制氢装置工艺流程说明

制氢装置工艺流程说明

1.1 膜分离系统

膜分离单元主要由原料气预处理和膜分离两部分组成。

混合加氢干气经干气压缩机升压至3.4MPa，升温至110℃，首先进入冷却器（E-102）冷却至45℃左右，然后进入预处理系统，预处理系统由旋风分离器（V-101）、前置过滤器(F-101AB)、精密过滤器(F-102AB)和加热器（E-101）组成。

预处理的目的是除去原料气中可能含有的液态烃和水，以及固体颗粒，从而得到清洁的饱和气体，为防止饱和气体在膜表面凝结，在进入膜分离器前，先进入加热器（E-101）加热到80℃左右，使其远离露点。

经过预处理的气体直接进入膜分离器（M-101），膜分离器将氢气与其他气体分离，从而实现提纯氢气的目的。

每个膜分离器外形类似一管壳式热交换器，膜分离器壳内由数千根中空纤维膜丝填充，类似于管束。原料气从上端侧面进入膜分离器。由于各种气体组分在透过中空纤维膜时的溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中的相对渗透速率不同，在原料气的各组分中氢气的相对渗透速率最快，从而可将氢气分离提纯。

在原料气沿膜分离器长度方向流动时，更多的氢气进入中空纤维。在中空纤维芯侧得到94％的富氢产品，称为渗透气，压力为1.3 MPa（G），该气体经产品冷却器（E-103）冷却到40℃后进入氢气管网。

没有透过中空纤维膜的贫氢气体在壳侧富集，称为尾气，尾气进入制氢下工序。

本单元设有联锁导流阀（HV-103）和联锁放空阀（HV-104），当紧急停车时，膜前切断阀（HV-101）关闭，保护膜分离器，同时HV-103和 HV-104自动打开，保证原料气通过HV-103直接进入制氢装置，确保制氢装置连续生产；通过HV-104的分流，可以保证通过HV-103进入制氢装置的气体流量不至于波动过大，使制氢装置平稳运行。

1.2 脱硫系统

本制氢装置原料共有三种：轻石脑油、焦化干气、加氢干气（渣油加氢干气、柴油加氢脱硫净化气、加氢裂化干气）。

以石脑油为原料时，石脑油由系统管网进入，先进入原料缓冲罐（V2001），然后由石脑油泵（P2001A、P2001B、P2001C、P2001D）抽出经加压至4.45MPa后进入原料预热炉（F2001）。钴－钼加氢脱硫所需的氢气，由柴油加氢装置来，但是一般采用南北制氢来的纯氢气或由PSA返回的自产氢经压缩机加压后在石脑油泵出口与石脑油混合，一起进入原料预热炉。

以加氢干气和焦化干气为原料时，干气首先进入加氢干气分液罐（V2002），经分液后进入加氢干气压缩机（C2001A、C2001B）加压至3.8MPa，在石脑油泵出口与石脑油混合后一起进入原料预热炉。

混合后的原料（油、气）先进入原料预热炉（F2001），加热至脱硫反应所需温度（330～380℃）后（此时原料已全部汽化），进入加氢反应器（R2001），在此发生加氢转化反应，使有机硫化物和有机氯化物转化为硫化氢和氯化氢。加氢反应器下部装有脱氯剂，可将原料气中的氯含量脱至0.2PPm以下。

从加氢反应器出来的原料气进入氧化锌脱硫反应器（R2002A、R2002B），两个氧化锌脱硫反应器既能单独使用，也能串在一起使用。在此反应器里，氧化锌与硫化氢发生反应，生成硫化锌，脱硫后，原料气中的硫含量可降至0.5ppm以下。

在原料预热炉入口装有N2管、1.0MPa蒸汽管及柴油加氢新氢机出口来的管线，在加氢反应器入口装有净化风管、N2管、1.0MPa蒸汽管及低变开工线，在脱硫反应器入口装有净化风管、高压N2管、低压N2管、1.0MPa蒸汽管，在脱硫系统出口有开工排放气管线。这些管线都是开工或特殊需要时使用的。原料气经脱氯、脱硫处理后，进入转化系统。

1.3 转化部分

脱硫后的原料气在进入转化炉（F2002）之前，按水碳比3.5与来自本装置中压汽包（V2015）的3.5MPa的中压蒸汽混合，混合后经转化炉对流段的原料预热段加热至500℃，由转化炉的上集合管进入转化炉（F2002）。转化炉管内装有转化催化剂，在催化剂的作用下，烃类与水蒸汽发生化学反应，整个过程是强吸热的。反应生成物为H2、CO、CO2，以及残余的甲烷及过剩的水蒸汽。

转化反应所需的热量由设置于炉子顶部的气体燃料烧嘴提供。燃料气由装置燃料系统来，转化炉炉温与燃料气串级调节，具体控制方法在自动控制部分再具体说明。出转化炉、温度为820℃的高温转化气进入转化气蒸汽发生器（E2001）与来自中压汽包的汽包水、汽换热，换热后温度降至360～380℃，然后进入中温变换反应部分。转化炉入口设有从压缩机出口过来的开工线及柴油加氢新氢机出口来的管线。

1.4 中低温变换部分

从转化气蒸汽发生器出来的360～380℃的转化气，进入中温变换反应器（R2003），在催化剂的作用下，发生变换反应，使变换气中CO的含量降至3%，从中变反应器出来的中变气进入锅炉给水第二预热器（E2002），再进入低变反应器（R2004）。

从低温变换反应器出来的低变气进入低压蒸汽发生器（E2010），与来自低压汽包（V2023）的低压汽包锅炉水换热，温度降至168℃，接着进入低变气第一分水罐（V2003），经分液后，从顶部出来的低变气、水蒸汽进入锅炉给水第一预热器（Ｅ2003），与来自中压给水泵（P2003A、P2003B）的除氧水换热，温度降至148℃，然后进入低变气第二分水罐（V2004），分液后，从顶部出来的低变气、水蒸汽分两路分别进入无盐水预热器（E2004）及除氧用蒸汽发生器（E2005）。在无盐水预热器，低变气与来自无盐水泵（P2004A、P2004B）或其跨线的无盐水换热 。在除氧用蒸汽发生器，低变气与来自0.1MPa低压汽包（V2022）底部的汽包水换热，换热后，从两个换热器出来的低变气混合后进入低变气第三分水罐（V2005）。从其顶部出来的低变气进入低变气空冷器（E2006）。

从低变气第一、二、三分水罐底部出来的酸性水混合后进入酸性水汽提塔（T2001）的中部。

从低变空冷器出来的低变气进入低变气第四分水罐（V2006），分液后，从其顶部出来的低变气进入低变气冷却器（E2007），与循环水换热后进入低变气第五分水罐，从其顶部出来的40℃左右的低变气进入变压吸附系统（PSA）。

从低变气第四、第五分水罐底部出来的酸性水混合后进入酸性水汽提塔（T2001）的上部。

在第五分水罐顶部引出来的管线上，分别有：低变升温开工线、低变气至加氢干气压缩机入口线、低变气至燃料气混合器管线、低变气至柴油加氢新氢机入口管线，这些管线都是为开工或特殊情况下使用的。 1.5 PSA净化部分

PSA由十个吸附塔、程控阀、旋塞调节阀和一套液压驱动系统构成。经过冷却分水后的低变气进入装有吸附剂的吸收塔（A2001A～J）、通过吸附除去氢气以外的其它杂质（CH4、CO、CO2、H2O），使气体得以净化。吸附了杂质的吸附床再生进行均压、顺放、逆放、吹扫等过程，使吸附剂得以再生，再充压吸附。上述过程是在一套程序控制指挥下，自动地、周而复始地进行。

净化后工业氢纯度＞99.99%，送至渣油加氢装置、系统氢气管网、实华溶剂油厂、航煤加氢装置等用氢地方。吸附剂再生时得到的尾气，经脱附气缓冲罐（V2014）作为转化炉作燃料气。

1.6 锅炉给水及产汽部分

(1)给水除氧部分

自装置外总管来的无盐水直接经过无盐水泵的跨线或首先进入无盐水罐（V2016），然后经无盐水泵（P2004A、P2004B）升压送至无盐水预热器（E2004），与来自低变气第二分水罐的低变气换热，从换热器出来的无盐水与从外系统进来的凝结水（1.8t/h）混合一并进入除氧器（V2017、V2021）。除氧用的蒸汽一部分来自蒸汽扩容器（V2018）的二次蒸汽（0.5t/h），另一部分来自除氧用蒸汽发生器（E2005）。除氧器正常运行时，通过调节除氧用蒸汽发生器的热量来控制除氧器的压力。

无盐水除氧后经过中压给水泵（P2003A、P2003B）抽出送到各汽包产汽。

(2)中压产汽部分

来自中压给水泵的无盐水（92.6t/h）经过锅炉水第一预热器（E2003）预热至175℃，然后经锅炉给水第二预热器（E2002）加热至饱和温度进入中压汽包（V2015），汽包水经过转化炉对流段的蒸汽发生段及转化气蒸汽发生器（E2001）换热，产生4.1MPa饱和蒸汽，该饱和蒸汽经对流段过热段过热至420℃，从过热段出来的过热蒸汽大部分（63.3t/h）由装置自用，其余（20.5t/h）小部分外送至中压蒸汽管网。

另外，从锅炉给水第一预热器出来的无盐水有一路进入0.45MPa低压蒸汽汽包（V2023）。从其底部出来的无盐水进入低压蒸汽发生器（E2010），与来自低温变换反应器的低变气换热，产生低压蒸汽，进入低压蒸汽汽包，从低压蒸汽汽包出来的低压蒸汽一部分进入除氧槽（V2017、V2021）及酸性水汽提塔（T2001），另一部分并入0.45MPa低压蒸汽管网。

(3)加药及排污部分

固体磷酸三钠加入醚酸三钠溶解箱（V2020）溶解后，经加药泵（P2005）送至中压汽包（V2015）及低压汽包（V2023）。

为了减少系统的热损失和保护环境，系统还设置了蒸汽连续排污器（V2018）和定期排污器（V2019），中压产汽系统的排污水温位较高，送至连续排污器，从其顶部出来的扩容蒸汽送至除氧器，而底部的污水送入定期排污器，并加入新鲜水冷却至40℃以下排入污水管网。

1.7 燃料气系统

炼厂燃料管网来的燃料气首先进入装置燃料气分液罐（V2025），从分液罐出来的燃料气分两路。一路直接去原料预热炉（F2001）及转化炉（F2002），另一路去燃料气混合器（MI2001）。

开工期间，从开工用油气分离罐（V2011）出来的混合气返回燃料气分液罐（V2025），作为燃料使用。

开工期间，低变气排放气以及PSA脱附气可以引入燃料气混合罐（MI2001），从混合罐出来的燃料气去转化炉，作为转化炉的另一路燃料。

1.8 压缩机系统

本装置的加氢干气压缩机（C2001A、C2001B、C103A、C103B），主要用于输送气体原料和开停工循环。压缩机的入口管线有五组：

(1) 渣油加氢干气、柴油加氢脱硫净化气、加氢裂化干气混合进入加氢干气分液罐（V2002），从分液罐顶部出来的加氢干气进入加氢干气压缩机。

(2) 开工气体（N2、H2、净化风）联箱的开工线，引至加氢干气压缩机入口。

(3) 第五分水罐出口引出的开工线，引至加氢干气压缩机入口。

(4) 机体置换低压N2线，直接引至加氢干气压缩机入口。

(5) 南北制氢来的纯氢线，直接引至加氢干气压缩机入口。

加氢干气压缩机出口管线有四路：

(1) 压缩机出口至原料预热炉入口（脱硫开工线）。

(2) 压缩机出口至转化炉入口（转化开工线）。

(3) 压缩机出口至加氢干气分液罐入口（压缩机经过E2009壳程回流线）。

(4) 压缩机出口至加氢干气分液罐入口（压缩机不经过E2009壳程回流线）。

1.9 酸性水汽提系统

从低变气第四、第五分水罐底部来的酸性水进入酸性水汽提塔（T2001）的上部，从低变第一、第二、第三分水罐底来的酸性水进入汽提塔的中部。作为汽提用的低压蒸汽由0.45MPa低压汽包（V2023）提供，从汽提塔的底部进入汽提塔。另外，还专门设有从1.0MPa蒸汽管网来的1.0MPa蒸汽，作为汽提塔的备用蒸汽。从汽提塔出来的已经脱除了CO2的净化水由汽提泵（P2002A、P2002B）抽出，根据需要，有以下四种流程：