重整加氢车间氢气管网优化方案

重整加氢车间氢气管网优化技术方案

赵煦赵永珍张颖

重整加氢车间

一、前言

近年来,随着经济的飞速发展,中国对石油资源的需求越来越大。在石油消耗增加的同时,炼油厂加工原油的性质也在发生深刻的变化,主要表现在:(1)含硫原油和重质原油的加工比例不断增大；(2)原油加工深度和环境保护对油品质量的要求也正在不断提高。因此,在石油炼制过程中,加氢工艺得到越来越广泛应用。据统计,近10年来炼油企业对氢气的需求增长了一倍以上,有50%～70 %的炼油厂缺乏氢气,这严重影响了石油炼制企业油品的品质和产量。因此优化氢气网络、提高氢气利用率、节约氢气消耗,具有十分重要的意义。炼油厂的氢气网络系统,通常可以分为三个部分:产氢过程、耗氢过程和净化单元。产氢过程主要向系统提供氢气,如半再生/连续重整副产氢、专门的制氢过程等；耗氢过程包括:加氢精制、加氢裂化、润滑油厂、异构化过程等；净化单元通常指将低浓度氢气提纯到高浓度的过程或装置,如PSA吸附装置。这三要素间的相互作用决定了炼油厂氢分配网络以及氢需求量。

二、重整加氢车间现有氢气平衡情况

在玉门炼化总厂，氢气基本都来源于催化重整装置，在2008年前氢气主要用于催化裂化柴油精制和部分航煤加氢。近年随着入厂原油密度逐渐增大、硫含量增加，含硫、劣质原油比例增大及汽柴油质量满足国Ⅲ、国Ⅳ汽柴油标准的需求，玉门炼化总厂需要新建、改扩建几座加氢装置，仅依靠催化重整装置所产氢气、回收炼厂加氢、催化、焦化等装置含氢气体中的氢气已不能满足氢气需求，扩大氢气来源成为当前玉门炼化总厂调整产品结构、提高高效产品比例、实现可持续发展必须解决的重要课题，迫切需要新建制氢装置，因此寻找新的氢气资源、生产氢气的工艺技术方案并保持其合理的经济性就成为玉门炼化总厂所要考虑的问题之一。

表1 玉门炼化总厂进厂原油密度数据表（单位：Kg/m3）

炼厂氢用量一般占原油加工量的0.8%-2.7%。重整氢是除制氢装置之外最主要的氢气来源（约占非制氢装置氢气来源的75%），其产量约占原油处理量的0.4%左右。考虑未来入厂原油品质变差、加氢要求较高的情景，250万吨/年炼厂约需要氢气2.3万吨/年，若非制氢装置产氢0.9万吨/年，则制氢装置规模需达到1.4万吨/年（约1.9万Nm3/h）。

表2 玉门炼化总厂氢气平衡表

玉门炼化总厂受氢源不足的限制，在现在按国Ⅲ标准生产汽柴油的情况下，全厂氢气实际生产缺口约1000吨/年，致使汽油加氢、柴油加氢改质降凝、航煤加氢等加氢装置都在较低负荷运行。

三、车间新建制氢装置规模及方案确定

制氢装置的造气工艺推荐采用烃类水蒸汽转化制氢工艺。该工艺技术具有投资省、能耗低、操作可靠性及灵活性高等优点。由于造气工艺采用的原料为炼厂干气和液态烃，因此粗氢变为产品氢的加工工艺，采用变压吸附法比采用化学净化法成本更低。另外，变压吸附法还具有流程简单、产品氢纯度高等优点

最终确定制氢装置产氢能力为20000Nm3/h，设计开工时数8400小时/年。制氢装置的操作弹性为60%～110%。本装置原料为炼厂混合干气，不足部分用车间自产液态烃。

四、车间现有氢气管网情况

重整加氢车间现有氢气管网流程见图-1（附录一）。目前重整加氢车间各加氢装置为了维持循环氢的纯度，需要持续向高压瓦斯系统排放高含氢气体（合计流量约1500Nm3/h，氢气体积含量大于80%）。这部分氢气作为燃料而消耗掉，在当前重整加氢车间氢气资源本身不足的情况下，而不得以烧掉一部分宝贵的氢气，实属资源浪费，未实现氢气资源的高效利用。

同时由于加氢装置的废氢排放，增加了装置压缩机的负荷及能耗，高压气体直接排向压力较低

的瓦斯系统，也造成车间动力成本的上升。

基于以上所述，目前重整加氢车间在优化利用现有氢气资源工作方面具有较大潜力，其效益也比较明显。根据通行的天然气（包括炼厂干气）蒸汽转化法制氢的成本为0.8-1.5 元/Nm3计算，如果将各加氢装置排放的废氢全部回收利用，节约的制氢成本为806.4-1512万元/年，这将会为我厂带来巨大的经济效益，同时节约的氢气资源也将为我厂实现汽、煤、柴油产品质量升级创造条件。

五、未来车间氢气管网优化方案

重整加氢车间正在新建40万吨/年汽油加氢装置，以及规划建设的70万吨/年柴油加氢装置和20000Nm3/h制氢装置，车间将以所有装置建成后的情况为背景来统筹安排氢气管网的建设。其最终目的就是减少废氢排放，提高氢气的利用率。同时由于制氢装置能耗较大，在保证用氢量的前提下，尽量降低制氢装置的负荷，以降低能耗和动力消耗，降低加工损失。

车间优化氢气管网的依据是：根据氢气的压力等级和纯度不同，将氢气管网规划为3种压力等级的系统：（1）低于2.2MPa的废氢，作为制氢原料，与干气一起进制氢装置（2）高于2.2MPa 的废氢，直接进制氢装置变压吸附系统，经过提纯后回收利用（3）来自于制氢装置2.0MPa的高纯氢，供应给车间所有用氢装置。

重整加氢车间氢气管网优化后流程见图-2（附录二），重整加氢车间规划中的氢气管网将能实现以下几个目标：

1、尽量回收利用车间各加氢装置的废气，提高氢气的利用率，同时降低制氢装置的负荷，降低制氢装置的能耗和加工损失。氢气管网将回收利用16万吨/年汽油加氢装置、50万吨/年柴油改质装置、70万吨/年柴油加氢、航煤加氢装置及异构化装置排放废气，将压力高于2.2MPa的废氢改至制氢装置变压吸附系统提纯后利用，压力低于2.2MPa的废氢改至制氢装置原料系统与干气一起作为装置原料。

2、未来制氢装置的高纯氢气改至催化重整装置外排氢管线，与重整产氢汇合后，可以利用现有管线和设备，实现对柴油改质装置、航煤加氢装置、催化重整装置、16万吨汽油加氢装置及异构化装置供应氢气，该方案对现有流畅改动最少，无需新增设备，投资最小。

3、由柴油改质装置新氢压缩机二级出口引出氢气管线至40万吨/年汽油加氢装置，可停用汽油加氢装置新氢压缩机，由柴油改质装置新氢压缩机同时为柴油改质装置和40万吨/年汽油加氢装置提供新氢，从而减少压缩机运行数量，降低车间电消耗。如果氢气流量足够充足，40万吨/年汽油加氢装置可采用氢气一次性通过，停用循环氢压缩机，装置排放废氢引至制氢装置变压吸附系统提纯回收利用。