丙烷冷冻机在重整氢气提纯工艺技术中的研究与应用

吴昊

摘要：提高重整装置副产含氢气体中可液化轻烃是提高氢气纯度和装置经济效益的重要方式，本文结合连续重整装置首次将丙烷深冷技术投用于再接触工艺来回收重整氢中可液化轻烃增加液收，提高氢纯度进行经济性分析，经济效益及社会效益显著。

关键词：丙烷深冷液收 氢纯度

1、项目背景

催化重整是炼油的主要过程之一。它是在一定温度、压力、临氢和催化剂存在的条件下，使石脑油转变为富含芳烃的重整汽油，并副产氢气的过程。反应过程中会产生大量的氢气、C1、C2和液化气等。如何有效地对这些小分子中可液化的轻组份进行回收，提高液收和氢纯度，是影响催化重整装置效益的一个重要研究问题。

2.技术方案研究与应用

2.1研究目标与研究内容

为进一步回收C3、C4馏分，提高重整产氢的纯度，重整产氢采用两级压缩，并在二级再接触流程中设置丙烷冷冻系统使再接触温度降至4℃，氢气纯度可达94.2%。制冷剂采用公司自产更环保、健康的丙烷（R290）。为更好节能降耗，压缩机组出口采用蒸发式冷凝冷却工艺，蒸发式冷凝器运行完全依靠水的蒸发潜热带走热量，而不是像水冷器依靠水的显热带走热量，因此水的使用需求量大大减少，从而也降低水处理的工作量和费用，提高经济效益。

2.2技术方案的研究制定过程

制冷系统中，压缩机将气态制冷剂（R290）压缩后从排气口排出，制冷剂中的润滑油在油分离器中被分离，经过油冷却器冷却至设定温度后回到压缩机。。丙烷气体在冷凝器中被冷凝成液体，回到储罐，再经过经济器进一步冷却后的丙烷液体节流后进入蒸发器用户，在蒸发器里低温丙烷将介质冷却的同时蒸发未气体回到压缩机入口，完成一个循环。因此，制冷压缩机的热力性能和可靠性是决定制冷系统的热力性能及可靠性的关键性因素。通过对行业内再接触提纯工艺的调研，与华东设计院制定冷凝方案，并选用GEA进口双螺杆制冷压缩机，其具有结构简单，操作方便和运转可靠性高等一系列独特的优点，广泛用于工业制冷。

2.3技术方案的生产实施过程

2.3.1冷冻系统工作原理

螺杆式制冷压缩机属于回转式容积型压缩机，它利用一对相互啮合的阴阳转子在机体内做回转运动，周期性地改变转子每对齿槽间的容积来完成吸气、压缩、排氣过程。

1、吸气过程

当转子转动时，齿槽容积随转子旋转而逐渐扩大，并和吸入口相连通，由蒸发系统来的气体通过孔口进入齿槽容积进行气体的吸入过程。在转子旋转到一定角度以后，齿间容积越过吸入孔口位置与吸入孔口断开，吸入过程结束。

2、压缩过程

当转子继续转动时，被机体、吸气端座和排气端座所封闭的齿槽内的气体，由于阴、阳转子的相互啮合和齿的相互填塞而被压向排气端，同时压力逐步升高进行压缩过程。

3、排气过程

当转子转动到使齿槽空间与排气端座上的排气孔口相通时，气体被压出并自排气法兰口排出，完成排气过程。

由于每一齿槽空间里的工作循环都要出现以上三个过程，在压缩机高速运转时，几对齿槽的工作容积重复进行吸气、压缩和排气循环，从而使压缩机的输气连续、平稳。

2.3.2冷冻系统工艺流程

经过两级压缩为高温高压的气态制冷剂 R290 从螺杆压缩机（K-203A/B）的排气口排出，经过油分离器（D-221A/B），在油分离器中制冷剂 R290 和润滑油分离出来，分别进入制冷剂系统和润滑油系统循环。

高温高压的制冷剂进入蒸发式冷凝器（A-221A/B），通过冷凝器带走热量，使高温高压的气态制冷剂冷凝成高温高压的液态制冷剂。

从冷凝器出来的制冷剂液体进入热虹吸储液器（D-222），一部分制冷剂去往虹吸式油冷却器对润滑油进行冷却，另一部分制冷剂进入储液器（D-223），经过经济器（E-232）过冷后送至用户端再接触冷冻器（E-203）。

从用户端回来的制冷剂气体通过气液分离器（D-224）进行气液分离后，制冷剂气体进入螺杆压缩机继续循环。

2.3.3 GSC TP控制

丙烷冷冻机的启停、操作及控制设定值都通过现场操作面板控制。控制面板为触摸屏，能够方便、灵活的控制，并能根据主面板参数的显示判断系统和所控设备的运行状况。集成模块具有完善的智能化、程序化的控制，可通过自动加减载负荷适应式变参数调整，保障了系统运行的稳定性和可靠性。运行中所有的故障报警和警告都会存储在历史文件里，以供操作人员分析故障报警描述和原因诊断，为处理故障和更深入的了解系统提供帮助。

为保护丙烷冷冻系统本身，对重要运行参数，还设有高报及限定值，当压缩机运行参数偏离设计范围值，达到危险工况时，能及时报警并自动调整载荷或切换油泵，防止系统因油压、吸排气压力等参数的变化，造成非计划性停机或设备的损坏。

2.4主要研究成果及达到的技术指标

重整丙烷冷冻系统从2019年4月29日一次开车成功，到目前为止已运行超过两年。两台机组各更换润滑油一次，补充丙烷一次，根据装置工况调整负荷数次，目前正常运行，未出现因系统问题造成的装置波动。

通过调研，当再接触压力为2.4MPa时，再接触温度的变化对重整装置的纯氢产量没有影响;随着再接触温度越低，重整氢气的纯度越高，液化气的产量越大，通过与采用循环水和冷媒水对比，采用丙烷作为冷冻剂时，经济效益更好。

3.技术创新点

1、丙烷冷冻系统由2台螺杆压缩机组并联运行，单台制冷量1569.3KW，可根据工况可由微电脑中心自动控制调节负荷及运行状态，也可进行半自动控制或手动控制，大大提高运行稳定性，系统性能优异，高效节能，全年运行节能达20%以上。

2、使用蒸发式冷凝器对丙烷进行液化，蒸发式冷凝器结构紧凑，占地面积小，安装方便。通过依靠冷却水的蒸发吸热冷却介质，冷却效果显著，并大大减少了冷却水用量。

3、冷凝盘管是在整个主表面上连续的蛇形钢管，盘管设计压降低，并倾斜配管，可将冷凝液体自流排除，防止液击。

4. 经济效益、社会效益

4.1制冷剂丙烷（R290）在系统内循环使用，理想状况下体量无损耗。其较高的热导率提高了系统的传热效果，使系统能耗降低，并且丙烷作为一种天然制冷剂，ODP=0，GWP=3，对环境没有破坏。

4.2 氢气纯度的提高，对再生还原效果更好，减少电加热器内部积碳结焦，延长设备使用寿命，减少装置非计划性停工检修。

4.3增加液化气产量0.62t/h。

[1]王永峰，张 雷 .氢气提纯工艺及技术选择[J].化工设计，2015，25（2）：14-17.

[2]黄焜.深冷装置中丙烷压缩机节能运行研究[J].化工管理，2015，22（3）：164-165.