制氫裝置設計及改造情況

PAGEPAGE5制氫裝置設計及改造情況1、大連西太平洋石油化工有限公司制氫裝置規(guī)模為6×104Nm3/h。兩套加氫、脫硫、轉化爐、中變采用國內(nèi)技術；凈化系統(tǒng)為變壓吸附法，技術為德國林德（Linde）公司專利，引進控制計算機、成套閥門、管線、儀表和吸附劑，吸附罐為國內(nèi)制作，林德公司制造技術。設計單位為中國石化北京設計院。本裝置由下列五部分組成：原料油干法加氫、脫硫部分轉化及相應對流段熱回收部分中溫變換及變換氣換熱冷卻部分PSA中變氣凈化部分開工及循環(huán)氫壓縮機及酸性水汽提部分裝置的加氫、脫硫、轉化、中變過程采用兩個系列。PSA部分則為一個系列。原料設計時以輕質油（重整拔頭油或輕石腦油）為主，同時應用少量液化氣和ARDS裝置弛放干氣。98年7月至今，由于重整裝置停工未開，制氫原料改為重整精制油。產(chǎn)品純度為H2>99.9%。產(chǎn)品主要供常渣油加氫脫硫（ARDS）裝置、蠟油加氫精制裝置及煤柴油加氫精制裝置、聚丙烯用。施工圖設計于1992年12月末完成，1995年末基本建成，1997年7月正式投產(chǎn)。1998年2月經(jīng)標定達到設計規(guī)模，生產(chǎn)穩(wěn)定，質量良好。2.生產(chǎn)裝置工藝原理本制氫工藝采用以輕質油(重整拔頭油或輕石腦油)為原料．經(jīng)干法加氫、脫硫后與水蒸汽混合，經(jīng)催化劑轉化產(chǎn)生H2、CO及CO2。轉化氣再經(jīng)中溫變換將CO與轉化氣中水蒸汽反應成CO2同時再產(chǎn)生部分H2。中變氣經(jīng)換熱、冷卻分液后進往PSA吸附部分脫除中變氣的CH4、CO和CO2，生產(chǎn)純度為999％(v)的氫。RS+H2→R+H2SH2S+ZnO→ZnS+H2OR+H2O→CH4+CO+CO2CH4+H2O→3H2+CO-QCO+H2O→H2+CO2+Q3.生產(chǎn)裝置工藝流程詳述本裝置設計原料主要是重整拔頭油，工藝流程大致可分為五部分：（設計條件）（1）原料脫硫部分（分A、B兩系列，以A系列為例，下同）40℃的重整拔頭油自裝置外進原料緩沖罐D-101，經(jīng)原料泵P-101/1升壓至4.0MPa。升壓后的原料油與從配氫壓縮機K-101/1來的3.9MPa的氫氣（或ARDS裝置干氣、富氫）混合進入中變氣-原料油蒸發(fā)器E-104（管程），換熱至360℃后進加氫反應器R-101（入口壓力約3.35MPa）。在加氫反應器內(nèi)將原料中的有機硫轉變成無機硫，同時將原料中的少量烯烴飽和。R-101出來的約3.25MPa、360℃的加氫后的氣體進入兩臺串聯(lián)的氧化鋅脫硫反應器R-102/1.2（設計流程中考慮了兩臺反應器可串、可并的操作）。經(jīng)氧化鋅脫硫后的氣體中含硫量由約100PPm（V）降至0.3PPm以下，出口氣體壓力為3.15MPa。（2）轉化及變換部分：經(jīng)脫硫合格的氣體（烯烴含量1%（V）以下，含硫量0.3PPm以下），與3.50MPa蒸汽混合后進入轉化爐F-101原料預熱段，正常操作水/碳比控制在3.7~4：1（mol/mol），進入原料預熱段前溫度為415℃，經(jīng)預熱段后溫度為500℃，壓力為3.05MPa，進入轉化爐F-101輻射段（轉化段），轉化管內(nèi)上下分別裝有Z-402/Z-405G催化劑，各裝一半。轉化爐出口溫度725-800℃，壓力2.70MPa（絕），碳空速約為890時-1，殘余甲烷含量3-7%（V）。自轉化爐管出來的轉化氣，經(jīng)轉化氣廢熱鍋爐ER-101回收熱量，轉化氣溫度由800℃降至350~370℃，進入中溫變換反應器R-103，選用B-113催化劑，開工初期催化劑活較好，溫度控制在低限約340℃，末期可提高到380℃，出口溫度≯420℃，CO含量1-3%（干）。自R-103出來的中變氣經(jīng)E-104（中變氣-原料油蒸發(fā)器），E-103（1.0MPa蒸汽過熱器），ER-102（1.0MPa蒸汽發(fā)生器），E-102/1.2（中變氣-除氧水換熱器）換熱至164℃進入D-111（中變氣第一分液罐），將冷凝液分離后進入E-101（中變氣-除鹽水換熱器），出口溫度146℃進D-112（中變氣第二分液罐），分出冷凝液后，經(jīng)EC-101/1~6（中變氣空冷器）及D-113（中變氣第三分液罐）分液后進入E-105（中變氣水冷器）冷卻至40℃經(jīng)D-114（中變氣第四分液罐）分液后進入PSA系統(tǒng)。（3）轉化及變換部分所用鍋爐水及蒸汽系統(tǒng)：鍋爐用除鹽水自外部送來經(jīng)E-101溫度升至104℃進入脫氧槽D-108，用泵P-102/1（鍋爐給水泵）抽出進入E-102/1.2，出口溫度180℃，分成兩部分，一部分進入低壓汽包D-107及ER-102，發(fā)生1.0MPa蒸汽。蒸汽再經(jīng)E-103過熱至250℃進入1.0MPa蒸汽管網(wǎng)。另一部分直接進入中壓汽包D-103及轉化爐廢熱鍋爐ER-101。轉化氣廢熱鍋爐和煙道氣廢熱鍋爐均為自然循環(huán)式；產(chǎn)3.50Mpa、243℃的飽和蒸汽自汽包引出進入轉化爐F-101的蒸汽過熱段，過熱至435℃后分成兩部分，一部分（46.04t/h）與原料氣混合，另一部分作為外供蒸汽出裝置。（4）氫氣凈化部分（兩個系列合用一套）：自A系列、B系列來的中變氣混合后進入PSA系統(tǒng)，進口壓力為2.1MPa，氫氣回收率88%，出口氣體即為產(chǎn)品氫氣,其余為尾氣。尾氣去兩列轉化爐用于燃料，不足的用瓦斯，燃燒后的煙道氣放大氣。具體情況見表（一）（5）酸性水處理系統(tǒng)：自中變氣第一、二、三、四分液罐分出的CO2酸性水（兩系列合在一起）進酸性水汽提塔C-101，用1.0MPa蒸汽汽提后進E-108（酸性水-熱水換熱器）冷卻至80℃進泵P-104升壓后進E-107（酸性水冷卻器），降溫至40℃送往全廠脫鹽水罐。PSA工藝原理變壓吸附工藝是一個物理吸附的過程，以氫和氦為代表的具有高揮發(fā)性低極性分子，與其它分子如CO2、CO、N2、烴類相比，沒有吸附性能。由此絕大多數(shù)的雜質在粗氫原料中被選擇吸附，從而得到高純度的產(chǎn)品氫。2.1概述變壓吸附工藝工作于兩個不同的壓力等級。吸附雜質是在高壓下完成的，雜質被吸附在吸附劑上。解吸或再生是在低壓下完成，以便盡可能降低雜質在吸附劑上的吸附，從而達到高的產(chǎn)品氫純度，PSA在吸附與解吸時，吸附劑上承載的雜質數(shù)量相差越大，PSA的氫收率越高。此工藝過程在常溫下進行，再生步驟無須熱量，因為吸附過程只有少量放熱，解吸和泄壓過程中有少量吸熱，所以整個工藝過程只有輕微的溫度變化，吸附劑不會因為熱量的影響而導致失活，所以會有極長的使用壽命。2.2吸附和再生循環(huán)周期PRESSURESWINGADSORPTION（PSA）裝置是為連續(xù)提純粗氫而設計的，盡管PSA工藝過程從表面上看是連續(xù)的過程，實際上它是由多個并列運行步位組成的不連續(xù)過程?？偠灾?，每一個吸附器都按照一定的規(guī)律循環(huán)進行，以完成變壓吸附工藝過程。變壓吸附工藝過程基于兩個基本步驟，吸附和解吸，而解吸步驟是由一連串子步驟組成：由高壓過渡到低壓：“泄壓”、“提供吹掃”和“排放”。在低壓下“吹掃”。由低壓轉換到吸附壓力：“升壓”。吸附分離工藝是連續(xù)提供產(chǎn)品氫的過程，它是由多個裝滿吸附劑的壓力容器、相互連接的管道以及各自的控制閥組成。在操作過程中，至少一個吸附器處于高壓吸附狀態(tài)，從原料氣中分離雜質，與此同時，另外的吸附器在進行再生?？刂瞥绦虮ＷC了工藝過程的有序進行，按要求切換處于吸附狀態(tài)的吸附器，使雜質絕不會通過吸附器竄入產(chǎn)品氫，因此程序必須確保有吸附器處于吸附狀態(tài)時，另外的吸附器能夠得到充分的再生和升壓，以取代處于吸附步位即將達到雜質承載能力的吸附器。吸附原料氣自吸附器底部至頂部穿過，如CO2、烴、CO等雜質被選擇吸附在吸附劑表面。提純后的產(chǎn)品氫自吸附器頂部排到產(chǎn)品氫總管。由于該系統(tǒng)盡量利用殘留在吸附器中的氫氣（在吸附步位后）來均壓、升壓和給其它吸附器提供吹掃氣，因此，PSA系統(tǒng)在氫氣利用方面有很高的效率。在吸附過程中，產(chǎn)品氫純度保持穩(wěn)定，在吸附周期結束時，產(chǎn)品氫中開始有微量雜質，這表明吸附器已經(jīng)吸附滿了雜質，需要進行再生。再生吸附器在吸附步位吸附滿了雜質后，再生分四個基本步驟進行：吸附器按照原料氣流向泄壓到較低壓力，利用該吸附器儲存的氫氣給其它的吸附器升壓或吹掃。吸附器逆向泄壓，排放至尾氣，（供吹掃步位、排放步位），除掉吸附劑上的雜質。利用供吹掃步位吸附器提供的氫氣或氫氣總管的純氫吹掃該吸附器，除掉吸附劑上殘留的雜質。吸附器利用均壓步位提供的純氫或者氫氣總線的純氫逐步升壓到吸附壓力。2.3產(chǎn)品氫符合設計規(guī)范要求的高純度氫氣從吸附器頂部排入產(chǎn)品氫線。產(chǎn)品氫壓力等于原料壓力減去PSA單元的壓力損失。2.4尾氣尾氣在尾氣系統(tǒng)中進行混合，使尾氣組成、流量和壓力穩(wěn)定。尾氣系統(tǒng)由兩個尾氣罐，調(diào)節(jié)流量壓力和分子量的控制器組成。2.5工藝條件對PSA裝置的影響PSA加工能力表示在給定的操作條件下，所能加工的原料氣量。氫收率是產(chǎn)品氫量與原料氣中氫總量的百分比。以下是對吸附能力和氫收率有影響的主要工藝條件。原料氣加工能力與吸附壓力的關系氣體組分如CO、CO2、CH4、C2等，在吸附劑上的吸附量隨著吸附壓力的增加而增加，因此吸附能力隨著吸附壓力的增加而提高，隨著吸附壓力降低而減少。氫收率與吸附壓力的關系通常情況下，氫收率隨著吸附壓力升高而提高，隨著吸附壓力的降低而降低。原料起訖加工能力與解吸壓力的關系吸附了雜質的吸附器隨著壓力的降低得到了再生，解吸壓力越低再生效果越好，如果解吸壓力升高，殘留在吸附劑上的雜質的量也升高，結果，吸附能力也隨之降低。因此，吸附能力隨著解吸壓力的降低而升高，隨著解吸壓力的升高而降低。氫收率與解吸壓力的關系在通常情況下，氫收率隨著解吸壓力的降低而升高，隨著解吸壓力的升高而降低。2-4原料加工能力與吸附溫度和解吸溫度的關系吸附劑對原料加工能力隨著原料溫度上升而降低，但是較高的原料溫度會有較好的吹掃效果，最佳的PSA運行溫度是15-40，較高的溫度是允許的，但是隨著溫度的上升，會降低吸附能力，應當避免吸附溫度低于10，溫度與吹掃效果成反比。等溫曲線隨著溫度上升而降低，吸附和解吸在壓力下，影響效果是裝載量有較低的差別。以下圖表解釋這種效果。原料氣組分吸附器吸附能力取決于被吸附氣體的種類與總量，原料氣組成的影響可分為以下種類：注意要絕對避免原料氣中的液體，因為液體會損壞吸附劑。產(chǎn)品純度吸附能力總是隨著產(chǎn)品純度升高而降低，隨著產(chǎn)品純度降低而升高LINDE-PSA專家培訓總結PSA開車新舊區(qū)別：PSA舊版開車有自動均壓功能，而在新版中，此功能被取消。我們認為此功能有兩點好處：A.此功能能使PSA自己調(diào)整各吸附器壓力，盡可能的減少現(xiàn)場手動調(diào)整需要的時間和現(xiàn)場閥門開關所帶來的不必要的麻煩。B.PSA自身壓力調(diào)整也是對各電磁閥的再次檢驗，對于判斷故障閥門很有必要?；谝陨蟽牲c，我們征求LINDE專家意見，他也認為舊版此項功能很有必要，我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予答復。PSA新版開車規(guī)程增加產(chǎn)品氫總管壓力低無法開車，此項鎖定，我們認為很有必要，保證PSA開車產(chǎn)氫后由于產(chǎn)品氫總管壓力低而產(chǎn)生的波動，這對PSA開車時的穩(wěn)定運行很有必要。PSA邏輯聯(lián)鎖新舊的區(qū)別：PSA新版的停車聯(lián)鎖邏輯中，吸附壓力高高聯(lián)鎖已摘除，LINDE專家并未給予合理的理由加以解釋，我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予合理和充分的解釋。PSA新版的PSA壓力高高的停車聯(lián)鎖邏輯中，壓力取點PSH04A、PSH04B值＝0.18MPa為二取一，而舊版壓力取點為二取二，即表明舊版在壓力取點兩點都報警時才聯(lián)鎖，而新版在壓力取點有一點報警時就聯(lián)鎖，我們認為新版的改定很不合理，如有一點回訊錯誤或現(xiàn)場誤報警，就PSA停車，是很不合理的，我們建議應增加PI004為一壓力取點，這樣更改為三取二，這樣更改更合理。我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予更改。XA134－137的值：對應書中（7.1）步驟過渡條件XA134PS0022#RO＞PS0020.2MPaXA135PS0044#PP1＜PS0041.0MPaXA136PS0044#PP2＜PS0041.0MPaXA137PS0044#PP3＜PS0041.0MPa即2號閥前后差壓大于0.2MPa，2號閥門無法打開，4號閥前后差壓大于1.0MPa，4號閥無法打開。而舊版4號閥前后差壓大于0.4MPa，4號閥門無法打開。我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予合理解釋。在這期間我們要求PSA操作員，盡可能在4號閥前后差壓大于0.4MPa，不要打開4號閥，保護吸附劑和低壓系統(tǒng)超壓。PSA進料氣溫度有高高和低低聯(lián)鎖，值為15～45℃，如現(xiàn)場回訊故障，PSA專家指出新版PSA會在此情況下，停車。我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，希望在此情況下，溫度保持回訊錯誤前狀態(tài)，保證PSA穩(wěn)定運行，避免誤停車。相對進料氣壓力如果回訊錯誤，就不會出現(xiàn)停車。我們希望公司同意此聯(lián)鎖切旁路，如溫度回訊有誤，以DCS的TI2857A/B為準?；静僮鱈INDE專家介紹PSA正常操作如進料氣和產(chǎn)品氫用量穩(wěn)定，不需要調(diào)節(jié)PSA各閥門，只有操作悉數(shù)可以由PSA操作員調(diào)節(jié)，操作悉數(shù)調(diào)節(jié)范圍在0.5～1.5，步位時間》25S。舊版PSA程序在吸附床E1和R1步位均壓時，E1步位的5號閥門是調(diào)節(jié)器控制的，而R1步位的5號閥門是全開的，而現(xiàn)在新版的PSA兩閥門開度比為：R1/E1=1.5，此改動也適用于其他的E和R步位。此項改動極大的增加了判斷現(xiàn)場電磁閥故障的難度和對各電磁閥要求更高，我們建議改回舊版的控制方法。我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部給予解決。舊版PSA吸附床在PSA操作員給予手動離線請求后，在當時步位結束后，立即離線。而新版PSA吸附床在PSA操作員給予手動離線請求后，PSA程序會在一個合適的步位離線。此項改動，以保證產(chǎn)品氫純度及進出物料平穩(wěn)，減少系統(tǒng)壓力波動。但不利于對有故障閥門的吸附床離線請求，如果現(xiàn)PSA程序能夠判斷出故障閥門，伴隨床層偏差報警，在步位結束時，自動離線的話，此項改動是對減少系統(tǒng)波動極為有利的。據(jù)PSA專家介紹，PSA吸附劑正常使用壽命在10年，科威特一家煉廠使用15年。影響PSA吸附劑壽命的因素有：a.閥門故障引起大量氣流穿過吸附劑；b.進料氣溫度、流量、壓力、組成超標；c.產(chǎn)品氫中雜質超標。針對目前大量的床層偏差報警，而無閥門故障報警。LINDE專家介紹，舊版判斷閥門故障，閥門延遲時間為全是15S。升級后，1號、2號閥門延遲時間為5S，其余閥門為10S。并針對目前情況，更改為1號、2號閥門延遲時間為3S，其余閥門為5S，就這次改動，由于現(xiàn)還沒有閥門故障報警和床層偏差報警，還無法判斷是否有效。但我認為無法解釋舊版PSA多是閥門故障報警，而目前即使出現(xiàn)床層壓力偏差報警，還沒有閥門故障報警。希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予合理充分的解釋。就上次7號床上線后，產(chǎn)品氫中CO含量超標的問題，我們詢問了LINDE專家，專家也表示非常不理解，只是反復強調(diào)有可能吸附床在上線前，置換的不到位，但在我們重申幾次上線前都置換2～3次后，并且各電磁閥都聯(lián)校沒問題后，同樣表示困惑。希望專家?guī)Щ豅INDE總部，給予合理充分的解釋。就目前，大量的報警無聲光報警的情況，并且無打印機收集報警信息和其他數(shù)據(jù)，LINDE專家告知PSA與DCS傳送通道只有6條，無法實行聲光報警?，F(xiàn)PSA畫面和各報警細目及各曲線可保存在硬盤中，已指導儀表人員學會此項功能。只是由于是WINDOWS-NT操作系統(tǒng)，無法連接打印機。我們希望專家?guī)Щ豅INDE總部，解決打印機問題。即可解決無聲光報警問題，也可解決數(shù)據(jù)收集問題。最后我們需要LINDE總部給予我們10月26日及11月2日兩次PSA停車事故以合理的解釋以及類似事故的判斷及解決方案。2004年10月26日制氫PSA停車技術分析事件經(jīng)過：2004年10月26日4:38制氫PSA出現(xiàn)1#吸附床一次均壓壓力偏差報警,而偏差的原因無報警(應為1#床5#閥開故障報警);期間出現(xiàn)10#床、5#床等多次壓力偏差報警；到5:45PSA進料中斷，PSA系統(tǒng)壓力紊亂(PSA不進料、不產(chǎn)氫)，5:52操作人員手動停PSA；事件處理：PSA停車后，按照PSA停車事故處理預案進行事故處理，將瓶站氫氣改向PP，關所有轉化爐大燒嘴，兩列造氣降荷操作，查找PSA停車原因，6:31PSA開車正常,逐步恢復產(chǎn)氫;事件原因:此次PSA停車起因是1#床5#閥開故障所導致;根本原因是PSA程序問題：4:38出現(xiàn)第一次吸附床壓力偏差報警原因是:1#床在結束吸附步位時，應該打開5#閥進行一次均壓E1，實際上1#床5#閥根本未開到應開的位置、時間（見PSA運行曲線）；導致進行二次均壓時10#床壓力高，出現(xiàn)第二個壓力偏差；此時,如果PSA程序能夠執(zhí)行壓力偏差與閥門故障報警而將1#床自動離線,將不會導致其它故障及PSA停車,實際未執(zhí)行;期間又出現(xiàn)的多次壓力偏差均與1#床5#閥開故障有關;5:451#床結束吸附步位后，同樣應該打開5#閥進行一次均壓E1，實際上1#床5#閥根本未打開（見PSA運行曲線）,導致接受其一次均壓的5#床在完成一次升壓R1后自身壓力很低,在接下來的步驟R0步位進行產(chǎn)品氫升壓時,消耗大量的產(chǎn)品氫,且遲遲不能升到吸附步位所需的壓力(1.96MPA以上),所以出現(xiàn)R0步位升壓延時報警;由于5#自身壓力即使在R0步位后仍很低（只有1.6MPA）,導致即將與其同時進入吸附步位的9#床1#、2#閥前后出現(xiàn)限制差壓(差壓大于0.2MPA)，自動離線；此時PSA已停止進料(見報警明細幾PSA運行曲線)。此次事故暴露問題:應該發(fā)出的報警未發(fā)生；（象1#床5#閥開故障是壓力偏差報警的原因，而并未出現(xiàn)報警）；6：31PSA6個床開起后，出現(xiàn)產(chǎn)品氫大幅度波動，期間為4#床進入吸附步位，現(xiàn)場確認為1#閥未開，而并為發(fā)生閥門故障報警；應該執(zhí)行的程序未執(zhí)行；（象具備壓力偏差與閥門故障的1#吸附床應該執(zhí)行自動離線，實際并未執(zhí)行）大量報警無聲光提示,且不與DCS連接,對發(fā)現(xiàn)事故