找出將低分氣做為補充氫源的可行性，從而開發出低分氣新的附加值，避免簡單燒掉或放空造成的資源浪費，進一步完善了加氫工藝流程的合理性，開辟出一條新的降低成本之路。通過估算，20 萬t/a的石蠟加氫裝置每天可回收氫氣約7 680 m3，按年投資69.01萬元計算（按350天）效益為260萬元左右。按投資69.01萬元計算，0.26年即可收回成本。

低分氣；尾氫；氫耗

我國石蠟資源豐富，大慶、南陽、沈北、華北、江蘇、江漢、大港、吉林、青海等油田的原油中蠟質量分數均在20%以上，為石蠟生產提供了優越的資源條件［1］。國內石蠟加氫精制技術研究伴隨國內石蠟產量和出口量的不斷增長，取得了持續性進展。1979年第1套石蠟加氫精制工業裝置投產至今，國內石蠟加氫精制催化劑及工藝技術已達到世界先進水平。時至目前，國內外各類介質加氫精制工藝應用已十分普遍［2-3］，對于其工藝過程中副產的低分氣，普遍的做法是作為燃料燒掉或必要的放空，其附加值沒有被充分開掘，而氫源一般都來自制氫裝置或重整裝置，受產量及成本等制約，一般都較為緊張，在這樣的一個大環境下，富含氫氣的加氫自產低分氣被簡單地作為燃料燒掉或放空，顯然是非常不明智的［4］。為滿足加氫精制對氫氣的需求量的不斷增加，有必要詳細地評估一下不同的氫源情況。而不同工藝生產出來的含氫尾氣都有很好的經濟價值，能夠成為極好的補充氫源。

目前主要使用的尾氫回收工藝有如下3種：

（1）PSA工藝，該工藝可用以生產99.999%的高純度氫氣，回收率達90%以上。PSA工業裝置通常使用4～12個吸收塔，往往會增加裝置的費用。如采用此法需要研究最佳的氫氣純度。

（2）膜分離工藝，膜分離裝置簡單，易操作，基建成本低，但回收率較低。該技術適合于原料氣壓較高如FCC廢氣的回收和組合技術，承擔分離大量不需要組分的任務，從而降低下游裝置的規模。

（3）深冷分離工藝,深冷分離廣泛應用于煉廠混合物流的氫氣回收。裝置簡單，不需要外部制冷［5-9］。

對于石蠟加氫精制而言，回收尾氫改造必須充分考慮與裝置整體的充分契合，盡可能少投入。依據這個原則，車間工程技術人員在廠領導及相關部門的指導下，開展了低分氣尾氫回收利用的研討工作。

1 裝置概況

石油一廠新區高壓石蠟加氫裝置由中國寰球工程公司遼寧分公司設計，最初設計加工能力20×104t/a，裝置占地面積6 413 m2，總投資為1.98億元。項目于2004年3月18日破土動工，于2005年11月14日實現開汽1次成功。裝置原料蠟共有3種，來源于減三和減四線餾分油經新區兩套酮苯脫蠟脫油裝置生產出 58#、66#脫油蠟；減五線餾分油經酮苯脫蠟脫油裝置生產出 70#微晶蠟。裝置產品為58#、66#石蠟和70#微晶蠟。裝置采用中國石油大慶石化公司研究院開發的 SD-1及 SD-2型催化劑，總裝填量 29.3 t，氫氣由石油三廠重整裝置提供。裝置由原料預處理、反應部分、分餾及干燥、新氫與循環氫壓縮機部分組成。

影響石蠟加氫精制深度的因素有 4點：反應溫度、反應壓力、空速和氫油比［10］。而反應壓力的影響常常是通過氫分壓來實現的。系統中的氫分壓決定于操作壓力、氫油比、循環氫純度以及原料的氣化率。蠟在加氫精制條件下經常是處于汽液混相。而在很大的氫分壓條件下，依據氣液平衡原理，蠟液中往往存在大量溶解氫。這些溶解氫遇到大的空間便會從液相中逃逸出來，形成新的氣液平衡，這便是高分循環氫產生的機理；而當蠟液由高分罐進入低分罐后，在較低的壓力下，蠟液中的溶解氫進一步釋放，達到新的平衡，這便是低分氣產生的原理。

經多次采樣分析，裝置低分氣往往具有較高的氫純度［11］。

加氫精制系統不斷地排出低分氣，其主要目的有三個［11-12］，一是與補充新氫量及消耗氫共同達成一種進出平衡；二是及時提升氫純度，確保系統保持合理的氫分壓；三是減少進入低壓系統液相中的含氫量，確保低壓系統安全及產品質量。

而目前裝置對于產生的低分氣的去向有三：一是裝置自身將其作為燃料燒掉；二是并入瓦斯管網，供應外裝置做燃料燒掉；三是放火炬燒掉。總之，都沒有考慮其氫純度較高這一事實，并善加利用。

當然，做為氫源補進系統，也不能一味地使用，必須依據循環氫的氫純度變化情況，適時燒掉一部分，以確保系統氫分壓保持在合理范圍內，保證加氫精制的質量。

2 尾氫回收的前提與意義

2.1 低分氣氫純度高，可作自備氫源

裝置自產低分氣氫純度在70%～85%，一般均高于75%。跟外供氫氣純度（85±10）%相比，相差無幾，具備做為氫源的條件。可以自用或有限外供。

2.2 循環氫中氫純度高，可滿足氫分壓需求

通過統計，裝置循環氫純度 在88%～95%之間，一般靠上限情況居多。而一般要求循環氫純度在85%左右，即可正常完成加氫反應。因此，以循環氫純度為指標，在一段或特定時期內尾氫回用，對加氫精制深度無不利影響（表1）。

表1 循環氫、新氫、低分氣組成Table 1 Composition of circulating hydrogen, new hydrogen,tail gas

2.3 原料含雜質少，氫耗小

石蠟加氫裝置因原料雜質含量少，化學耗氫量小，對反應氫純度要求不苛刻。因此，含氫濃度在70%～85%之間的低分氣與氫純度 88%～95%的返回氫混合，可直接做為氫源補充進系統。

2.4 低分氣取代部分新氫，大幅降低氫耗

按表2可見，高壓加氫裝置低分氣產量一般為新氫補充量的60%左右，低分氣回用一旦實施，新氫補充量會減少60%，因而氫耗將大幅降低；

表2 不同壓力下用氫情況表Table 2 Hydrogen consumption under different pressures

2.5 開發新氫源，提高裝置自我調節能力

裝置外來氫，受多種因素影響，往往波動頻繁，甚至波動較大，對平穩操作不利。有了自備氫源，做為一種補救措施，能充分延長異常情況處理時間（按以往經驗，停供氫后，系統自然降壓速度為0.6～0.7 MPa/h，而低分氣可抵補充新氫量的60%，完全可以將緩沖時間提高一倍以上），可緩沖甚至抵消新氫供應量波動造成的不利影響，利于裝置的安、穩、長、滿、優運行。

2.6 提升低分氣壓力，為外供及并網創造條件

當瓦斯管網壓力較高時，按原設計低分系統壓力實現并網是不可能的，而放空無疑是一種資源浪費；所以提升低分氣壓力，為低分氣并入新氫、外供及并入瓦斯管網都創造了良好條件。

總之，石蠟加氫氫氣來源完全由制氫裝置供給，成本很高，且來源單一，必須承受一定的風險。有鑒于撫順石化公司氫氣資源比較寶貴，做好富氫氣體綜合利用工作是未來發展的必然趨勢。

3 裝置尾氫回收改造

3.1 尾氫回收的設計思路

尾氫回收設計的主要意圖是確保低分氣能夠并入新氫系統，而新氫分液罐控制壓力為（0.9±0.2）MPa,所以低分系統壓力需由目前的 0.46 MPa提升到1.0～1.1 MPa。

而由表2可見，裝置低分氣的產量與氫分壓有很大關系，經查閱歷史記錄，裝置的低分氣產量在300～700 m3/h之間，按極端情況考慮，低分氣產量可按800 m3/h設計，結合新氫返回量，則進入新氫返回冷卻器的量可按1 500 m3/h考慮。

3.2 尾氫回收工藝流程

尾氫回收流程自低壓分離器開始，到新氫分液罐結束，細述如下：

尾氫自現有熱低壓氣液分離罐（D－202）上部氣相出口→低分氣冷卻器（E－204）冷卻至70～80℃→旋分式氣液分離罐（D－205）除去液相與雜質→分離罐（D－205）壓控閥，然后分2路，一路仍按原有路徑至瓦斯壓控閥后，另一路利舊原有線路到瓦斯壓控閥前，再鋪接新線對接到新氫返回流量表后、新氫返回冷卻器（E－210）入口前適當位置，低分氣與返回氫混合后，進入新氫返回冷卻器（E－210/1.2），冷卻溫度達到40 ℃，進入新氫分液罐，由新氫壓縮機抽送入系統。見圖1。

圖1 改造工藝流程圖Fig.1 Transformation process flow diagram

3.3 效益估算與可行性分析

由于目前的熱低分器分離罐的設計壓力和設計溫度完全能滿足低分氣尾氫回收改造要求，只需更新低分氣分蠟罐，同時增加一臺氫氣冷卻器（解決原冷卻器冷卻效果不佳問題），需增加的費用經設計核算為69.01萬元。而尾氫回收改造工程實施后，每天可回收氫氣約7 680 m3，氫氣價格按1元/m3計算。

綜合以上，進行低分氣尾氫回收改造，投資省，見效快，無論從技術角度，還是從經濟角度都極具可行性。

4 結束語

石蠟加氫裝置中所產生的低分氣原來都是被當作廢氣燃燒處理，最多也就是去氣體脫硫裝置與瓦斯氣體進行混合脫硫，而氣體中含有的大量的氫氣資源沒有得到綜合利用，十分可惜。所以，針對裝置的具體情況，因地制宜地對尾氫中所含的氫氣進行回收，作為補充氫源使用，具有很好的投資價值，其經濟效益也相當顯著。

［1］王士新,袁平飛,李殿昭.國內外石蠟加氫精制技術現狀及進展［J］.煉油技術與工程,2008（38）:1-5.

［2］王家寰,張忠清,傅澤民，等.石蠟加氫精制催化劑進展及 FV催化劑的開發應用［J］.工業催化,2000, 8（3）: 46-51.

［3］Bill Brennan. Chinese wax for the wicks of the world［C］. NPRA Lubricants ＆ waxes meeting, Houston TX,2000:100-121．

［4］梁鐵偉.國外煉廠氫氣的回收與優化利用［J］.國外油田工程，2002（18）:33-34.

［5］Schendel RL, Mariz CL, Mak JY. Is Permeation Competitive[R].Hydrocarbon Processing 1993, August:58.

［6］狄建國.精餾尾氣中回收氫氣工藝的可行性研究［J］.聚氯乙烯,2005（2）:46-46.

［7］焦書建.采用變壓吸附技術回收煉油廠裝置尾氣中的氫氣［J］.石油化工，2006（35）:350-353.

［8］徐友明,沈本賢,廖士綱.石蠟加氫精制工藝技術的現狀及發展［J］.石油煉制與化工，2006（37）:24-29.

［9］S. Peramanu, B.G.Cox, B.B.Prude.Economics of hydrogen recovery processes for the purification of hydroprocessor purge and off-gases［J］.International Journal of Hydrogen Energy，1999，24（5）:405-424.

［10］S. P. Kaldis, G. C. Kapantaidakis, G. P. Sakellaropoulos. Simulation of multicomponent gas separation in a hollow fiber membrane by orthogonal collocation-hydrogen recovery from refinery gases［J］.Journal of Membrane Science，2000，173（1）:61-71.

［11］羅錫輝,何金海.一種石油蠟加氫精制催化劑及其制備方法:中國,98114346.6[P].2003-03-05.

［12］李大東,侯瑩,石亞華,等.用于精制石油蠟的加氫精制催化劑:中國,92111470.2[P].1999-08-25.

Research on the Tail Hydrogen Recovery Process of Paraffin Hydrogenation Equipment

WANG Hai-sheng
（Fushun Petrochemical Company No.2 Refinery, Liaoning Fushun 113004，China）

Composition of paraffin hydrogenation equipment tail gas was analyzed, alteration ideas were researched.To develop additional value of the tail gas and avoid resource waste, feasibility of using the tail gas as complementary hydrogen source was discussed. Then hydrogenation process was improved to decrease production cost. By estimating,about 7 680 m3hydrogen can be recycled every day for 200kt/a paraffin hydrogenation equipment, that is to say, the annual benefit will be ￥2 600 000. While the investment cost is ￥690 100, it can be recovered in 0.26 year.

Tail gas; Paraffin hydrogenation; Hydrogen consumption

TE 626.8+8

A

1671-0460（2011）07-0686-03

2011-06-22

王海生（1970-），男，遼寧撫順人，工程師，1993年畢業于遼寧石油化工大學高分子化工專業，研究方向：石油煉制。E-mail：wanghaisheng@petrochina.com.cn，電話：2992111-225561。