工业领域绿色低碳技术应用案例9 富氢气流（低分气）进PSA单元优化项目.docx

案例9富氢气流（低分气）进PSA单元优化项目主要完成单位：中国石油化工股份有限公司洛阳分公司主要完成人员：王明东、邓朝阳、崔欣、匡巍巍、郭嘉辉、苗小师、王家富氢气流通常是指气体中氢气浓度较高（通常高于空气中氢气浓度）的气流，常作为还原剂、氢源或燃料气体使用于石油加工、金属加工、电子制造、化学合成等工业用途或能源生产环节，对于提高生产效率、改善产品质量、实现特定的化学转化等方面具有重要意义。一、项目背景氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的能源。在炼厂重油加工的过程中，氢气通常作为原料参与反应，旨在除去原油中的S、N等杂质，以生产出清洁汽煤柴等产品。然而，实现氢气的经济环保利用却并不容易。在炼化企业中，氢气外购价格较高，且可采购氢气大部分为工业炼焦副产氢（即碳排放系数较高的“灰氢"），不符合工业绿色低碳发展的战略方向，因此有必要做好氢气利用优化。诸如蒸汽重整法、部分氧化法等传统工艺虽然能够高效地转化为氢气，但同时也产生了CO等有害气体，且与炼厂重油加工的工艺适配度低；而电解水法需要大量的电能，且需要考虑所使用的是否为绿色电力，使得其面临着高能源成本或高碳排放的两难选择。相较于传统工艺，变压吸附法（PressureSwingAbsorption,简称PSA）能够从富氢气流中回收或提纯氢，具有高效纯度调控、能源效率高、适用范围广、环境影响低等优势，适用于多种不同纯度要求和规模的氢气应用场景。其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，改变操作条件可生产不同纯度的氢气。中国石油化工股份有限公司洛阳分公司开展低分气进PSA单元优化项目，旨在实现不同纯度富氢气的梯级利用，最大限度回收氢气，减少低分气直接进入干气制氢装置的转化单元、造成多余的燃动消耗。项目建设4万立/时、8万立/时PSA装置两套装置，通过将高氨气纯度的低分气直接改进4万立/时PSA,增加低分气至PSA流程，以及通过改造原料气流程、将8万立/时PSA进料中部分氢气浓度较高组分改出，实现降低转化炉等装置能耗的目的。但分气中殖的为70%,为TXIV, “时开优化PdaJlxlNLy图24万立/时PSA装置运行流程示意图二、创新点及相关技术内容创新点1:增加柴油加氢低分气至4万立/时传统的富氧气流进PSA单元的规模需求较大、单次处理需求气体量较多，且将富氧气流进PSA单元前需进行其他处理或准备工序，工艺较为复杂，成本效益水平较低。针对上述问题，项目逐步将2200mVh柴油加氢装置低分气由8万立/时PSA改进4万立/时PSAo柴油加氢低分气直接改进制氢PSA后，转化炉进料量和出口温度提高，其所产生解吸气热值升高，转化炉所消耗的高压瓦斯消耗量降低了718m3h°表1改动前后制氢装置转化炉主要参数变化-柴油项目改动前改动后差值转化炉入口流量，m3h1384014000160PSA入口流量，m3h42830450202190转化炉出口温度，C76077010转化炉消耗高压瓦斯流量，m3h1418700-718低分气直接进PSA的氢气回收率为88.27%,与进入转化单元相比有所降低，约1.7%（平均值由35.02%下降至33.32加。但是，在柴油加氢低分气直接改进PSA后，由于高压瓦斯消耗量的减少，制氢装置的产氢单位完全成本降低了1972元/吨（投入成本与产出收益的差值由15534元/吨下降至13582元/吨）。即，新工艺采取了更为直接和经济的改进方式，并取得了一定的成本效益改善。创新点2:优化渣油加氢低分气至4万立/时传统以06万立/时为代表的渣油加氢低分气处理工艺处理能力较小、加氢装置产能较低,难以适应生产规模的扩大，导致资源利用与能源消耗水平恶化，并在一定程度上降低设备运行稳定性，增大生产过程中的安全风险。针对上述问题，项目充分考虑到将渣油加氢低分气06万立/时一次性全部改进4万立/时易造成解吸气量和热值的较大变化，以及其可能对转化炉出口温度造成显著负面影响，故分两步开展系统化改造。具体而言，项目首先将4000m3渣油加氢低分气改进制氢PSA,将剩余2000m3渣油加氢低分气改入制氢PSAo渣油低分气改至制氢PSA后，其产生的解吸气热值较中变气进PSA产生的解吸气热值升高了37420kJkg,转化炉出口温度迅速升高，最高达到794C。（联锁值850C。），在现场逐步关闭小火嘴燃料气手阀开度直至全部关闭，使得转化炉所消耗的高压瓦斯消耗量降到Om3h（较改进前下降840m3h）o表2改动前后制氢装置转化炉主要参数变化-渣油项目改动前改动后差值转化炉入口流量，m3h1425014230-20制氢PSA进料总流量，r3h41740475705830柴油加氢、渣油加氢装置低分气改进制氢PSA后，由于制氢装置高压瓦斯消耗量降低，使得全厂所补液化气量大幅降低，从流程改动前的47.5/天吨降至13.2吨/天（降幅为34.3吨/天）。图3全厂补液化气量波动创新点3：优化8万立/时PSA原料气流程传统8万立/时PSA原料气流程需要对原料气进行一系列的分离、净化、富集等处理后才能得到高纯度的氢气，易面临进料负荷过大、能耗过高等问题。针对上述问题，同时考虑到流程改进后2.4MPa氢气管网的纯度较大等现实问题，项目通过调整8万立/时PSA跨线，将加氢裂化装置低分气和渣油加氢装置低分气的并入点由PSA跨线前移位至PSA跨线后，能够实现直接送重整氧气直接送至2.4MPa氢气管网，优化氢气匹配利用在8万立/时PSA界区，从而优化PSA装置的运行效率和能源利用效率，降低装置的能耗和运行成本。至8万APSA三、经验总结与推广价值富氢气流（低分气）进PSA单元优化项目经过流程优化改造，提升了加热炉进料热值，优化了氢气浓度的使用匹配水平，降低流程改动时对氢气管网、瓦斯管网的影响，保障装置平稳运行，分批进行流程改动。项目效益显著。根据中国石油化工股份有限公司洛阳分公司测算数据，项目实施后有效降低加热炉瓦斯消耗量，合计降低瓦斯消耗量L06th,按照瓦斯价格1513元/t进行计算，能够增加经济效益约119万元/月C参考IEA预测，2030年全球氢气产量有望达11574万吨，但其中仅有1400万吨产量为电解氢，工业副产氢气产量占比巨大。但是，当前国内工业副产氨气的浓度普遍较低、生产效率具备较大的提升空间，因此，推广富氢气流（低分气）进PSA单元优化项目经验具有明显的示范效用，有助于推动工业企业经济与环境效益的显著提升。