0 前言

在炼油企业石油炼制加工过程中，催化裂化、加氢裂化、催化重整、异构化等装置产生的炼厂气总量可占石油总加工量的5%左右，炼厂气中包含了大量具有较高价值的氢气，但其中很大一部分被排入瓦斯管网，作为相对价值较低的燃料气，造成了资源的极大浪费。加氢工艺是油品实现脱硫、烯烃饱和、降低芳烃含量、满足国家新标准的有效手段，氢气已经成为炼油企业提高轻油收率、改善产品质量不可缺少的基本原料，氢气成本也成为炼厂原料成本中仅次于原油的第二位成本要素。氢气成为影响炼油工业生存发展的资源，对于炼油企业的提质增效而言，提高炼厂气中氢气的利用率日益重要。因此，对炼厂气中的氢气进行回收，提高炼油企业氢气产量意义重大[1-2]。

1.1.1 天人合一。在古代，建造园林不是单纯地建造山水和建筑，而是在创作一个与大自然和谐统一的景观。古典园林是造园者对人生态度的体现，是古时文人士大夫人文精神的体现。

1 氢气平衡及回收氢气资源必要性

1.1 炼厂氢气来源

洛阳石化氢气来源主要有70万t/a重整装置(氢气纯度90%以上)，40 000 Nm3/h制氢装置变压吸附(Pressure Swing Adsorption，PSA)单元(氢气纯度99%以上)及芳烃部PSA单元等3套装置(氢气纯度99.9%以上)。其中，重整装置提供自产氢气约45 000 Nm3/h；制氢装置由于转化炉能耗高现只投用了后续的PSA单元，目前产氢量为5 000～9 000 Nm3/h；芳烃部PSA单元产氢量约为3 000 Nm3/h。依据洛阳石化目前的生产情况，还需外购氢气15 000～20 000 Nm3/h才能满足生产需求，实现全厂氢气平衡。洛阳石化氢气产量情况(2017年12月数据)，见表1。

式中：Ii表示省域i的机场干线影响度，aij表示省域i内的机场j的等级赋值(见表1)，考虑到省(直辖市、自治区)间机场数量差异，采用省(直辖市、自治区)区域面积对等级加和指标进行修正，Si表示省域的面积，bij表示省域i内的机场j的吞吐量，ni表示省域i内的机场数量。

 

表1 优化前氢气产量

  

产氢装置产量Nm3/h氢纯度%重整装置42 99490制氢装置5 07099化工部PSA2 54099.9外购氢气16 41699.99合计67 020

1.2 氢气资源回收的必要性

随着加工原油性质变差以及油品质量升级，洛阳石化对氢气的需求将进一步增加，在自产氢气无法满足生产需求的情况下，增大外购氢气量将成为必然趋势。这不仅会大幅度提高原油加工成本，给企业的经济效益带来影响，还会使正常加工过程中的不可控因素增多，特殊情况下缺少保证临氢装置平稳运行的调整手段。因此，对炼厂气中氢气资源进行回收利用更是显得尤为重要。

气柜低压瓦斯气经压缩机增压在二催化脱硫设施脱硫后并入系统高压瓦斯管网，直柴加氢低分气和蜡油加氢低分气改至增上的脱硫设施后，蜡油加氢脱硫塔T5105处理量富余，将部分气柜低压瓦斯气改至蜡油加氢T5105进行脱硫后，进入制氢PSA装置对氢气进行回收。

2 氢气资源优化利用

2.1 提高芳烃装置PSA单元氢气产量

芳烃装置PSA单元氢压机出口压力偏低制约了其氢气产量，通过对芳烃装置内部氢气流程进行优化改造，实现芳烃装置内部氢气管网压力降低至3.0 MPa，同时将芳烃PSA自产氢气后路改至直供芳烃装置用氢，稳定芳烃PSA氢压机组运行，为提高芳烃装置PSA负荷创造条件。自产氢气富余时可将氢气外送至系统氢气管网，自产氢气不够时可由系统氢气管网对芳烃装置用氢进行补充。改造后芳烃装置PSA单元将一催化装置部分干气并入原料气，处理量由8 000 Nm3/h提高至12 000 Nm3/h，多回收氢气约1 300 Nm3/h，实现芳烃装置PSA单元效益最大化。

2.2 优化制氢装置PSA单元原料供应

制氢装置PSA单元原料气中含有部分低含氢、高含烃的干气组分，如直柴加氢和蜡油加氢装置的汽提塔顶干气、催柴加氢T3302塔顶干气等，这3股干气量总量达到3 700～4 000 Nm3/h。将这3股干气增加专线全部改出制氢PSA，进行轻烃回收后进高压瓦斯管网。直柴加氢和蜡油加氢低分气由原有的富氢气体脱硫设施中分离出来，改至增上的低分气脱硫塔进行脱硫，压力按2.6 MPa控制，脱硫后干气直接进制氢PSA进行处理，可释放原料气压缩机和脱硫设施的处理能力，提高吸附塔等设备的加工负荷。

制氢装置PSA单元原料气经优化后，进料量减小至4 450～5 750 Nm3/h。根据实际生产可补充11 250～12 550 Nm3/h的富氢气体作为原料气，具体为部分一催化干气和气柜瓦斯气。优化后将制氢装置PSA单元总处理量提高至25 000 Nm3/h，进而提高氢气产量。

2.3 脱硫设施调整

洛阳石化重整装置目前已经超设计负荷运行，难以再提高氢气产量。芳烃部PSA单正常运行且原料气处理量仍有富余，但芳烃PSA氢压机设计出口压力为3.58 MPa，氢压机组长期处于卡边工况下运行致使氢气产量受限。制氢装置PSA单元吸附塔等设备加工能力还有富余，但受到原料气压缩机及脱硫设施处理量的限制致使氢气产量受限。因此改善芳烃部PSA运行工况和优化氢气管网流程，提高制氢PSA处理量成为了洛阳石化目前提高氢气产量的最优途径。经过分析发现制氢PSA原料气中的蜡油加氢低分气及柴油加氢低分气压力均能达到2.6 MPa，将这两股物料进行回收，经过单独的脱硫设施脱硫后不需要经过原料气压缩机增压就可以直接进入制氢PSA进行处理，此两股物料正常流量约为8 000 Nm3/h。之后再补充部分富氢气体作为制氢PSA原料，就可以提高制氢PSA负荷达到多产氢气的目的，从而减少外购氢气量，节约企业加工成本。

2.4 提高制氢装置PSA单元氢气产量

根据中华人民共和国机械行业标准 (1993) JB /T6275-92《甘蔗收获机械试验方法》[9]对甘蔗收获系统进行测试， 主要包括 3个方面： ①甘蔗收获机作业性能测试,测定甘蔗破头率、 损失率和含杂率； ②收获机组系统的性能测试, 测定油耗和生产效率；③凯斯7000与凯斯4000的性能对比试验。

将低分气、贫氢干气改出制氢装置PSA单元之后，将部分一催化干气和气柜瓦斯气改进制氢PSA原料气压缩机C6101A/B入口，装置原料气处理量增大后解吸气量也随之增大，增加1台解吸气压缩机，并将升压后的解吸气送至轻烃回收装置。

2.5 配套系统优化改造

中国改革开放40年来的农村扶贫开发，是在从计划经济体制转向社会主义市场经济体制、从传统农业社会转向工业和现代化社会的双重转型重叠期，在中国既有的政治、经济、社会和文化基础上，由党和政府规划、领导、协调和支持，贫困人口通过自身的努力增加收入、提高福祉与发展能力、提高分享国家改革和发展成果能力，进而实现脱贫致富的过程。改革开放以来，中国农村扶贫开发取得了举世公认的巨大成就，7亿多农民摆脱了贫困，创造了世界减贫史上的一大奇迹，被国际社会广泛视为人类社会扶贫的一个成功样板。与此同时，扶贫开发，也成为中国道路、中国经验和中国发展模式的重要组成部分。

3 工艺流程优化及效果

将来自蜡油加氢和直柴加氢的低分气合并后进入新增的低分气分液罐进行分液，分液后的混合气进入新增低分气脱硫塔中脱硫。脱硫溶剂自蜡油加氢贫胺液罐来，经新增的贫胺液泵输送至新增低分气脱硫塔。塔顶脱硫低分气并至制氢装置压缩机C6101出口，随其他升压后的富氢干气一并进入空冷器A6101冷却后进入制氢PSA生产氢气。塔底富胺液并至富胺液闪蒸罐进行闪蒸。

对部分制氢PSA吸附剂进行更换，更换后经过半年以上的运行观察，吸附剂没有出现粉化现象。以此判断更新后的吸附剂和原有的吸附剂都没有出现性能恶化影响装置吸附效果的情况。因此改变原料气组成和流量后，经详细计算确定吸附流程采用逆放时间和冲洗时间更长的10-2-4变压吸附工艺技术，再对实际生产的控制参数和操作时间进行优化，保证了吸附剂再生时的传质效果和再生更彻底，氢气回收率更高，就可以达到产氢量12 000 Nm3/h的要求。

根据氢资源优化利用原则并结合现有制氢装置PSA单元运行状况，总处理量提高至25 000 Nm3/h，其中原有低分气脱硫部分处理量为8 000 Nm3/h。在装置满负荷运行不再更换吸附剂，既可维持现有生产现状又能兼顾中变气流程的情况下，氢气回收率约为77%，最多可回收氢气12 445 Nm3/h(纯度≥99%)，解吸气12 555 Nm3/h，物料平衡情况见表2。优化项目实施后多产氢气8 675 Nm3/h，即减少外购氢气8 675 Nm3/h，氢气产量情况(以2017年12月数据为基础)见表3。

 

表2 物料平衡表

  

项目原料气组成/%气量/Nm3·h-1产品氢气组成/%气量/Nm3·h-1解吸气组成/%气量/Nm3·h-1H264.51 16 128 99.79 12 418 29.54 3 709 N25.551 388 0.11 14 10.94 1 374 O20.3895 0.08 10 0.68 86 CH410.162 540 0.02 3 20.21 2 537 C2H69.042 260 0.00 0 18.00 2 260 C2H42.19548 0.00 0 4.36 547 C3H83.12780 0.00 0 6.21 780 C3H60.45113 0.00 0 0.90 112 C4H102.105260.00 0 4.18526C5+1.67418 0.00 0 3.33 418 CO0.3383 0.00 0 0.66 82 CO20.1435 0.00 0 0.28 35 H2O0.3690 0.00 0 0.72 90 合计10025 00010012 44510012 555

 

表3 优化后氢气产量

  

产氢装置产量Nm3/h氢纯度%重整装置42 99490制氢装置12 44599化工部PSA3 84099.9外购氢气7 74199.99合计67 020

4 结语

将廉价的瓦斯气回收转化为价值较高的氢气，提高氢气利用率，降低外购氢气量，增加企业经济效益。减少瓦斯气中的氢气可增加瓦斯气的燃烧热值，提高瓦斯管网的稳定性和加热炉系统的安全性。氢气资源的回收提高了重整装置、制氢装置PSA单元的操作弹性，并能满足新增氢气需求量，减少制氢成本。

参考文献：

[1] 张清新,杨兴,于思江.炼厂氢气网络的夹点分析及优化[J].炼油技术与工程,2012,42(11):1-5.

[2] 王萍,吴昊鹏,徐以泉.加氢型炼厂富氢尾气回收氢气技术[J].中外能源,2016,21:78-82.