編 輯 | 化工活動家

來 源 | 石油煉制與化工 延長石油煉化公司

作 者 | 田金光

關鍵詞 | 煉化企業  氫氣  優化綜合利用

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導 讀

陜西延長石油（集團）有限責任公司煉化公司300kt/a丙烷/異丁烷混合脫氫裝置（簡稱混合脫氫裝置）采用UOP公司的OLEFLEX工藝，通過連續催化再生脫氫技術將丙烷、飽和液化氣、烷基化C4、醚后C4轉化成丙烯、富異丁烯和其他副產品。裝置主要由原料預處理單元、OLEFLEX反應單元、產品回收單元、選擇性加氫（SHP）單元、催化劑連續再生（CCR）單元、氧化物脫除單元、全加氫（CSP）單元和公用工程系統組成，所產富氫氣體一部分作為循環氫至反應系統；其余部分主要是通過等溫變壓吸附（PSA）單元提純分離后成為高純氫氣，主要用于反應系統的內構件吹掃、密封和還原催化劑，剩余部分再分配給預處理單元的CSP、分離單元的SHP及外供給烷基化加氫單元；PSA剩余的解吸氣則供給產物干燥器（RED）用于產物干燥劑的再生（脫除水和芳烴溶劑油），再生干燥后的富氫氣體通過芳烴溶劑回收及堿洗塔后，進入燃料氣系統，作為反應加熱爐燃料。

目前，氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，是人類的戰略能源發展方向。作為輕烴綜合利用項目的核心裝置，混合脫氫裝置副產大量的氫氣，除自用外，剩余氫氣僅作為補充燃料氣，造成資源的大量浪費。在當前社會經濟發展日新月異的大環境下，氫氣資源的優化利用顯得越來越重要。對氫氣用途進行重新評估，混合脫氫裝置剩余氫氣可作為2.40Mt/a柴油精制裝置和1.80Mt/a汽油精制裝置的備用氫源，以及200kt/a聚丙烯裝置的常用氫源，以實現氫氣資源效益最大化。

氫氣的來源和用途

酯后C4及醚后C4經過烷基化裝置加工處理，烷基化油及正丁烷作為產品送出裝置。烷基化反應后剩余的烷基化C4（含有異丁烷、丙烷等），與來自罐區的丙烷、飽和液化氣一同進入丙烷/異丁烷混合脫氫裝置原料分離單元，分離出的正丁烷作為民用液化氣，送出裝置；其余的丙烷、異丁烷進入混合脫氫單元，反應脫氫后的丙烯供給聚丙烯裝置作為丙烯原料，富異丁烯的混合C4供給甲基叔丁基醚（MTBE）裝置作原料。圖1為氫氣來源工藝流程示意。

裝置所產富氫氣體除一部分作為冷箱內部循環氫外，其余部分主要是通過PSA單元提純分離后再利用。富氫氣體經PSA提純分離后，高純氫氣主要用于反應系統的內構件吹掃、密封和還原催化劑；其他剩余部分再分配給預處理單元的CSP、分離單元的SHP及外供給烷基化加氫單元。氫氣系統流程示意如圖2所示。

PSA提純后另外一部分解吸氣作為高含氫氣源，主要是通過壓縮機增壓后進入混合脫氫裝置的RED，作為主要再生氣源（再生氣的另外一路來自分離單元脫乙烷塔塔頂氣）。RED正常運行時，一臺在線運行，另一臺進行再生；RED的再生步驟按照順控自動進行，由RED再生控制系統（DRCS）實現。再生干燥后的富氫氣體通過芳烴溶劑回收及堿洗塔后進入燃料氣系統，供給反應加熱爐。

氫氣綜合利用分析

廠區1.40Mt/a柴油加氫改質裝置、2.40Mt/a柴油精制裝置和1.80Mt/a汽油精制裝置所需氫氣主要來源于1.20Mt/a連續重整裝置副產的氫氣。若1.20Mt/a連續重整裝置遇異常停工，上述3套裝置亦需緊急停工，嚴重影響全廠物料平衡及生產任務的順利完成。

此外，200kt/a聚丙烯裝置現用氫氣主要來源于該裝置制氫站單元，制氫站額定電壓為122V，額定電流為4650A，額定氫氣產量為120m3/h，產氫純度（φ）大于99.8%。由于制氫站采用電解水制氫，電解槽的直流電由整流柜提供，屬高電能消耗撬裝設備，每年消耗大量的電能。

 

混合脫氫裝置富余氫氣量為1000~16000m3/h，可以滿足2.40Mt/a柴油精制裝置和1.80Mt/a汽油精制裝置運行的最低氫氣需求量（見表1）。

可通過技術改造，將混合脫氫裝置的富余氫氣進行重新回收后再利用，作為2.40Mt/a柴油精制裝置、1.80Mt/a汽油精制裝置和200kt/a聚丙烯裝置的備用氫源，優化生產組織，即1.20Mt/a連續重整裝置異常停工后，只需要將1.40Mt/a柴油加氫改質裝置停車，2.40Mt/a柴油精制裝置和1.80Mt/a汽油精制裝置氫氣來源切至混合脫氫裝置，均能維持低負荷正常生產運行。另外，由于混合脫氫裝置產氫純度（φ）大于96%，進一步提高純度后，可作為聚丙烯裝置常用氫源，替代制氫站氫源，從而節約大量的電能。

氮氣對產物壓縮機（REC）干氣密封的影響

REC是混合脫氫裝置的重要設備，其正常運行與否關系著整套裝置的安全平穩長周期運行。機組分為高、低壓缸，即兩級增壓循環，額定功率分別為6225kW和6101kW，進口流量為123076kg/h。主要是將反應生成的氫氣、丙烯、異丁烯及未反應的丙烷、異丁烷和其他烴類等的混合物增壓、分離出副產品氫氣和純度（φ）99.6%以上的丙烯、富異丁烯產品。機組干氣密封有4套，所用介質為0.8MPa的氮氣和冷箱所產0.5MPa的干氣。在裝置正常開車過程中，由于氮氣混入系統，常常造成開工進度滯后、機組壓縮介質密度重新調整及冷箱高、低壓膨脹機開機緩慢等問題，需對系統進行置換排放，浪費大量的氫氣和丙烷。

改造方案

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氫氣綜合利用改造措施1

首先，將RED的再生氣（富含大量氫氣）在堿洗塔中進行充分洗滌脫除硫化氫，剩余干凈氣體接至尾氣壓縮機的進口，輸送至氫氣管網；其次，再生氣經20000m3/h制氫裝置的氫氣增壓機，將壓力由（0.4±0.1）MPa增至（2.0±0.2）MPa后，進入全廠2.0MPa的氫氣管網，供給2.40Mt/a柴油精制裝置及1.80Mt/a汽油精制裝置，詳細改造流程如圖3所示。改造后，這2套裝置可以避免因連續重整裝置停車而引起的二次停車，保證了裝置連續運行，優化了生產組織。

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氫氣從何利用改造措施2

目前，將閑置停用的20000m3/h制氫裝置的PSA提純單元檢修完善后再利用，將混合脫氫裝置產的氫氣經PSA單元深度提純，通過長輸管道輸送至各氫氣用戶。詳細改造流程見圖4。

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REC干氣密封改造措施

自2.0MPa氫氣管網來的重整氫氣是混合脫氫裝置開工期間的外供氫源。對于REC的密封，可改造為用氫氣進行，替換目前使用的干氣密封氣，從而可靈活調整開車進度，還可避免大量氫氣和丙烷的排放損失。具體技術改造措施為：在混合脫氫裝置界區與重整氫氣管線雙閥間引出一條直徑40mm的氫氣支線，經過新增設的聚結器除去物料中夾帶的少量液相組分，再經過減壓閥及自力式調節閥將氫氣壓力穩定控制在0.5MPa，然后進入REC高、低壓缸的4套干氣密封系統。

結論

（1）針對混合脫氫裝置副產的大量氫氣，進行評估、平衡再利用，提高了氫氣利用率，進一步保障了2.40Mt/a柴油精制裝置和1.80Mt/a汽油精制裝置的長周期運行，優化了生產組織，提高了企業經濟效益。

 

（2）混合脫氫裝置剩余氫氣進一步提高純度后，其品質和數量可滿足200kt/a聚丙烯裝置用氫需求，替代現用制氫站撬裝單元，每年可節省大量的電費，提高了企業生產效益。

 

（3）REC干氣密封的改造，加快了混合脫氫裝置的開車進度，優化了開車節點程序，節約了氫氣和丙烷資源，為混合脫氫裝置早日實現長、滿、優運行提供了堅實的保障，也為同行業脫氫裝置的氫氣利用提供了一定的技術借鑒。