炼油厂氢气系统的计算与优化
炼油厂氢气系统的计算与优化
在当今世界原油资源持续重质化、劣质化的趋势之下，为满足日趋严格的产
品质量标准，加氢技术在原油二次加工过程中的应用越来越广泛。在发达国家的
炼油工业中，加氢装置的处理能力一般占原油加工能力的50％以上，有的甚至
高达90％。而在我国炼油企业中，这个比例约占30%，还有较大的发展空间[1]。
近年来，国内新建的一批千万吨级大型炼厂中加氢装置的处理能力有了较大的提
升，出现了多个“全加氢型”的炼厂。随着加氢工艺的发展，炼厂内对氢气资源
的需求也在增加，氢气资源短缺的矛盾正在显现。因此，合理的规划利用炼厂内
宝贵的氢气资源，降低用氢成本，对提高炼油厂的经济效益至关重要。
1 炼厂氢气消耗分析
在炼油厂加氢装置的生产过程中，对氢气的消耗主要体现在四个方面：化学
耗氢、溶解损失、放空损失、设备漏损，这几方面耗氢所占的比例与原料性质、
加氢过程反应类型以及设备状况等因素有关。
1.1 化学耗氢
加氢装置的化学耗氢，包括还原(脱除油品中的硫、氮、氧)、饱和(烯烃饱和)
和裂化(对大分子碳氢化合物裂化后的不饱和小分子碳氢化合物的加氢)所消耗
的氢气。化学耗氢量一般可占总耗氢量的90%左右，化学耗氢量是脱硫量、脱氮
量、烯烃和芳烃饱和度、原料重金属含量及原料分子特性的函数[2]。
不同的反应过程、不同的进料化学组成和对产品质量的不同要求而导致的不
同反应深度，是影响化学耗氢量的主要因素。以柴油加氢精制为例，在精制深度
相同时，分别以直馏柴油、催化裂化柴油、焦化柴油为原料的加氢精制，其耗氢
量就有区别。催化裂化柴油或焦化柴油中含有大量烯烃需要加氢饱和，而且油品
也较重，含有较多的硫、氮等杂质需要加氢脱除，这样就增加了化学反应耗氢量。
如果柴油含芳烃多，又要求将其饱和时，耗氢量就更大。可见，加氢装置在不同
的原料组成或采用不同的加工流程时，由于原料性质和加工深度不同，其化学耗
氢量会有较大的差别。
1.2 其他耗氢 溶解损失是指在高压下溶解于加氢生成油中的氢气，随加氢生成油排出而造
成的损失。这种损失与操作压力、温度和生成油的性质及含氢气体的溶解度有关。
一般来说，氢气在汽油、柴油和蜡油中的溶解度随温度的升高而增加，随压力的
升高呈线性增加，随馏分沸点的升高而增加。但氢气在常压渣油中的溶解度小于
在蜡油和柴油中的溶解度[3]。
放空损失指在加氢过程中为了维持循环氢气的纯度，所排出的少量循环氢
气，通常称为废氢。放空损失与排入氢气回收系统的循环氢气量和氢气回收率有
关。
设备漏损指在炼厂生产过程中由于设备密封等因素造成的氢气损失，它与炼
厂的设备状况有关。
1.3 典型装置的耗氢量
典型耗氢装置的耗氢量见表1所示，可见加工不同的原料、不同的加工深度
以及采用不同的工艺技术，对氢气的消耗量有较大的差别。 表1 典型耗氢装置的耗氢量
耗氢装置 耗氢量，wt% 减压蜡油加氢裂化（一次通过） 2.0-2.5 减压蜡油加氢裂化（尾油循环） 2.7-3.5 减压蜡油加氢裂化（两段加氢） 2.7-4.5 减压蜡油加氢处理 1.0-1.5 直馏柴油加氢处理 0.6-0.8 催化柴油加氢处理 0.9-1.2 焦化柴油加氢处理 0.9-1.2 焦化汽柴油加氢处理 1.1-1.4 重整原料预加氢处理 0.1-0.4 催化裂化柴油深度脱硫、芳烃饱和 产品硫≤0.0003%，芳烃≤0.25%2.0-2.2 产品硫≤0.0003%，芳烃≤0.15%3.2-3.5 催化汽油加氢处理 0.5-1.2 异构化 0.5-0.8 硫磺回收 0.3-0.5 聚丙烯 0.01-0.03 注：表中的耗氢量为对进料量的质量分率。 2 炼厂氢气来源
2.1 制氢
一般炼厂中氢气的主要来源是常规制氢，虽然它的成本是氢气回收成本的
10倍以上，但氢气回收无论在数量、质量和供应可靠性方面均不如常规制氢，
因此大型炼厂一般均配有一定规模的制氢装置作为供应氢气的主力装置。
炼厂常规制氢主要有蒸汽转化法和部分氧化法两种方法。蒸汽转化法只能使
用轻质原料，是炼厂应用最为广泛的制氢工艺。而部分氧化法的原料比较广泛，
可以使用从天然气到重质渣油的任何烃类原料。
蒸汽转化法制氢的原料范围包括从天然气到轻质石脑油范围内的轻质烃类。
一种烃类的理论产氢量是每个碳原子转化成CO2时还原水分子所得到的氢分子
之和，在碳原子数相同的情况下，原料氢碳原子比越大，理论产氢量越高，见表
2所示。小分子量的烃类氢碳比高，因此制氢工艺应尽量选择平均分子量小的轻
烃作为原料，以甲烷及天然气最理想。炼厂中的加氢干气（释放气）等气体资源
也应尽量利用。乙烯裂解副产的甲烷氢气体中甲烷含量在90%以上，也是一种良
好的制氢原料。 表2 原料氢碳原子比和理论产氢量的关系
H/C 2 2.2 2.42.62.83.03.23.43.6 3.8 4.0理论产氢量 Nm3/kg4.80 4.89 4.985.065.155.235.315.385.46 5.53 5.60
烃类蒸汽转化催化剂的活性组分为镍，而其载体和助催化剂由于催化剂的抗
积炭机理不同而有很大差别。转化催化剂在使用过程中极易中毒而丧失活性，这
就对烃类原料提出较为严格的要求。根据目前国内催化剂的水平，一般要求转化
原料的组成为：烯烃含量≤1%，芳烃≤13%，轻油干点≤180℃，硫含量≤0.5ug/g。
目前，最主要的氢气来源依然是以烃类水蒸汽转化法获得，随着制氢规模的
增大和天然气及轻质烃类的短缺，近年来以减压渣油、沥青及石油焦为原料的部
分氧化法制氢工艺，由于原料价格便宜，氢气成本低，对环境友好，正日益受到
重视。
2.2 氢气回收
炼厂中很多装置在生产过程中都会副产一定的氢气，如催化重整装置氢产率为进料的2.5wt%-4.0wt%，每吨重整进料可提供250-500Nm3副产氢；加氢装置
排出的低分气体及废氢中含有大量的氢气，体积分数可达到80％左右。典型的
炼油装置排放气中氢气的含量如表3所示： 表3 典型炼油装置排放气体中的氢含量
排放装置 操作压力/MPa 典型氢气含量，vol% 连续重整装置 1.0-3.0 80-90 高压加氢装置 6.0-20.0 60-85 低压加氢装置 2.0-6.0 50-75 催化裂化装置 0.5-1.5 15-30 延迟焦化装置 0.5-1.5 15-30
目前常用的氢气回收方法包括变压吸附法(PSA)、膜分离法及深冷分离法等
方法，三种方法各有特点[4]。
变压吸附法(PSA)是一种物理分离过程，在较高的压力下，含氢气体中的杂
质被吸附剂吸附，杂质的脱附在较低压力下进行。该过程可得到高纯度的氢气，
变压吸附技术在炼厂氢气回收中的应用广泛，技术成熟。
膜分离法利用被分离组分在分离膜中不同的渗透力实现分离，该方法需要较
高的进气压力，与其他方法相比，产品氢纯度虽然不是太高，但便于炼厂选用。
缺点是产品氢压力大大低于进气压力，使用前需再压缩。进气中的杂质也是潜在
问题，有些组分如硫或芳烃对分离膜会有伤害，重质烃类可能被液化而影响设施
性能。
深冷分离法为低温分离过程，利用气体混合物中组分的相对挥发度差异达到
分离目的。氢气的相对挥发度高于其他烃类，可回收中高纯度的氢气，氢气回收
率也较高，深冷分离法是三种回收技术中投资最高的方法。
从操作灵活性比较，变压吸附法的灵活性最高，当原料杂质浓度改变时，调
整吸附时间后能维持氢纯度。膜分离技术适应能力较小，深冷分离最不灵活，对
原料的要求最高。从操作弹性比较，变压吸附和膜分离可在30-100%设计能力下
操作，但小处理量时回收率损失较大。深冷分离降低能力到30-50%操作时仍能
维持产品氢纯度，但产品回收率略有降低。从可靠性比较，膜分离法转动部件少，
不易出现设备故障，在原料符合设计要求时，开工率可达100%，可靠性最好。变压吸附的控制阀门是关键设备，如果质量保证，则开工率可达99.8%以上。深
冷分离可靠性较差，对原料水分要求比较严，防止在原料预处理工序发生冷箱的
冻结而导致停工。三种方法的对比表如表4所示： 表4 氢气回收方法比较
项目 变压吸附法 膜分离法 深冷分离法 氢气回收率,% 75-90 <90 90-98 产品氢纯度，vol% >99.9 <95 95-99 原料气中氢含量最小值，vol% 50 15-20 20 进气压力，MPa 1.0-5.6 1.6-12.6 1.6-3.6 产品氢压力/原料气压力 1 0.1-0.25 可变 组合性 差 好 差 相对投资 1-3 1 2-3 操作方便性 较好 非常好 较复杂
3 炼厂氢气系统优化
3.1 炼厂含氢气体的优化利用
炼厂中的含氢气体主要包括加氢装置低分气、加氢装置干气、催化干气、焦
化干气、重整富氢气体等，根据氢含量的不同宜进行优化利用。加氢装置低分气、
重整富氢气体氢含量较高，混合后纯度可达90vol%，宜进行氢气回收。加氢装
置干气，氢气纯度在50-60vol%之间，可以回收氢气也可以作为制氢原料。焦化
干气与催化干气氢气纯度在15-30 vol%之间，且含有烯烃，宜作为燃料气，必要
时再回收氢气。变压吸附尾气氢气纯度较低，宜作为制氢原料。
3.2 炼厂氢气管网的优化
炼厂氢气管网可根据氢纯度、管网压力划分成多个管网。根据氢纯度划分，
炼厂氢管网可分为高浓度氢管网（氢纯度>99.9vol%）和低浓度氢管网（氢纯度
90-94vol%）。低浓度氢管网主要来自连续重整的含氢气体，主要提供给对氢分压
要求不高的加氢装置，其余进入炼厂氢气回收提纯系统，提纯后进入高浓度氢管
网。高浓度氢管网中的氢气主要来自制氢装置，供给高压加氢装置使用。在管网
之间要设置连通线，以保证全厂加氢装置的用氢安全。
当炼厂中有部分氧化制氢装置时，由于产氢的压力较高，可以将炼厂氢管网
分为高压管网和低压管网。高压管网压力可达5.0MPa以上，氢气主要来自部分氧化制氢装置，低压管网压力一般为2.1MPa左右，来自蒸汽转化制氢装置。设
置不同压力的氢气管网，可以避免氢气系统的降压、升压而造成的能量浪费，提
高氢气的利用效率，降低用氢成本。
3.3 氢气管网的夹点分析
炼油厂中有多个氢源，每个氢源产生的氢气量、浓度、压力都不同；同时炼
油厂有多个耗氢装置，每个耗氢装置都有不同的需求，且每个装置的氢负荷有一
定灵活性(如浓度、循环氢量可调)，这就为应用夹点技术对炼油厂氢气网络优化
提供了空间[5]。该方法的主要功能是应用每个耗氢装置和产氢装置与氢气有关的
数据绘制成氢气系统复合曲线和氢气纯度余量曲线(夹点图)，以确定最小氢气消
耗目标，并进一步建立氢气网络模型。将氢气网络模型纳入到炼油厂线性规划模
型(如PIMS等)中使用，以达到炼油厂整体优化，提高全厂经济效益。如优化加
氢反应器氢分压与提高转化率、产率、产品质量之间的关系；优化重整进料，提
高重整反应苛刻度、提高氢气产率等，以实现全厂效益最优。
4 结论
随着加氢技术的快速发展，炼厂内氢气系统的优化设计对提高炼厂的经济竞
争力发挥着越来越重要的作用。在炼厂的规划设计中，应该对炼厂内耗氢装置与
产氢装置的特点进行分析，选择最经济的氢气来源。对于炼厂的含氢气体，应该
根据氢含量的不同进行优化利用。同时，利用夹点分析技术可以对炼厂氢气管网
的配置进行充分的优化，以达到最佳的经济效益。
石脑油加氢装置尾气脱硫及吸收流程模拟与优化
石脑油加氢装置尾气脱硫及吸收流程模拟与优化
摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了化工行业发展的步伐，本文主要对石脑油加氢装置尾气脱硫及吸收流程模拟与优化进行论述，详情如下。
关键词：石脑油；加氢装置；尾气脱硫；吸收流程
引言
随着环保要求的不断提高，重点地区对焦炉烟气中SO2、氮氧化物排放限值要求较高。化工流程模拟是指根据实际化工生产中的工艺操作参数、装置结构，通过计算机模拟软件构建数学模型，对工业生产过程进行模拟计算，获得各个工艺设备及全流程的质量及能量数据。Aspen Plus是一款最常用的化工流程模拟软件，最初是由美国麻省理工学院(MIT)于70年代后期研究开发，后由艾斯本技术公司于80年代初完成商业化。现已经成为设计、研究部门和生产车间强有力的辅助工具，并在炼化装置优化中得到了广泛应用。
1石脑油催化转化制芳烃技术
在对石脑油催化转化制芳烃反应机理研究的基础上，创新性提出一条以煤基石脑油催化转化制芳烃的新技术路线；开发了性能优异的金属－分子筛催化剂和高效流化床反应器及工艺；完成千吨级中型试验，获得工艺包编制所需的基础数据，为工业装置建设奠定良好技术基础。中试结果表明，在采用以环烷烃为主的煤直接液化石脑油、链烷烃为主的煤间接液化加氢石脑油、烯烃为主的煤间接液化油洗石脑油、以及煤直接液化重石脑油时，均可获得较高石脑油转化率和产物选择性，产物为乙烯、丙烯和苯、甲苯、对二甲苯，其中副产的丙烷和Ｃ４等也可在同一催化剂上实现芳构化，提升芳烃收率。 2络合铁法
络合铁法脱硫工艺使用较为广泛。针对该法中络合剂降解严重、铁离子极易沉淀、硫单质分离沉降困难等问题，近年来在改进络合剂配方和优化脱硫工业装置等方面进行了大量研究。在络合剂配方改进措施中，通过比较乙二胺四乙酸、羟基乙叉二膦酸、氨基三乙酸和柠檬酸四种螯合剂的螯合容量、氧化还原电位值，结合抗坏血酸、亚硫酸钠两种还原剂，分别对络合剂降解的抑制作用进行分析。结果表明，以乙二胺四乙酸和柠檬酸复合为络合剂，加入质量浓度2g/L的抗坏血酸为还原剂制得的稳定剂，可有效避免铁离子沉淀，络合剂的降解率降低到5.0%。在脱硫工业装置优化方面，将传统工艺中的脱硫塔替换为超重力设备，分别研究了各操作参数对脱硫效率和再生效果的影响。实验表明，超重力法稳定性好，脱硫效率高，且脱硫效果与超重力因子、碱液浓度、气液比等因素呈正相关。
制氢化工工艺培训工作总结
制氢化工工艺培训工作总结
篇一：制氢化工工艺培训工作总结
第二十三届制氢年会交流总结本次制氢年会共收到与制氢有关的工艺、催化剂、设备、原料净化、烃类转化制氢、煤
气化制氢、甲醇制氢、氢产品提纯、操作技术及安全、事故处理等方面的论文近五十篇。另
外联络站还组织专业人员翻译了去年美国炼油工程师协会会议的制氢方面的七篇工艺、设计
方面的综合性论文。现将年会交流心得总结如下：
一、炼油厂氢气络设计优化技术 日益严格的环保法规要求炼油厂在生产硫含量更低、规格更高的车用燃料的同时，还要
实现清洁生产，降低二氧化硫和温室气体的排放；并且，炼油厂为了更有效的利用原油资源，
获得更好的经济效益，并在激烈的竞争中求得生存，炼油厂在重油加工工艺选择上，从传统
的选择脱碳工艺转向更多的选择加氢工艺，同时选择加工的原油也更加重质、劣质化，硫、
氮含量也更高，这些都驱使炼油厂不断增加加氢装置的能力，从而导致氢气用量的大幅增加。
由于能源价格的不断提高，制氢的成本也不断上升，不论采用何种工艺技术的制氢装置，都
要耗用大量的资源，并排放大量的温室气体；因此，优化氢气络，合理利用氢气资源，对
炼油厂的节能降耗，降低成本具有十分重要的意义。 通过氢气络优化，达到最少使用新氢和最低排放废氢到燃料气管的目的。 炼厂氢络优化技术主要分为两类：一是基于图形分析方式的夹点分析方法；二是基于
数学模型的线性或非线性规划算法。夹点分析方法可迅速诊断氢系统关键位置，确定系统最
小用氢目标；而各种数学算法则可帮助用户设计实际可行的流程方案。两类方法都有各自的
优势和局限性。因此，在实际氢络设计和改造项目中将两方面技术相结合是非常必要的。以m企业为例，原油综合加工能力为1350万吨/年，乙烯生产能力为100万吨/年。通过
对该企业的氢气络进行优化，可使m企业节省氢气使用成本6620万元，经济效益显著，应
炼油厂氢气系统优化调度及其应用
第６２卷第８期 ２０１１年８月 化工 ＣＩＥＳＣ 学报 Ｊｏｕｒｎａｌ Ｖｏ１．６２ Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ ２０１１
炼油厂氢气系统优化调度及其应用
焦云强 ，苏宏业 ，侯卫锋 （ 工业控制技术国家重点实验室，浙江大学智能系统与控制研究所，浙江杭州３１００２７； 。浙江中控软件技术有限公司，浙江杭州３１００５３）
摘要：氢气是一种宝贵而洁净的能量资源，在炼油行业中，它既是石油炼制和石油化工的副产品，又是石油炼 制和石油化工加氢工艺过程的重要原料来源。为了满足炼油企业工艺过程对氢气不断变化的需求，实现企业降 低成本、节能降耗的目的，必须保证氢气系统在最优的状态下运行。针对这一问题，详细分析了当前炼油厂氢 气系统实际调度中的影响因素，建立了综合考虑多项影响因素的氢气系统多周期优化调度的混合整数非线性规 划模型，提出了相应的优化调度策略。利用通用建模工具Ｌｉｎｇｏ建模求解，并通过实例证明了模型的有效性和 可行性，为实际的炼油厂氢气系统优化调度起到了指导作用。 关键词：氢气系统；优化调度；多周期；ＭＩＮＬＰ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８—１１５７．２０１１．０８．００３ 中图分类号：ＴＱ ０２１．８ 文献标志码：Ａ 文章编号：０４３８—１１５７（２０１１）０８—２１０１—０７
Ｏｐｔｉｍａｌ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＪＩＡＯ Ｙｕｎｑｉａｎｇ ，ＳＵ Ｈｏｎｇｙｅ ，ＨＯＵ Ｗｅｉｆｅｎｇ （ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｙｂｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｚ＾ｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｓｕｐｃｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００５３，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
新建炼油厂氢气综合利用和改造探讨
新建炼油厂氢气综合利用和改造探讨
摘 要：本文介绍了炼油厂通过技术改造氢气回收项目、优化供氢网络、强化用氢管理等措施整合了氢气系统资源，有效实现了节能降耗和降低油品加工成本的目的。
关键词：氢优化 氢气平衡 氢气回收 氢气网络
氢气是一种宝贵而洁净的资源，在炼油行业中，它既是石油炼制和石油化工的副产品，又是石油炼制和石油化工加氢工艺过程的重要原料，近年来随着氢气供需矛盾的加剧，对炼油厂的氢气资源进行优化利用具有重要意义。本论文以中国石油某炼油厂的氢气资源优化项目为依托，对氢气资源的优化利用取得的成果进行研究。
一、氢气产出和利用分析
该炼油厂是中国石油在南方地区投资建设的第一个大型炼化基地，也是中国石油海外份额油加工基地，原油加工能力为1000万吨/年，项目包括13套主要工艺装置，及其配套的公用工程系统、储运系统、码头、铁路等设施。氢气管网的供氢来源为制氢装置和psa1回收氢气，管网压力为 2.1mpa（g），温度为40℃，氢纯度为99.9 % （ v ），主要为蜡油加氢裂化装置、柴油加氢精制装置、汽油精制分馏装置、硫磺回收装置、聚丙烯装置供氢。石脑油加氢装置所用氢气来自连续重整装置重整循环氢。其中制氢装置规模为40000m3/h，加工原料为石脑油和炼厂气。psa1规模为120000m3/h，加工原料为连续重整装置所产的重整氢和经过脱硫处理的蜡油加氢裂化低分气和柴油加氢精制低分气。 全厂投料试车阶段，制氢装置先开工低负荷运行，为石脑油加氢装置备料试车提供氢气，同时为加氢裂化装置、柴油加氢装置、连续重整等临氢单元提供氢气进行氢气置换、气密，在正式投料试车阶段，制氢装置先开工为加氢裂化、柴油加氢装置提供催化剂硫化所需氢气。在正常生产阶段，主要通过psa1装置为全厂提供氢气，同时制氢装置处于热备状态。根据全厂氢气平衡和燃料气平衡的计算，催化干气直接排入燃料气管网，以弥补燃料气的不足。当psa1故障情况下，立即提高制氢装置负荷。根据全厂氢气平衡，此时计划安排加氢裂化装置停工。制氢装置产氢以维持柴油加氢装置、石脑油加氢、汽油精制分馏、硫磺回收、聚丙烯等装置维持正常生产运行。
新建炼油厂氢气综合利用和改造探讨 2
２…０矗３ ７ 麓 １年月黼 中国化工贸易 Ｃｈｉｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｒａｄｅ 麓照 新建炼油厂氢气综合利用和改造探讨 秦勇 （中石油广西石化分公司） 摘要：本文介绍了炼油厂通过技术改造氢气回收项目、优化供氢网络、强化用氢管理等措施整合了氢气系统资源，有效实现了节能降耗和降 低油品加工成本的目的。 关键词：氢优化氢气平衡氢气回收氢气网络 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｎｅｔｗｏｒｋ， ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔＯ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂａｌａｎｃｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｎｅｔｗｏｒｋ 氢气是一种宝贵而洁净的资源，在炼油行业中，它既是石油炼制 和石油化工的副产品，又是石油炼制和石油化工加氢工艺过程的重要 原料，近年来随着氢气供需矛盾的加剧，对炼油厂的氢气资源进行优 化利用具有重要意义。本论文以中国石油某炼油厂的氢气资源优化项 目为依托，对氢气资源的优化利用取得的成果进行研究。 一、氢气产出和利用分析 该炼油厂是中国石油在南方地区投资建设的第一个大型炼化基地， 也是中国石油海外份额油加工基地，原油加工能力为１０００万吨／年， 项目包括ｌ３套主要工艺装置，及其配套的公用工程系统、储运系统、 码头、铁路等设施。氢气管网的供氢来源为制氢装置和ＰＳＡ１回收氢 气，管网压力为２．１ＭＰａ（ｇ），温度为４Ｏ℃，氢纯度为９９．９％（Ｖ）， 主要为蜡油加氢裂化装置、柴油加氢精制装置、汽油精制分馏装置、 硫磺回收装置、聚丙烯装置供氢。石脑油加氢装置所用氢气来自连续 重整装置重整循环氢。其中制氢装置规模为４００００ｍ ／ｈ，加工原料为 石脑油和炼厂气。ＰＳＡ１规模为１２００００ｍ３／ｈ，加工原料为连续重整装 置所产的重整氢和经过脱硫处理的蜡油加氢裂化低分气和柴油加氢精 制低分气。 全厂投料试车阶段，制氢装置先开工低负荷运行，为石脑油加氢 装置备料试车提供氢气，同时为加氢裂化装置、柴油加氢装置、连续 重整等临氢单元提供氢气进行氢气置换、气密，在正式投料试车阶段， 制氢装置先开工为加氢裂化、柴油加氢装置提供催化剂硫化所需氢气。 在正常生产阶段，主要通过ＰＳＡ１装置为全厂提供氢气，同时制氢装 置处于热备状态。根据全厂氢气平衡和燃料气平衡的计算，催化干气 直接排入燃料气管网，以弥补燃料气的不足。当ＰＳＡ１故障情况下， 立即提高制氢装置负荷。根据全厂氢气平衡，此时计划安排加氢裂化 装置停工。制氢装置产氢以维持柴油加氢装置、石脑油加氢、汽油精 制分馏、硫磺回收、聚丙烯等装置维持正常生产运行。 二、氢气优化利用采取的措施 按两步走的总体计划实施，在管网优化改造实施前，主要通过调 整连续重整的操作来调整氢网平衡，减少放空损失。从３月份起开始 采用该思路调整氢气管网的操作，与之前用加氢裂化新氢机入口缓冲 罐放空控制的方式相比，压控放空阀开度由１０％左右减少为０－２％， 放空量大幅减少，减少高纯氢气放空２０００～３０００ｍ３／ｈ，节约成本近 ２４００万元，年。 ６月份完成了ＰＳＡ１的检修消缺。ＰＳＡ１装置由于设计原因，均压 线管径过大，导致程控阀过度冲刷而产生泄漏，此次停工检修，分别 在各吸附塔３＃、４＃、６拌程控阀处安装限流孔板。并对已穿透的Ｂ、 Ｅ、Ｇ、Ｆ塔进行撇头。 氢气管网优化方案设计中，决定将含硫油配套装置投产以后的整 个管网分为相对独立的两个部分，新上的渣油加氢、异构化和大制氢
玉炼瓦斯系统回收氢气措施探讨
科学管理
300 2018年第6期
瓦斯是玉炼生产过程中最重要的副产品之一。瓦斯作为燃料气，它的平衡直接影响玉炼各装置的平稳运行与能耗情况，甚至全厂的的经济效益。若燃料气系统中氢气含量较高，会降低加热率效率，增加设备腐蚀，回收瓦斯系统中氢气，对节能减排，降本增效意义重大。1 玉炼瓦斯系统1.1 玉炼瓦斯系统简介玉炼瓦斯系统分为高压瓦斯燃料气系统、低压瓦斯排放系统两个管网。低压瓦斯排放管网回收各装置生产过程中排出的炼厂气，管网采用枝状工艺布置，东路和西路干线。高压管网系统又分为东、西两路供气管网。原流程为高压瓦斯系统来源主要为重油催化裂化装置来干气，延迟焦化装置来干气，干气经过脱硫后进入高压瓦斯系统，为全厂提供燃料气，压力控制在0.45～0.60MPa；低压瓦斯系统与各装置低压放空系统联通，其中碳三及氢气回收装置抽气压缩机将低压瓦斯系统瓦斯进行升压后气相进入脱硫装置脱硫后一部分去脱硫装置，分离出的液相进入重油催化裂化装置和延迟焦化装置。根据瓦斯气实际处理量，通过对高低压瓦斯塔串联流程调整，混合瓦斯先进入高压瓦斯脱硫塔然后进入低压瓦斯脱硫塔进行两次脱硫。低压瓦斯经低压瓦斯管网进入碳三及氢气回收装置，通过抽气压缩机增压后，与催化干气一同进入15万吨/年液化气脱硫装置中的高压瓦斯脱硫塔进行脱硫。脱硫后的瓦斯气与焦化干气汇合后进入低压瓦斯脱硫塔脱硫，脱硫后的瓦斯气一部分进入制氢装置，另一部分直接进入高压瓦斯管网为全厂提供燃料气。1.2 氢气氢气是炼油生产过程用量极大。玉炼的加氢装置、聚丙烯装置和酸性水装置生产过程中需要消耗不同规格数量的氢气，而产氢装置只有制氢装置和重整装置，玉门炼化瓦斯系统中氢气含量较高，如果将瓦斯系统中氢气进行回收利用，对氢气系统平衡有重要意义。1.2.1 氢气来源重油催化裂化装置、延迟焦化装置干气中均含一定的氢气，尤其是重油催化裂化装置干气最高可达30%左右，极具回收价值；柴油加氢改质装置低分罐D-504，高分罐D-503（改造后直接进入脱硫装置再进入高压系统），航煤临氢脱硫醇装置D604顶外排气、柴油加氢精制装置V201+V103+V104顶外排气，重整车间D203顶部外排气中均含有高含量的氢气，进入低压瓦斯管网回收有限。1.2.2 存在问题玉门炼化高压瓦斯中氢气含量较高，由于氢气热值只有10.78MJ/Nm3，数值较低，进入燃料系统造成燃料组分偏轻，对加热炉高效运行造成不利影响。加热炉用高压瓦斯氢含量较高，燃烧后烟气含水较多；燃烧生成的大量水汽在烟气余热回收系统冷凝成水，为引风机和烟道壁腐蚀提供条件。各装置排放的各种氢气纯度的炼厂气统一进入高、低压瓦斯脱硫塔脱硫，受膜分离装置处理能力限制，只能一部分脱硫后的瓦斯气进入膜分离提纯，剩下大部分含氢量较高的瓦斯只能进入高压管网，只能回收少量高纯氢气，氢气组分造成浪费[1]。2 瓦斯系统优化运行建议2.1 回收氢气随着玉门炼油化工总厂加工的原油硫含量越来越高，密度逐年增大，燃料型炼厂的建设、产品结构的调整，对氢气的需求增长较快。目前炼玉炼加氢装置对氢气的需求主要靠重整氢，但航煤装置、柴油精制装置、重整瓦斯气和加氢装置排放尾氢中含有大量的氢气，且各加氢装置间歇性外排废氢气，均排放至低压瓦斯管网进行回收，造成很大的浪费。若合理利用，可使炼油厂得到更大的综合经济效益。对氢含量大于70%且流量较大的瓦斯气进行汇总回收处理，提纯其中的氢气加以利用，使剩余氢含量较低且流量不大的瓦斯气不做处理仍直接进入燃料气管网。这样做可以回收利用氢气资源，也能尽量减少对原瓦斯管网由于组成变化带来的影响。改造后瓦斯气热值小幅升高，各装置燃料气系统可以较好地接受此变化，在降低设备腐蚀的前提下，减小对原有各装置燃料气系统造成的影响[2]。根据排放量及瓦斯气中氢纯含量的高低，将低压瓦斯气中含氢量高的瓦斯气集中排放至新建的高氢纯瓦斯氢气回收系统进行脱硫，其余排放瓦斯则继续通过原有高、低压脱硫系统进行脱硫。经过高纯瓦斯脱硫系统脱硫后的瓦斯气与由低压瓦斯脱硫塔来的瓦斯气进行汇合，然后进入现有膜分离器，渗透出的高纯度氢气，再经过新建的新氢压缩机增压，进入制氢装置PSA进口或直接进入全厂氢气管网。具体流程如下：全厂瓦斯中氢气含量大于70%（V），同时流量较大的瓦斯气进行集中收集。其中航煤装置D604顶外排气、柴油精制装置V201+V103+V104顶及改质装置D504外排气的压力较低，汇合后进入碳三氢气压缩机（K-103）升压至1MPa（G）。升压后的瓦斯气与改质装置D503顶外排气、重整车间D203顶部外排气及改质未用完的重整氢汇合，进入瓦斯气缓冲罐稳压，随后和一部分自 低压脱硫塔脱硫后的瓦斯气汇合，进入膜分离装置，渗透出高纯度氢气。高纯度氢气经过新氢压缩机（K-104）升压后，进入新氢冷却器（E-101）将温度冷至40℃，随后进入制氢装置PSA的进口或者出口。膜分离装置分离出的尾气则进入高压瓦斯管网。2.2 效果预期瓦斯热值有所提高，预计炼厂加热炉燃料消耗量将有所下降，全厂能耗下降。回收部分氢气为制氢装置原料，但仍可降低炼厂制氢装置生产加工量。通过监控氢气管网纯度，可适当改变制氢装置生产规模，降低制氢装置加工量，降低装置能耗。3 结束语玉炼通过对瓦斯系统其中的氢气资源回收利用，既可以改善瓦斯组成，又可以合理利用氢气资源，经济效益和社会效益明显。参考文献[1]伦晓伟，刘新月，王言言.炼厂瓦斯系统平衡及优化分析[J].石油石化节能与减排，2014(6)：45-50.[2]魏瑞.炼厂气中氢气资源的回收和利用[J].当代化工，2016，45（6）：1292-1295.玉炼瓦斯系统回收氢气措施探讨侯嘉越 杨凯 常安 刘晓寅玉门油田分公司炼化总厂 甘肃 玉门 735200摘要：简要介绍了玉门炼油化工总厂（简称玉炼）瓦斯系统运行情况，并对其存在的氢气资源回收利用不足的情况进行分析，并提出回收利用建议。关键词：瓦斯系统 氢气 回收
炼厂氲气网络优化的计算方法
生产与环境 编辑 己桂才 ２０１１年第１１卷第６期
炼厂氲气网络优化的计算方法
郭亚逢，牟桂芹 （中国石化安全工程研究院，山东青岛２６６０７１） 摘要：基于氢夹点理论和超结构理论，提出 一套考虑燃料气价值的氢气网络优化计算方法， 计算结果更加合理、经济、实用。运用此方法，不 仅能定量评估某个加氢装置操作方式的合理性， 而且能根据炼厂的氢气网络计算提出合理的优 化运行方案。 关键词：炼厂氢气加氢工艺网络优化计 算方法 １我国炼厂氢气网络优化概况 随着国际原油价格的不断攀升，我国进口 中东高含硫、含酸、含氮的重质原油越来越多，使 得炼厂生产低含硫、含氮、含酸、含不饱和直链烃 和芳烃的汽柴油难度越来越大，并且各地的废水 和废气达标排放的标准越来越严格，达标排放的 压力很大，因此对原油和油品的加氢精制成为解 决问题的最佳方法。在过去几年里我国炼厂氢气 的使用量急剧增长，氢气需求年增长率达５％，氢 气资源呈现紧缺局势。但氢气是一种昂贵的原 料，在炼油成本中占有相当高的比例，使得炼厂 炼油的成本逐年提高。如何节约氢气资源，成为 各大炼油厂节能降耗的重要环节。如果对炼厂的 氢气网络工艺参数、各个用氢环节和整个用氢 网络进行合理的优化，就能够明显提高各炼厂 氢气的利用效率，降低成品油的加工成本。 我国部分炼厂已经自发地进行氢气网络优化 ＠ＳＡＦＥＴＹ ＨＥＡＬＴＨ＆ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ 利用以节约氢气使用量，降低加工成本，提高经 济效益。严钧等【 】通过扩大重整产氢能力、实施化 肥向炼油供氢、建设炼厂含氢气体回收项目等方 法优化镇海炼化的供氢网络，极大地降低了炼厂 用氢总成本。徐勤利【２］着眼分析炼厂瓦斯平衡和 制氢原料之间的平衡，对胜利炼油厂的氢气进行 优化梯级利用。也有不少炼厂通过对某些供氢、 耗氢装置和提纯装置进行优化，以提高氢气利用 效率，实现节能降耗增效。镇海炼化分公司化肥 装置联产氢气的改造［３＿，是通过调整原料结构，将 产品结构由单一的尿素产品改为既生产尿素又同 时向炼油供氢气，以解决炼油装置原油劣质化和 深加工后氢气资源不足的现状，大大降低氢气的 成本。济南炼化［４］针对多套产氢耗氢装置存在的 瓶颈和不足，通过采取重整装置预加氢消瓶颈改 造、增上外送氢压缩机以及加氢装置低分气进行 氢提浓回收氢气等措施，解决济南分公司氢气不 足问题，并停开焦化干气制氢装置甚至停开ＰＳＡ 装置达到节能降耗的目的。 但是，如果从全厂氢气网络（包含燃料气管 网）的角度来看这些优化操作是否真正实现节约 收稿日期：２０Ｉｌ－０３一－ｌ３ 作者简介；郭亚逢 博士 工程师，２００８年毕业于 大连理工大学环境工程专业 现主要从事节能减 撩及环ｊ翘保妒 窜ｊ
加氢装置氢耗计算
- 1 - 加氢装置氢耗计算
加氢装置是炼油厂中重要的组成部分，在其中反应发生时，氢气会被作为原料进入反应器体系，被裂解成氧和氢能量。因此，加氢装置氢耗是它运行时最关键的技术指标，该指标直接关系到装置的产品能效、安全性和整体经济性能。
一、加氢装置氢耗计算的基本概念
1.1氢装置氢耗是指加氢装置在正常运行下，氢气从设备进入反应体系中并与油分子产生反应，将氢气用于所需反应而在加氢装置中消耗掉的量。
1.2氢装置氢耗的计算可被划分为两种：一种是每单位产品消耗的氢气量，一种是每单位时间消耗的氢气量。
二、加氢装置氢耗的计算方法
2.1单位产品消耗的氢气量：指的是每生产一单位产品所消耗的氢气总量，可用氢气进料量÷总产品量=每单位产品消耗的氢气量来计算。
2.2单位时间消耗的氢气量：指的是每单位时间消耗的氢气总量，可用氢气进料量÷运行时间=每单位时间消耗的氢气量来计算。
三、加氢装置氢耗控制
3.1 优化加氢反应温度：随着加氢温度的升高，氢气以比较好的效率转换成氢能，但是过高的温度也有损坏反应器的风险。
3.2进氢气进料系统：在保证安全操作的前提下，改进氢气进料系统，如降低进料压力，优化氢气进料温度，改进氢气抽放系统，控 - 2 - 制氢气进料系统内部氢气流量和温度等，可以显著提高加氢装置水效率下降氢耗。
3.3气泵改善加氢装置工艺：利用改良过的加气泵，如带有可变外流量控制装置的加气泵，可以帮助调节加气时间，降低氢气进料量，从而降低氢耗。
四、加氢装置氢耗的重要性
4.1氢装置的氢耗是直接影响炼油厂整体能源效率的主要技术指标之一。
4.2氢装置氢耗低，可以降低炼油厂整体能源消耗，提高加氢装置运行效率，降低炼油厂运行成本，并且消除节能污染以达到节能减排的目的。
4.3耗的控制也是加氢装置运行的重要内容。炼油厂应采取有效的措施，如优化氢气进料系统、改善加气泵、维护加氢装置、科学设计加氢反应等，有效降低加氢装置的氢耗，提高加氢装置的能效和经济性。
加氢型炼厂总加工流程氢气资源的优化
任洪理等加氢型炼厂总加工流程氢气资源的优化 １５
滢某ｌ６技 术６ 加氢型炼厂总加工流程氢气资源的优化
任洪理 刘登峰卢慧杰王禹王业华曲鑫 中国石油建设公司华东设计院青岛２６６０７１
摘要 合理利用氢气资源是全加氢型炼油厂选择总加工流程时的关键问题；在氢气资源挖潜利用方 面采取有效措施，以节约资源，降低成本。本文详细论述用氢的优化及分级利用。 关键词 氢气资源优化工程设计能级分布 石油产品中需求量最大的是交通运输燃料， 如汽油、柴油和航空煤油等，这些产品从原油中 可直接获取的量仅为原油的３０％～５０％，需要 二次加工以及后续加工才能满足产品质量要求， 减压渣油量一般为原油的２０％～３０％，对一般 炼厂的氢气耗量占原油的０．８％～２．７％。目前， 环保对燃料的清洁要求越来越高，其中一个重要 的要求指标是硫含量。２００５年全球６５％的汽油， 硫含量不大于３０ｔｘｇ／ｇ；５７％的柴油，硫含量不 大于５ｏｏ￣ｇ／ｇ。２０１０年发达国家和部分不发达国 家的清洁汽油和清洁柴油的硫含量要降至１０１ｘｇ／ ｇ以下。就全球范围而言，今后炼油厂加工的原 油将是ＡＰＩ度低、比重大、含硫高、品质差的常 规原油和非常规原油。这是我们必须面对的现实 问题。目前，国内正在加快建设大型的加氢型炼 厂，以期提高产品质量，满足环保要求，对氢气 资源的消耗趋势在迅猛增加。氢气是比较贵的清 洁原料，目前炼油厂中重整产氢是廉价的氢源， 但对于加工全加氢炼油厂来讲，重整产氢不能满 足全厂氢气需求，而制氢代价是很大的。所以， 合理利用氢气资源，通过工厂加工流程优化节约 用氢是必要的。 １合理确定氢资源方案 全世界加氢工艺的能力占原油加工能力的比 例已超过５０％，某些国家甚至高达９０％，居炼 油工艺之首。由于石油产品质量要求日益严格， 要求更多的渣油转化为多氢的轻质油品。加工原 油性质日益变劣，所占比例还将有所提高。由于 各种原因，过去加氢工艺的建设在我国发展较 慢。近２０年来，特别是最近十年，由于对石油 产品质量要求越来越严，加工含硫及高硫原油数 量越来越多，加工深度越来越深及产品结构调整 等原因，使加氢装置的建设得到了飞速发展。加 氢装置的能力占原油加工能力的比例已接近 ３０％，在今后一个时期还将有更大发展。 １．１对“原油资源”的认识 目前国内；０ｎ－ｖ＿原油的构成，大致可以分为四 大类： （１）以大庆原油为代表的低硫石蜡基原油。 （２）含硫或低硫中间基（中间一环烷基） 原油。 （３）进口高硫轻质原油。 （４）超重劣质原油。 原油的类型是炼油厂总加工流程建立和优化 的基础。原油性质的优劣，决定总加工流程安 排、；０ｎ－ｖ＿难易程度及加氢装置的数量。 １．２氢的来源 炼油厂需多方挖掘氢气资源，采取的办法主 要有：①提高催化重整装置的苛刻度；②收集焦 化装置、加氢裂化装置、催化重整装置、蒸馏装 置轻烃等气体作为制氢原料；③采用变压吸附、 膜分离等技术提纯回收催化裂化干气中的氢气； ④合成氨联产的石化厂可利用煤和沥青造合成 气，提供氢气资源；⑤天然气产地附近，利用价 格优势制氢；⑥进一步研究利用高硫焦（或沥 青）气化制合成气再转换生产氢气的技术。
炼化氢气系统优化布置降本增效运行稳定
从表１可以看到，项目建成后作
为主要氢源之一的外购氢气量占到总
用气量的４５．９％．一旦发生外购氢气
中断的工况，如果外购氢气不能在２
至３天内恢复供应 将严重影响全厂 装置运行。
三、氢气分级利用
氢气分级利用是炼厂合理使用氢
气资源的重要原则。连续重整副产的
含氢气体（体积分数约为９２％）和外
购制氢企业生产的纯氢（体积分数约 ９９．９￣／８０）是全厂的氢气来源。全厂氢气
系统分为重整氢气系统和纯氢系统。根
据加氢装置不同的氢分压要求．将加
氢处理分为两级，第一级用氢装置的 氢浓度要求稍低，可直接使用重整含
氢气体．如航煤加氢装置、焦化汽油
催化柴油加氢装置、催化汽油吸附脱硫
装置以及硫磺回收装置。重整含氢气体
年用量约占重整产氢气体总量的２９％
左右。剩余的重整含氢气体和经脱硫处
理的蜡、渣油加氢低分气体一起进入新 建ＰＳＡ装置回收提浓．得到体积分数 ９９．９％的氢气。提纯后的纯氢与外购纯
氢一起供渣油加氢、蜡油加氢、直馏柴
油加氢（液相循环加氢工艺）、己内酰
胺装置等装置使用，作为二级利用。
四 利用闲置ＰＳＡ装置回收氢气
１全厂高含氢瓦斯气体分析
现有焦化汽油催化柴油加氢装置
低分酸性气 新建连续重整装置产瓦斯 气、蜡油加氢装置的ＰＳＡ尾气中的氢
气体积含量都在５０％以上，而新建常
减压轻烃回收装置由于合并处理了全部
加氢装置塔顶的排放气，其产生干气中 氢气体积含量也提高至５Ｏ％以上
２．氢气回收措施
利用公司现有一套闲置的处理
能力为１ ５０００Ｎｍ。／ｈ的ＰＳＡ氢提纯装 置．对其进行扩容改造并增加配套系
统．对上述氢气进行回收，原有ＰＳＡ
氢气回收率按照８０％计算，预计可回 收氢气６４００ｔ／ａ 考虑回收氢气后需补
入天然气平衡瓦斯缺失以及工用工程
的消耗．简略估算年效益为： 氢气与补入天然气差价一公用工
程消耗＝３３２０—９７４＝２３４６万元／年 经估算项目总投资４３３０ ８０万 元 相比效益十分显著。