摘要：技术不断发展的今天，使用的制氢的技术有了进一步提升。制氢原料已经从之前使用的含碳量非常高的化石能源向天然气以及页岩气这类含碳量非常低的化石能源进行转变。本文针对制氢装置混合气作为原料的操作优化给出了详细的分析。
关键词：制氢装置混合气；原料；操作优化
结合工业制氢原料的不同以及能源结构产生的变化，在技术不断发展的今天，使用的制氢的技术有了进一步提升。制氢原料已经从之前使用的含碳量非常高的化石能源向天然气以及页岩气这类含碳量非常低的化石能源进行转变。因此，本文利用对天然气、催化干气、加氢干气的配比和反应器温度、压力等一系列操作的优化实施了深入的剖析，可为之后使用天然气、催化干气、加氢干气三气当做原料制氢奠定基础，提供一些思路和数据。
1、工艺流程分析
针对20000Nm3/h制氢装置进行分析，该套装置的具体操作弹性为50%-100%，产生的氢气回收率为92%，氢纯度99. 9mo1%。
制氢装置将催化干气当作主要的原料，加氢干气作为原料，石脑油作为备用原料。结合原料中有较大含量的烯烃特征，精制原料时使用的工艺方式为变温反应结合加热加氢工艺，完成变温反应之后，原料当中大量的烯烃饱和。利用绝热加氢可以将剩下的烯烃进行进一步转化，使其成为烷烃。此外，还需要将原料当中存在的有机硫进行转化，使其成为无机硫[1]。转化原料采用的工艺方法为蒸汽转化法，合成气净化工艺使用的是当前非常成熟的变压吸附净化法。
2、天然气、催化干气、加氢干气三气作为原料气的操作优化
2.1加氢反应器操作优化措施
针对反应器入口的温度实施控制：原料气之前是由催化干气和加氢干气构成的，将其混合之后，具体的比例为3:1 (V/V%)，原料当中存在的烯烃，每增加1%(体积分数)的含量时，床层温便可达到23 ℃。现在，将天然气后的原料气引入，包括天然气、催化干气、加氢干气混合进料，相应的比例为2:1:1 (V/V%)。催化干气中存在的烯烃含量，平均为12%；天然气中并没有烯烃含量，进行混合之后，烯烃大概为3%。这时存在的烯烃含量已经可以对烯烃饱和反应器、加氢反应器床层温度提出的要求给予满足，但反应器床层温度并不高，因此把控好反应器入口的温度，十分关键。
烯烃饱和反应器温度的控制，要使其在230 ℃-250℃之间。 加氢反应器温度的有效把控，需要在进料混合的过程中，不能小于300℃。天然气在进料的过程中，对于反应器温度的把控，不能小于280℃[2]。
2.2转化系统的操作优化分析
1）优化转化反应水碳比
天然气、催化干气、加氢干气三气作当做原料气，利用原料精制之后，便可进入到转化部分，转化的过程中，需要对进料量进行确定，之后将转化的出口温度降低，这样可对甲烷的含量给予保障，使其在3%-5%的范围内，水碳比保障在4.0-4.6的范围内，有益于转化炉负荷减小，使变操作苛刻度降低。
如果水煤炭比较高，并将物料总流量进行提升，在炉管内可以将物料更均匀的分布，使物料的空速以及流速有所加大，及时带走热量。并且，可以使炉管以及催化剂的应用寿命得以延长。虽然水碳比比较高的情况下，会增大能耗，但是将转化率进行了提升，杜绝了水碳比失调的情况，也避免了转化炉脉冲进料等不利因素，并对催化剂出现积炭进行了预防。具体如表1所示。
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化炉的配汽量及操作负荷
在对表1进行分析中，可以看出转化水碳比始终处于4.0~4.6的范围内，配汽量平均数值为11t/h-13t/h，该操作为高水碳比操作，借助混合气实施操作之后，并没有在现场炉当中发现红斑以及红管的情况，操作装置十分平稳。
2）优化转化反应温度
将转化反应温度进行提升，可以将转化气当中剩下的甲烷含量进行降低。一般情况下，制氢转化反应温度大概为750℃，借助PS A提纯的制氢装置，为了将压力提升抵消，减少转化过程中产生的不利影响，要将转化反应的温度进行提高，需要满足820℃的需求。
在具体操作中，转化反应的具体温度、水碳比和空速之间的联系非常密切，在转化过程中转化器残余甲烷含量，在满足工艺提出的需求基础之上，要结合实际的情况调节好温度，特别是处于低负荷生产过程中，因为空速并不高，又对较大的水碳比进行了应用，所以相应的转化反应温度不能小于750℃。此外，还要对转化器当中残余甲烷的含量进行把控，使其始终小于控制的标准[3]。具体如表2所示。
表2：转化气指标数据对比
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在对表2进行分析中可以看出，转化甲烷存在的含量始终在2.0~4.5的范围内，每一项指标都处于合格的指标中。但在比较高的转化温度当中，对于转化器当中减少甲烷的含量非常有利，可以使后续中变和PSA产生的处理难度有所下降，所以混合器的具体操作也可以优化转化温度操作。
3）优化配筋量
在天然气当中，针对有机硫实施的加氢转化，相应的配氢量与天然气当中存在的有机含量有直接的关系，天然气中存在的制氢硫含量并不高，通常为2~15mg/3，在这样的情况下要将配氢量把控在3~%10%的体积范围内，焦化干气、催化干气制氢过程中，因为有较高含量的烯烃，所以原料气氢存在的含量需要把控在18%的体积以上。具体如表3所示。
表3配氢量数据对比
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从表3可以得出，混合气当中的氢含量，与2017年相比，并没有较大的差距，但增加了氢量，所以在操作混合气的过程中，配氢的相关调节工作非常关键。
3、结束语：
总之，针对制氢装置的应用，如果处于低负荷的运转，对于怎样对三气进行配比十分关键。处于低负荷的运转时，最关键的问题便是转化炉管当中的介质没有均匀的分布，构成了偏流，所以对炉管以及转化催化剂的寿命造成了影响。因此，在生产负荷比较低的情况下，可利用加氢反应器空速降低，减小入口温度等方式，以便转化炉的水碳比有所提升。
参考文献：
[1]周学虎.制氢装置低负荷运行时的操作优化[J].化工设计通讯,2019,45(12):137-138.
[2]李凯.制氢装置混合气作为原料的操作优化[J].当代化工研究,2019(12):91-92.
[3]周峰,辛华,段佳辉.制氢装置低负荷仅用富氢干气作原料工况的操作优化[J].炼油技术与工程,2013,43(11):22-24.
论文作者:李积宁,李永芳
论文发表刊物:《科学与技术》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：原料论文; 反应器论文; 烯烃论文; 温度论文; 含量论文; 操作论文; 制氢论文; 《科学与技术》2020年第1期论文;