乙烯装置提高氢气收率对策

1 前言
随着国内炼厂产品质量升级工作的推进及加 工原油中杂质含量的增加， 炼厂耗氢逐步增 大，企 业氢气平衡难度逐渐增大。 在目前大型的炼化一体 化 企 业 中，乙烯装置通过在高温下石脑油、轻 石 脑 油、加氢尾油等原料发生裂解反应，生 成 小 分 子 烃 及 氢 气，通过后续分离获得高纯度氢 气，因 此 乙 烯 装置在整个氢气平衡中为主要产氢装置，通过优化 及技术改造提高乙烯装置氢气收率，对于整个企业 的氢气平衡有着重要意义。

2 氢气分离流程简述
乙烯深冷单元氢气分离流程。 从裂解气干燥器出来的裂解气首先按 4∶6 比例 分 成 两 股， 分 别 进 入 冷 箱 20×104 t/a 乙 烯 改 造 新 线 与原老线。 新老线裂解气经过与其他冷物料充分换热，在 冷箱中通过丙烯制冷压缩机、 乙烯制冷压缩 机、甲专利技术， 乙烯装置流程简。 裂解为 SRT 型裂 解炉， 分离流程为低压脱甲烷顺序分离流程， 主 要 裂 解 柴 油、 石 脑 油 和 轻 烃 原 料， 于 1995 年 底 建 成 投 产 。 2001 年装置进行了扩能改造 ，将 乙 烯 生 产 能 力 由 14×104 t/a 提 高 到 了 20×104 t/a(年 操 作 8000h)，裂解原料主要为石脑油 ，副 产 的 乙/丙 烷 循 环裂解。 改造以后，装置规模将扩大到 20×104 t/a 乙 烯，即年生产聚合级乙烯 20×104 t、聚合级丙烯9.95× 104 t。 同时，氢气、燃料气、混合碳四、粗裂解气油、混 合苯、混合碳五、碳九、裂解渣油等副产品产量也 相 应增加。

气相为氢气（北京中惠普氢气发生器），去冷箱回收冷量；液相为 甲烷/氢，同样去冷 箱 回 收 冷 量，一部分氢气减压 至 甲 烷/氢作为补充冷源。 经冷箱回收冷量后的氢气 去甲烷化反应器，脱除氢气中 CO。 甲烷化后的湿氢 气 又 分 为 两 部 分， 一部分直接去裂解汽油加氢 单 元，另一部分去氢气干燥器。 干燥后的干氢气，一部 分供给乙炔加氢反应器、MAPD 加 氢 反 应 器， 其 余部分输出到界区外。

3 存在问题及原因分析
实际运行过程中，新冷箱侧运行参数与原设计 值偏差较大，新 冷 箱 氢 气/甲烷分离罐温度高，设 计 值为-164℃，实际运行值为-140～-150℃[2]。 经制造 厂家与设计 人员分析发现，新冷箱系统低压甲烷的 管路设计阻力降偏大， 导 致 氢/甲 烷 节 流 后 温 度 达 不到要求， 因此新冷箱产出的氢气纯度仅有 88%～ 91%，一直未达到设计要求(95%)。 为保证氢气产品 纯度，新冷箱产出的氢气只能并入燃料气系统。 同 时，由于装置改扩建后负荷增大，而 制 冷 系 统 能 力 未进行相应增加改造，为了保证老冷 箱的氢气温度 及 纯 度，被迫增加了老冷箱氢气节流的用量，以 弥 补甲烷/氢分离所需冷量的不足。 上述原因导致大量氢气并入到甲烷中用作燃 料，氢气回收率较低，设计值为 82%，实际运行值仅 约 24%； 氢气收率设计值为 0.73%， 实 际 值 只 有 0.3%左右。

4 采取措施
4.1 优化操作
从北京中惠普氢气发生器产氢过程及自身耗氢两个方面入手，对 装置操作进行优 化。 在提高乙烯装置氢气收率方 面，通过开展提高氢气收率攻关工作，优 化 工 艺 调 整，装置氢气收率有所提高，近 些 年 主 要 开 展 了 以 下工作：
① 增加新冷箱氢气并入甲烷化反应器调节阀 FV2306。此调节阀投用后，通过优化新冷箱操作，在 新冷箱负荷大于 12t/h、 氢 气/甲 烷 分 离 罐(FA1307) 温 度(TC2302)低 于-155℃时，将新冷箱氢气部分 并 入甲烷化反应器， 减少氢气节流并入甲烷的量，提 高氢气收率。
② 增加氢气外送新线及压力 控制调节阀 (PC2322)。 原氢气外送线直径为 50.8mm，且为手动 控制，不能满足外 送和操作需要。 原氢气管线外送 设 计 量 为 201kg/h，装 置 生 产 氢 气 约 450kg/h，新 增 氢气外 送 线 直 径 为 101.6mm，投用后通过控制冷箱 压 力，调 节 PC2322，将富裕氢气及时外送 ，避 免 压 力波动时氢气并入燃料系统， 从而提高氢气收率。 投用后，氢气及时外送，氢气收率再次增加。
③ 积极优化裂解 原 料， 通过轻重石脑油分储 分 炼，引 入 轻 烃(丙 烷)、歧 化 尾 气 、富 乙 烯 气 、富 乙 烷气等轻质原料，增产氢气。 装置原始设计工况 为 全石脑油工况， 石脑油裂解 后 裂 解 气 中 H2 含 量 校对 较 低，为提高裂解气中氢气含量，近 几 年 不 断 提 高原料中轻质原料的比例。

5 结语
炼化一体化企业氢气平衡对企业的效益及稳 定生产意义重大，该企业乙烯装置通过采取一系列 优化操作及相应技术改造措施后，氢 气收率明显提 升。 相同投油工况下，乙烯装置冷箱氢气回收率由 51.22%提 高 到 63.8%， 氢气收率提高到 0.91%，月 产 量(按 30d 计 算)达 到 479.52t。 氢气产量增加了， 不仅仅是经济效益可观，而且对企业氢气供需平衡 至关重要。 尽管目前氢气收率有了明显的提高，但是随着乙烯装置原料轻质化程度加深，裂解气中氢 气含量 增 加，受目前甲烷化反应器处理能力的影响，制约了氢气收率的进一步提高。 下一步企业将充分发挥一体化优势， 结合各产氢装置的情况考虑整体 优 化、采用新技术等措施，进一步增产氢气，提高氢气收率。