制氢装置制约负荷的瓶颈因素及解决措施_赵洋.pdf
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1、某炼油厂 5104m3/h 制氢装置采用烃类蒸汽转化工艺和变压吸附提纯技术,以天然气、加氢干气为原料,生产 2.4 MPa 氢气供加氢生产使用。装置于 2012年 4 月建成投产后,长期处于 30%60%负荷运行1,随着油品质量升级改造,全厂氢气需求增加,装置提量时发现最大产氢量仅为 4104m3/h,不能达到设计值。1运行现状分析由于全厂燃料短缺,装置实际生产中只采用天然气为原料,实际产氢能力为 4104m3/h,实际最高负荷下主要参数见表 1。通过表 1 可以看出,在 4104m3/h 生产时,转化炉制氢装置制约负荷的瓶颈因素及解决措施赵洋,周景伦,王得红(中国石油兰州石化公司炼油运行一部
2、,甘肃兰州730060)摘要:介绍了某炼油厂 5104m3/h 制氢装置制约负荷的瓶颈因素及解决措施。该装置在 4104m3/h 生产时,转化炉对流段压降高达 4.50 kPa,其中两台空气预热器压降为 3.84 kPa。2019 年 5 月,装置检修时将空气预热器进行更换,开工后在 4.6104m3/h 生产时对流段总压降下降至 3.47 kPa,空气预热器压降下降至 2.39 kPa,且引风机入口挡板开度为80%,满足 5104m3/h 生产能力。关键词:制氢;负荷;压降;空气预热器中图分类号:TE967文献标识码:A文章编号:1673-5285(2023)03-0122-03DOI:10
3、.3969/j.issn.1673-5285.2023.03.024*收稿日期:202207-10表 1实际工况与设计工况主要参数统计表项目设计值实际值备注物料平衡天然气加工量/(m3 h-1)18 87614 600氢气产量/(m3 h-1)51 12140 000解吸气产量/(m3 h-1)24 74520 354质量分析(转化气中残余 CH4)/%6.276.68(中变气中残余 CO)/%3.014.15(中变气中 H2纯度)/%75.2072.09(产品氢 H2纯度)/%99.90099.999主要参数水碳比/(mol mol1)3.003.34预转化反应器入口温度/460458预转化
4、反应器出口温度/440412转化炉介质入口温度/630598转化炉介质出口温度/860822转化炉辐射室烟气温度/983898转化炉炉膛负压/Pa/-120-20联锁值:-5引风机入口挡板开度/%/95石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2023负压控制已接近联锁值,装置无提高负荷操作余地。2影响负荷的因素分析2.1瓶颈因素转化炉为顶烧炉结构,分辐射室和对流室两个部分,火嘴分布在辐射室顶部,高温烟气通过辐射室底部炉墙开孔处进入对流段,经 6 台换热器冷却后由引风机抽出,操作中炉膛
5、负压由引风机入口挡板控制。为保证装置安全运行,炉膛须控制较高负压,根据表 1 可以看出,4104m3/h 生产时,在烟道挡板近似全开的条件下炉膛负压仅为-20 Pa,接近于联锁值。为找出转化炉负压不足的原因,装置在 4104m3/h 产氢工况下对对流段压差进行测试,测试结果见表 2。表 2转化炉对流室各段设备前后压差统计表通过表 2 可以看出,辐射室底部炉墙和转化炉对流段空气预热器前后压差较大,其中,高温空气预热段 E-123 前后压差比设计值 0.8 kPa 高 0.44 kPa,低温空气预热段 E-125 前后压差比设计值 0.8 kPa 高1.8 kPa,因此空气预热器压差过高是造成转化
6、炉负压不足、制约装置负荷的瓶颈因素。2.2其他影响因素2.2.1原料性质由于采用纯天然气作为制氢生产原料时,预转化反应表现为吸热反应2,实际生产中为控制预转化反应器入口温度460 的上限值,操作采取略高的水碳比,但预转化反应器出口温度为 412,比设计的 440 低 28,转化炉入口温度为 598,比设计的 630 低 32。进转化炉原料温度降低会造成转化炉负荷升高。2.2.2反应深度通过表 1 分析对比可以看出,转化气中残余 CH4含量为 6.68%,比设计值 6.27%高 0.41%,中变气中残余 CO 含量为 4.15%,比设计值 3.01%高1.14%,反应深度不够导致转化率降低,进而
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