制氫裝置節(jié)能技術(shù)改造研究

李洋

摘要：本文重點(diǎn)針對(duì)我國某化工單位制氫裝置的能耗狀況展開了分析和研究，同時(shí)指出了制氫裝置在能源消耗存在的薄弱環(huán)節(jié)，有效提出了有效的改進(jìn)措施，提高制氫裝置工作的節(jié)能性，實(shí)現(xiàn)化工單位的良好經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：制氫裝置;技能改造;研究

制氫工作采用的是天然氣作為反應(yīng)原材料，通過加氫、轉(zhuǎn)化以及變壓吸附等幾個(gè)重要工作流程來加以開展，由于制氫裝置整體的能源消耗量相對(duì)較大，因此需要對(duì)其中重點(diǎn)的能源消耗環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的節(jié)能改造，以此來有效降低制氫裝置的能源消耗量，實(shí)現(xiàn)化工單位的良好生產(chǎn)效益。針對(duì)我國某地區(qū)化工單位的制氫裝置工作性能展開了分析和研究，該制氫裝置的生產(chǎn)能力為3萬Nm3/ h，以天然氣作為反應(yīng)的原材料。制氫裝置在工作過程中消耗的蒸汽量較大，造成了能源整體消耗量偏高，和國內(nèi)外平均的能耗水平有著明顯的差距，因此相關(guān)工作人員針對(duì)制氫裝置的節(jié)能降耗工作展開了全面的分析和研究，通過對(duì)制氫裝置系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)分析和探討，提出了相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)改造措施。從中得到了工藝優(yōu)化操作參數(shù)，有效降低了制氫裝置的能源消耗量，提高了化工生產(chǎn)單位的經(jīng)濟(jì)效益。

1.流程介紹

制氫裝置在工作過程中，主要是以天然氣加氫PSA尾氣作為原材料裝置的核心工作過程，所涉及到的反應(yīng)類型相對(duì)比較復(fù)雜，比如加氫處理、脫硫處理、轉(zhuǎn)化以及變壓吸附等多個(gè)環(huán)節(jié)，其中不但包含了放熱反應(yīng)也存在吸熱反應(yīng)，整個(gè)能量流結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較復(fù)雜。原材料和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)作為能量轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)，在轉(zhuǎn)化爐和中溫變換器當(dāng)中進(jìn)行能量消耗。通過本次化工單位的加氫裝置分析可以看出，制氫裝置的整體能耗量相對(duì)較大，因此需要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，有效降低能源的消耗量，通過降低輕轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗，提高轉(zhuǎn)化爐煙氣的回收效率是加氫裝置節(jié)能工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過加氫裝置的能量消耗分析之后，整個(gè)生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)基本合理，但是其中某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍然存在較大的改進(jìn)潛力，因?yàn)橹茪溲b置是整個(gè)化工單位氫氣管網(wǎng)壓力的重要調(diào)節(jié)位置，因此該裝置基本都處于低壓負(fù)荷的條件下進(jìn)行工作，轉(zhuǎn)化反應(yīng)的水碳比達(dá)到6.0，不但增加了能耗量同時(shí)還影響到了設(shè)備的生產(chǎn)能力。轉(zhuǎn)化爐的這個(gè)效應(yīng)超過92%能量轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高，而加氫裝置的煙氣能量回收設(shè)計(jì)不是非常合理，加氫裝置在滿負(fù)荷工作條件下排煙的溫度為200℃，造成了整個(gè)反應(yīng)爐熱效率相對(duì)比較偏低，整體的熱量回收效率還需要進(jìn)一步提升。

2.制氫裝置用能優(yōu)化改進(jìn)

在制氫裝置的工作條件下，轉(zhuǎn)化反應(yīng)受到熱力學(xué)平衡條件的影響，整個(gè)熱轉(zhuǎn)化效率相對(duì)偏低，為了有效提高反應(yīng)原材料的轉(zhuǎn)化效率，降低轉(zhuǎn)化爐出口處生成的甲烷含量，通常蒸汽和原材料的比例需要超過標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)計(jì)算值，水和碳物質(zhì)的比例增大有利于轉(zhuǎn)化爐內(nèi)部的熱量轉(zhuǎn)化以及預(yù)防積碳問題的產(chǎn)生，同時(shí)在保證相同的工作環(huán)境下，可以有效降低轉(zhuǎn)化爐出口區(qū)域的氣體溫度，有效保證了爐管的使用質(zhì)量。但是在確定水碳比工作中還需要考慮到水產(chǎn)品會(huì)加大裝置的能耗量，同時(shí)降低了加氫裝置的生產(chǎn)效益。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)，在實(shí)際的反應(yīng)過程中，內(nèi)部系統(tǒng)的溫度可以達(dá)到780～850℃，蒸汽進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐管只有30%左右的蒸汽參與了化學(xué)反應(yīng)，而剩余的蒸汽量只會(huì)隨著轉(zhuǎn)化爐直接進(jìn)入到下一個(gè)反應(yīng)工序當(dāng)中。通常過剩的蒸汽吸收熱量占轉(zhuǎn)化爐總負(fù)荷的20%～50%之間，這一部分的反應(yīng)熱量可以在下游的反應(yīng)工作當(dāng)中得到充分的回收，但是效率卻大大降低。與此同時(shí)，水碳比過大不但會(huì)造成轉(zhuǎn)化工序過多，同時(shí)下游的能量回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)投資量也相對(duì)較大，因此在針對(duì)水產(chǎn)品的選擇上必須要進(jìn)行綜合考慮，有效實(shí)現(xiàn)自行裝置的節(jié)能降耗，同時(shí)也要保證整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

如果單純從節(jié)能降耗的角度上來看，水碳比越低越好，但是水碳比如果過低會(huì)受到多方面因素的影響。首先，所以探底過低會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)截探問題影響到整個(gè)裝置的正常工作和運(yùn)行;其次，為了有效提高原材料的生產(chǎn)效率，需要提高轉(zhuǎn)化爐出口區(qū)域的氣體溫度大小，來對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度欠缺進(jìn)行補(bǔ)充，通過計(jì)算分析可以得出水碳比每下降0.25，轉(zhuǎn)化爐的出口區(qū)域溫度會(huì)提高10～13℃，這樣會(huì)造成轉(zhuǎn)化爐的溫度過高以及使用壽命的縮減。

3.轉(zhuǎn)化爐優(yōu)化

通過對(duì)制氫裝置轉(zhuǎn)化爐的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能降耗效果，轉(zhuǎn)化爐F101是該裝置的主要能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，該自行裝置的總能耗量相對(duì)較高，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)部的熱量進(jìn)行合理的回收和使用，這是制氫裝置節(jié)能改造工作的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。從制氫裝置的工作數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)制氫裝置滿負(fù)荷工作過程中，轉(zhuǎn)化爐的出口區(qū)域煙氣的溫度超過了240℃，煙氣的流量大小為106350Nm3/h。以該化工單位現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)條件下，通過對(duì)空氣預(yù)熱器設(shè)備進(jìn)行了改造和處理，加大了空氣預(yù)熱器的換熱面積，使得轉(zhuǎn)化爐出口區(qū)域的煙氣溫度控制在120℃左右，但降低排煙溫度還需要充分考慮到煙氣的露點(diǎn)腐蝕問題，由于反應(yīng)原材料當(dāng)中還有一部分的硫元素，在燃燒之后產(chǎn)生的煙氣中會(huì)存在一部分的二氧化硫。存在一部分的二氧化硫會(huì)繼續(xù)被氧化形成三氧化硫，三氧化硫遇到水之后會(huì)形成硫酸造成漏點(diǎn)腐蝕問題，直接影響到了整個(gè)制氫裝置的工作質(zhì)量和安全性。通過實(shí)驗(yàn)分析得出，依照加氫裝置的滿負(fù)荷工作狀態(tài)來進(jìn)行考慮，當(dāng)轉(zhuǎn)化爐的排煙口溫度降低到120℃時(shí)，整體的節(jié)能效果最為明顯。通過降低轉(zhuǎn)化爐的排煙溫度，使得轉(zhuǎn)化爐內(nèi)部的熱空氣溫度不斷上漲，有效降低了瓦斯的消耗量，降低了整個(gè)制氫裝置的能源消耗總量，實(shí)現(xiàn)了良好的節(jié)能改造工作效果。

4.結(jié)束語：

制氫裝置在工作過程中存在能源消耗偏大和浪費(fèi)問題，因此相關(guān)化工單位針對(duì)這一問題展開了分析和研究，通過分析之后發(fā)現(xiàn)制氫裝置系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)化爐和用能系統(tǒng)上，存在著較大的節(jié)能改裝工作潛力，因此，采取了相應(yīng)的解決措施，提高制氫裝置的整體節(jié)能程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王錦.天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置節(jié)能降耗技術(shù)改造[J].石化技術(shù)，2019，26（09）：201+203.

[2]曾永林，章小兵.焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置自動(dòng)變負(fù)荷改造實(shí)踐[J].江西冶金，2018，38（06）：33-38.

[3]李曉東，王旭，徐青青.煉廠氫氣系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行探討[J].中外能源，2017，22（08）：76-80.