李洋

摘要：本文重点针对我国某化工单位制氢装置的能耗状况展开了分析和研究，同时指出了制氢装置在能源消耗存在的薄弱环节，有效提出了有效的改进措施，提高制氢装置工作的节能性，实現化工单位的良好经济效益。

关键词：制氢装置;技能改造;研究

制氢工作采用的是天然气作为反应原材料，通过加氢、转化以及变压吸附等几个重要工作流程来加以开展，由于制氢装置整体的能源消耗量相对较大，因此需要对其中重点的能源消耗环节进行有效的节能改造，以此来有效降低制氢装置的能源消耗量，实现化工单位的良好生产效益。针对我国某地区化工单位的制氢装置工作性能展开了分析和研究，该制氢装置的生产能力为3万Nm3/ h，以天然气作为反应的原材料。制氢装置在工作过程中消耗的蒸汽量较大，造成了能源整体消耗量偏高，和国内外平均的能耗水平有着明显的差距，因此相关工作人员针对制氢装置的节能降耗工作展开了全面的分析和研究，通过对制氢装置系统内部的各个环节分析和探讨，提出了相应的节能技术改造措施。从中得到了工艺优化操作参数，有效降低了制氢装置的能源消耗量，提高了化工生产单位的经济效益。

1.流程介绍

制氢装置在工作过程中，主要是以天然气加氢PSA尾气作为原材料装置的核心工作过程，所涉及到的反应类型相对比较复杂，比如加氢处理、脱硫处理、转化以及变压吸附等多个环节，其中不但包含了放热反应也存在吸热反应，整个能量流结构构成比较复杂。原材料和蒸汽动力系统作为能量转化的重要环节，在转化炉和中温变换器当中进行能量消耗。通过本次化工单位的加氢装置分析可以看出，制氢装置的整体能耗量相对较大，因此需要进行相应的技术改造，有效降低能源的消耗量，通过降低轻转化炉的燃料消耗，提高转化炉烟气的回收效率是加氢装置节能工作的关键环节。通过加氢装置的能量消耗分析之后，整个生产工艺流程设计基本合理，但是其中某些生产环节仍然存在较大的改进潜力，因为制氢装置是整个化工单位氢气管网压力的重要调节位置，因此该装置基本都处于低压负荷的条件下进行工作，转化反应的水碳比达到6.0，不但增加了能耗量同时还影响到了设备的生产能力。转化炉的这个效应超过92%能量转化率相对较高，而加氢装置的烟气能量回收设计不是非常合理，加氢装置在满负荷工作条件下排烟的温度为200℃，造成了整个反应炉热效率相对比较偏低，整体的热量回收效率还需要进一步提升。

2.制氢装置用能优化改进

在制氢装置的工作条件下，转化反应受到热力学平衡条件的影响，整个热转化效率相对偏低，为了有效提高反应原材料的转化效率，降低转化炉出口处生成的甲烷含量，通常蒸汽和原材料的比例需要超过标准的化学计算值，水和碳物质的比例增大有利于转化炉内部的热量转化以及预防积碳问题的产生，同时在保证相同的工作环境下，可以有效降低转化炉出口区域的气体温度，有效保证了炉管的使用质量。但是在确定水碳比工作中还需要考虑到水产品会加大装置的能耗量，同时降低了加氢装置的生产效益。由于转化反应属于强吸热反应，在实际的反应过程中，内部系统的温度可以达到780～850℃，蒸汽进入转化炉管只有30%左右的蒸汽参与了化学反应，而剩余的蒸汽量只会随着转化炉直接进入到下一个反应工序当中。通常过剩的蒸汽吸收热量占转化炉总负荷的20%～50%之间，这一部分的反应热量可以在下游的反应工作当中得到充分的回收，但是效率却大大降低。与此同时，水碳比过大不但会造成转化工序过多，同时下游的能量回收系统的基础投资量也相对较大，因此在针对水产品的选择上必须要进行综合考虑，有效实现自行装置的节能降耗，同时也要保证整个系统的工作稳定性。

如果单纯从节能降耗的角度上来看，水碳比越低越好，但是水碳比如果过低会受到多方面因素的影响。首先，所以探底过低会造成系统内部出现截探问题影响到整个装置的正常工作和运行;其次，为了有效提高原材料的生产效率，需要提高转化炉出口区域的气体温度大小，来对系统内部的温度欠缺进行补充，通过计算分析可以得出水碳比每下降0.25，转化炉的出口区域温度会提高10～13℃，这样会造成转化炉的温度过高以及使用寿命的缩减。

3.转化炉优化

通过对制氢装置转化炉的优化，可以实现良好的节能降耗效果，转化炉F101是该装置的主要能量转化环节，该自行装置的总能耗量相对较高，因此需要对转化炉内部的热量进行合理的回收和使用，这是制氢装置节能改造工作的一个关键点。从制氢装置的工作数据分析可以看出，当制氢装置满负荷工作过程中，转化炉的出口区域烟气的温度超过了240℃，烟气的流量大小为106350Nm3/h。以该化工单位现有的经济实力和技术条件下，通过对空气预热器设备进行了改造和处理，加大了空气预热器的换热面积，使得转化炉出口区域的烟气温度控制在120℃左右，但降低排烟温度还需要充分考虑到烟气的露点腐蚀问题，由于反应原材料当中还有一部分的硫元素，在燃烧之后产生的烟气中会存在一部分的二氧化硫。存在一部分的二氧化硫会继续被氧化形成三氧化硫，三氧化硫遇到水之后会形成硫酸造成漏点腐蚀问题，直接影响到了整个制氢装置的工作质量和安全性。通过实验分析得出，依照加氢装置的满负荷工作状态来进行考虑，当转化炉的排烟口温度降低到120℃时，整体的节能效果最为明显。通过降低转化炉的排烟温度，使得转化炉内部的热空气温度不断上涨，有效降低了瓦斯的消耗量，降低了整个制氢装置的能源消耗总量，实现了良好的节能改造工作效果。

4.结束语：

制氢装置在工作过程中存在能源消耗偏大和浪费问题，因此相关化工单位针对这一问题展开了分析和研究，通过分析之后发现制氢装置系统内部的转化炉和用能系统上，存在着较大的节能改装工作潜力，因此，采取了相应的解决措施，提高制氢装置的整体节能程度。

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