制氫裝置混合氣作為原料的操作優化措施探討

李喜芳 雷峰

摘 要：本文簡要分析了制氫裝置混合氣作為原料的操作優化過程，在分析的過程中選擇了某油廠聯合車間的制氫裝置，該車間所選擇的是天然氣、催化干氣、加氫干氣三氣混合后制氫，以此作為原料氣，為了進一步地確保其操作優化質量得到提升，需要從操作的參數、操作的方式等不同的方面提出一系列的優化措施，確保制氫裝置混合氣作原料的整體操作優化質量得到提升。

關鍵詞：制氫裝置;混合氣;操作優化措施;轉化系統

天然氣是常見的制氫原料，而其中存在的最大問題就是天然氣本身所含有的甲烷含量較高，烯烴的含量較高，很容易造成反應器床層無升溫的現象。為此，在天然氣制氫的過程操作過程中，需要加入一定的催化干氣以及加氫干氣來作為補充烯烴，進一步地解決反應器床層中存在的無升溫現象，本文簡要對天然氣、催化干氣、加氫干氣的配比以及反應入口的溫度、壓力等操作內容優化，深入地分析和探討如何提高制氫的整體效果。

1 對加氫反應器進行操作優化

1.1 對反應器入口溫度的控制

為了優化原料氣操作的整體效果，首先應該做到對反應器入口溫度的控制。分析原料氣最初的組成成分為催化干氣和加氫干氣兩種不同的氣體混合比為3：1，這是體積的混合比，而原料烯烴的含量則為每增加體積分數為1%，反應床層的溫度升達23℃，而引入天然氣作為原料氣后，將天然氣催化干氣、加氫干氣三種氣體混合后，其整體的體積占比例約為2：1：1。多數情況下，催化干氣的烯烴含量體積分數約為11%左右，而天然氣中的烯烴含量則約為零，混合三種氣體混合后，其烯烴的含量約為3%左右。為此，一定要考慮到在整個氫氣制作過程中，烯烴含量是否滿足烯烴飽和反應器、加氫反應器床層溫度的要求。但是多數情況下反應器床層的溫度相對較低。為此，在整個控制過程中，反應器的入口溫度控制就顯得尤為重要。

1.2 對天然氣進料的溫度進行控制

通過對反應器的流程圖進行分析后，能發現烯烴飽和溫度器應該控制在230℃-250℃之間，而加氫反應器的溫度則需要在混合進料時控制，其溫度不能夠低300℃，當天然氣進料時，反應器溫度則不能夠低于280℃。不僅如此，在整個操作過程中，應明確加氫反應器催化劑的起活溫度在280℃，而反應器入口的溫度控制也直接影響到了催化劑在使用時的效果、該設備的使用壽命等。為此，一定要確保整個操作過程中的安全性、穩定性、規范性，如果處于低負荷操作狀態中，則要求時刻注意三種不同氣體的組成變化，如果出現了氣體波動非常明顯的狀況，需要及時地進行反饋和調整，并且記錄在案，減少這類事情出現頻率。要求所有的操作人員認真地根據反應器的操作指標進行工作。

2 對轉化系統進行優化

整個操作優化的過程中，需要對轉化系統進行優化。轉化系統時，其中主要包括了三個不同的轉化內容，分別是：轉化反應中的水碳比優化、配氫量的優化以及轉化中的溫度優化。

2.1 對水碳比的優化

2.1.1 優化方式

在進行水碳比優化的過程中，應考慮到天然氣、催化干氣、加氫干氣作為最基本的原料氣時，其經過了原料精制之后會進入到轉化部分，在整個轉化的過程中，要求確定轉化的進料量不能夠少于3500Nm3/h，同時也不能大于4600Nm3/h，并且在整個轉化的過程中需要降低轉化出口的溫度，確保原料氣中甲烷的含量約在3%-5%左右，而水碳比則需要控制在4.0-4.6之間逐步地減小轉化爐所需要承擔的負荷，降低在操作過程中存在的問題，使得操作變得更加簡便、操作的質量得到提升。如果在整個操作的過程中水碳比較高，則需要不斷提高物料的總流量，確保所有的物料在爐管內制作反應的過程中分布更加均勻，需要增大物料的流速，將物料所產生的熱量在最短的時間內帶走，能夠有效地延長爐管以及爐管的使用壽命，催化劑的使用效果得到提升，較高的水碳比雖然促使轉化率得到了提升，但是能耗也在逐步增加。

2.1.2 數據分析

在整個操作過程中，應該避免的是由于水碳比失調而導致的轉化爐脈沖進料不利這一問題。對水碳比不斷進行優化，防止催化劑積碳的情況出現。在整個轉化爐配氣量使用過程中，面對操作負荷，應考慮到不同的轉化加工量所帶來的裝置負荷和配氣量水碳比之間的區別。裝置負荷轉化加工量為3600Nm3/h-4000Nm3/h時，裝置負荷與配氣量和水碳比而言，基本處于最佳的狀態，配計量所平均10t/h-13t/h，屬于高水碳比操作?；旌掀鞑僮骱?，現場并沒有發生紅館、花斑等現象，也就是說該操作處于最平穩的狀態，由此可見，在3500Nm3/h-4600Nm3/h之間是最佳的水碳比，能夠讓轉化下有效率達到最高點，提高轉化反應的溫度，降低轉化器中所含有的殘余甲烷含量。

2.2 配氫量的優化

由于天然氣中含有一定量的有機硫，將這一內容加入氫氣的轉化過程中，則取決于天然氣中有機硫的含量。多數情況下，天然氣中含有的有機硫含量較低，約在2- 15mg/m3，整體的體積分數則在3%-10%。通過焦化干氣、催化干氣制氫后，其整體的烯烴含量較高，原料氣含量在體積分數為18%以上，由此可見，其混合氣的制得的氫含量，其差別相對不大，但是在混合器操作的過程中，操作調整則尤為重要。如果整個配氫裝置處于一種低負荷的運行，如何做好三種不同氣體的配比在這一階段則是最重要的內容。在適當降低生產低負荷時，不斷降低加氫反應器的空速以及入口溫度，能提高水碳比，滿足操作過程優化的相關需求。

2.3 轉化中的溫度優化

在常規制氫轉化過程中，其反應溫度約在750℃左右，而采用PSA提純制氫裝置后，則可以不斷地抵消所有的轉化不利影響，并且讓轉化溫度得到提升，轉化溫度可約達到820℃左右，但是從實際的角度進行分析，轉化溫度與空速水碳比之間有著密切的聯系。要求在整個轉化的過程中，轉化器殘余的甲烷含量應該完全符合工藝的要求，可以根據具體情況進行溫度的調節。如果是低負荷產生時，由于其空速較高，并且轉化過程中水碳比在不斷增加，需要不斷提高轉化溫度，如果低于750℃就難以保障。如果轉化溫度低于750℃，可以保障轉化器轉化過程中其原料氣甲烷的殘余含量低于需要控制的指標。為了進一步的對該內容進行分析，需要對其數據進行比較。也就是說，當甲烷的體積分數在3.26%時，氫氣所占據的體積分數在74.86%，一氧化碳的體積分數為13.56%，二氧化碳的體積分數則為7.8%，如果甲烷的體積分數達到了4.31%，氫氣的體積分數基本不變，但是一氧化碳以及二氧化碳的體積分數則出現了明顯的改變，由此可見，雖然各項指標都處于合格的狀態中，但是隨著轉化溫度的升高，其有利于氣體中甲烷含量的減少，對于后續處理的難度而言會逐步降低位次，混合器操作可以將其進行溫度的轉化，進一步提高操作的整體質量。

3 結語

綜上所述，通過文章的分析能發現在進行制氫時常見的制氫原料具有天然氣、催化干氣、加氫干氣三氣優化的過程中，主要是優化反應器的床層溫度，提高催化劑的使用效果和壽命。在整個生產操作的過程中，作為工作人員應該掌握好水碳比，并且在生產之前了解原料氣的質量數據，對可能會影響到反應過程中的各項內容進行操作分析，有效的保護好催化劑同時確保制氫裝置能夠安全、穩定、長效的運行。

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