VPSA技術在煉廠干氣中回收氫氣的效益分析

蘇福輝 宋鵬俊 闞寶訓（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

VPSA技術在煉廠干氣中回收氫氣的效益分析

蘇福輝 宋鵬俊 闞寶訓（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

煉油裝置的生產過程中副產多種富氫氣體的干氣，而加氫精制裝置在反應過程中又需要用氫。氫氣的高價格導致煉廠的生產成本大大增加，因而通過回收煉廠富氫干氣中的氫氣，能夠大大增加煉廠經濟效益[1]。該煉化公司采用國內成都華西化工科技股份有限公司的變壓吸附（VPSA）專利技術，該裝置設計產氫能力為10000Nm3/h，裝置于2012年8月開始建設，2013年11月裝置建成中交。2013年12月5日開車投料一次成功并產出合格的氫氣。

1 變壓吸附（VPSA）工作原理及技術特點

1.1 工藝原理

吸附是指當兩種相態不同的物質接觸時，其中密度較低物質的分子在密度較高的物質表面被富集的現象和過程。具有吸附作用的物質（密度相對較大的多孔固體）被稱為吸附劑，被吸附的物質（密度相對較小的氣體或液體）稱為吸附質。VPSA裝置中的吸附主要為物理吸附[2]。

變壓吸附氫提純工藝過程之所以得以實現是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個性質：一是對不同組分的吸附能力不同，二是吸附質在吸附劑上的吸附容量隨吸附質的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個性質，可實現對含氫氣源中雜質組分的優先吸附而使氫氣得以提純；利用吸附劑的第二個性質，可實現吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構成吸附劑的吸附與再生循環，達到連續分離提純氫氣的目的[3]。

裝置原料主要成分是H2，其余是C1～C5的烴類，吸附劑主要是活性氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類等。原料氣通過吸附床層，H2以外的其余組份作為雜質被吸附劑選擇吸附，最后氫氣以99.9%(v)純度離開吸附塔。

1.2 工藝技術特點

本裝置所采用的VPSA8-2-3變壓吸附工藝技術，具有如下優點：

（1）采用成熟的VPSA8-2-3流程，流程簡單、運行可靠。

（2）VPSA8-2-3流程采用雙塔連續抽真空流程，可減小解吸氣系統壓力波動，真空時間長，吸附劑的再生徹底，能耗低。

（3）VPSA8-2-3流程解吸氣控制系統采用了先進的兩級緩沖、調節系統，解吸氣的熱值、壓力和流量更穩定，更有利于解吸氣的后段利用。

（4）本裝置先進的VPSA專用軟件在某個吸附塔出現故障時，可自動無擾動地將故障塔切除，轉入7塔、6塔、5塔、4塔。在切換到4塔操作時，可將裝置隔離分成兩個獨立的系列任意檢修，一個系列生產，另一個系列可作任意檢修。因而大大地提高了裝置運行的可靠性。

（5）采用華西所開發的專門用于VPSA氫提純的吸附劑，吸附劑動態吸附量大、脫除雜質精度高，可更有效地保證產品質量和回收率。

（6）本裝置先進成熟的控制軟件包可自動實現吸附時間的優化和吸附壓力自適應調節，保證產品的合格和收率的最高。

2 工藝流程

低壓VPSA工序采用8塔VPSA工藝流程，即：主裝置由八個吸附塔組成。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續三次均壓降壓、逆放、抽真空、連續三次均壓升壓和產品氣升壓等步驟組成[4]。

圖1 VPSA裝置工藝流程簡圖

混合原料氣進入原料分液罐中，分離掉其中的夾帶或冷凝下的液滴，再自塔底進入正處于吸附狀態的吸附塔內。在多種吸附劑的依次選擇吸附下，其中的H2O、烴類等雜質被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產品從塔頂流出，其中H2純度大于99.9 %，再經過氫氣壓縮機壓縮到2.0MPa.G后送氫氣管網。

被吸附的雜質經過吸附塔三次均壓、逆放和抽真空等步序后，吸附劑解吸出來的解吸氣送入解吸氣混合罐中，再經過解吸氣壓縮機壓縮到0.5MPa.G后送燃氣管網。流程簡圖見圖1。

3 原料與產品性質

本裝置原料來源為混合干氣、烴化尾氣、氣柜干氣、異構化干氣和乙苯脫氫尾氣。各股原料的性質組成見下表1，表2和表3分別列出裝置運行中原料氣量和氫氣含量的變化及時調整吸附時間。

表1 各股原料的性質組成

注：氣柜干氣由于硫含量較高，在沒有脫硫的情況下未引入VPSA裝置。

表2 混合原料氣與產品性質比較

表3 裝置物料平衡及氫氣回收率

注：2016年12月裝置檢修，加工量降低；2017年3月渣油加氫裝置換劑，氫氣過剩，VPSA產氫部分放至燃料氣管網。

由表2和表3可看出，VPSA裝置運行穩定，崗位上根據原料氣量和氫氣含量的變化及時調整吸附時間，確保產品氫純度＞99.9%，同時著重控制好解吸氣中的氫氣含量，保證最大量回收氫氣。裝置氫氣平均回收率達到89.59%以上，設計值僅為81%，高于設計值8%。

4 裝置經濟效益分析

裝置投用后平均負荷87.41%（相對進料），每年可獲經濟效益3258.88萬元，由表4計算得出，3年可收回投資成本。

表4 VPSA裝置經濟效益分析

固定資產投資折舊（10年計）效益循環冷水0.85MPa氮氣凈化風非凈化風除鹽水合計固定資產投資噸Nm3Nm3Nm3噸萬元萬元萬元7461186.0036406.4476691 0.638,490.2517,636.352146.607973.83258.880.180.900.080.0811.68134.303.286.140.0720.602146.60797.383258.88

5 結語

(1)VPSA裝置產品的純度高，工藝流程簡單，操作靈活性，高可靠性高,操作彈性大，自動化程度高，裝置開停車極為方便

(2)VPSA裝置經過3年多的運行，產品氫產量、氫氣回收率指標和氫氣品質都達到設計要求，且高于設計值。

(3)VPSA裝置提供充裕的氫源的同時，大大降低了公司制氫成本，同時也為公司增效3000多萬元/年。

[1]王萍，吳昊鵬，徐以泉.加氫型煉廠富氫尾氣回收氫氣技術[J].中外能源，2016，21:78-82.

[2]薛重陽.VPSA技術在干氣回收氫氣的應用.廣州化工，2010，38(11):191-194.

[3]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（4）:350-353.

[4]李學偉，劉彩紅.氫氣回收裝置穩定運行總結[J].中國氯堿，2011，9:12-14.

Economic analysis of the recovery of hydrogen by VPSA technology in refinery dry gas

Su Fuhui,Song Pengjun,Kan Baoxun
(Hainan Refining&Chemical Co Ltd.SINOPEC,Yangpu，578101)

某煉化公司采用變壓吸附技術回收廠內多股干氣中的氫氣，裝置主要以混合干氣、烴化尾氣、氣柜干氣、異構化干氣和乙苯脫氫尾氣為原料，經過真空變壓吸附（VPSA）工藝分離后，得到氫純度≥99.9%氫氣和氫氣含量＜10%的解吸氣，然后氫氣壓縮到2.2MPa后并入廠內氫氣管網，解吸氣壓縮到0.5 MPa后并入廠內燃料氣管網，裝置進料負荷87.41%，每年可獲經濟效益3258.88萬元，有效降低廠內用氫成本。

變壓吸附；氫氣；效益

The refining company of China petrochemical by VPSA technology recycling plant more hydrogen in the dry gas, the material include hydrocarbon exhaust,dry gas holder,isomeri?zation of dry gas and ethyl benzene dehydrogenation exhaust gas as. After VPSA after separation,the product hydrogen,the purity reach to 99.9%and the inhale H2purity below 10%,then hydrogen compression to 2.2MPa into hydrogen gas pipe network in facto?ry,the inhale compressed into a merged into fuel gas pipe network in plant,by equipment load 87.41%,annual economic benefits 32, 58 million yuan,effective reduced the cost with hydrogen.

variablepressureadsorption;Hydrogengas;eco?nomic

蘇福輝（1986-），男，海南省海口市人，技術員，現從S Zorb-加制氫聯合裝置的工藝技術管理工作。