CN206955651U - 一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统，涉及炼油厂、化肥厂氢气资源综合利用技术领域。该系统将炼油厂的富氢气体和过剩氢气用作化肥厂合成氨装置中的氢气资源，通过将炼油厂与化肥厂之间的氢气资源联合优化，解决炼油厂氢气资源浪费和化肥厂合成氨装置制氢成本高、能耗高的问题，在保证合成氨装置平稳运行的同时，既能有效回收利用炼油厂富氢气体和过剩氢气，又能降低合成氨装置制氢成本和能耗，从而提高经济效益和总体能源利用水平。

Description

一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统

技术领域

本实用新型涉及炼油厂、化肥厂氢气资源综合利用技术领域，特别涉及一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统。

背景技术

在炼油和化工生产过程中，氢气是一种重要的原料。近年来随着原油重质化、劣质化和环保要求的不断提高，油品向深度精制、无害化加工的趋势发展，氢气作为原料的消耗量大幅增长。由于氢气需求和成本的增加，氢气资源优化和综合利用已成为现代炼化企业的一个重要发展战略要素。

炼油厂普遍存在加氢装置低分气、汽提塔顶气、分馏塔顶气、循环氢排放气等大量富氢气体(氢气纯度介于60v％～90v％之间)，由于加氢装置处理能力的不断增加，使得炼油厂类似富氢气体的量同时增加，许多炼化企业将富氢气体排放至燃料气系统燃烧，不但造成氢气资源的浪费，而且造成燃料气管网氢含量超高、热值降低，燃料气管网压力不稳定，对各装置加热炉影响较大。尤其是以连续重整装置为主要产氢装置的炼油厂多数存在氢气过剩的现象，而过剩氢气(氢气纯度93v％左右)一般被送至燃料气管网作为燃料消耗，造成氢气资源的严重浪费。

氢气是化肥厂合成氨的重要原料。现有的化肥厂合成氨装置工艺流程如图1所示，一般包括空分、气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、液氮洗、压缩、氨合成等。即：天然气同空分来的氧气和饱和蒸汽一起进入汽化炉，进行部分氧化反应，生成以CO、H₂、CO₂为主要原料的粗原料气；粗原料气进入一氧化碳变换炉，使一氧化碳和水蒸汽作用生成氢气和二氧化碳，以获得更多的氢气，变换气中CO含量降至2.5v％；然后变换气进入甲醇洗涤塔，采用低温甲醇洗的方法来脱除变换气中H₂S、CO₂等酸性气体，出塔气中CO₂≦20PPM，H₂S≦1PPM；在液氮洗工段先通过分子筛吸附剂除去CO₂、甲醇(CO₂+甲醇﹤0.5PPM)，再通过液氮洗除去CO和CH₄，使净化后氢气中CO+CO₂﹤5ppm。然后，净化后的氢气按照3：1比例配制混合空分工段产生的氮气，作为合格工艺气供氨合成使用。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有的炼油厂和化肥厂合成氨装置氢气资源利用存在以下问题：

(1)炼油厂存在大量富氢气体或过剩氢气，多数被排放至燃料气系统燃烧，没有充分回收和有效利用，不但造成氢气资源的严重浪费，而且使燃料气管网氢含量超高、热值降低，燃料气管网压力不稳定，对各装置加热炉影响较大；

(2)氢气是化肥厂合成氨装置的重要原料，而化肥厂合成氨装置主要通过天然气部分氧化法制取氢气，需要消耗大量的天然气，制氢成本高，合成氨装置能耗高；

(3)氢气资源的优化和综合利用仅局限在炼油厂或化肥厂本身，缺少厂与厂之间的氢气资源互供、优化和综合利用，能源利用水平低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统，包括炼油厂产氢装置，化肥厂合成氨装置以及连接所述炼油厂产氢装置和所述化肥厂合成氨装置、且用于输送氢气的连通管线；其中，

所述连通管线的一端与所述炼油厂产氢装置的富氢气体管线和过剩氢气管线连通；

所述连通管线的另一端与所述化肥厂合成氨装置的酸性气脱除工段连通。

进一步地，在所述连通管线上设置有用于提纯所述氢气的氢气提纯装置。

优选地，所述氢气提纯装置包括脱氯、干燥、脱氧处理系统和变压吸附系统。

进一步地，在所述连通管线上还设置有氢气压缩机，所述氢气压缩机位于所述氢气提纯装置和所述化肥厂合成氨装置之间。

进一步地，所述连通管线的所述另一端还与所述化肥厂合成氨装置的液氮洗工段连接，且：

当经所述氢气提纯装置提纯后的所述氢气中CO+CO₂≧5ppm或含硫时，则将所述氢气并入所述化肥厂合成氨装置的所述酸性气脱除工段中；

当经所述氢气提纯装置提纯后的所述氢气中CO+CO₂＜5ppm且不含硫时，则将所述氢气并入所述化肥厂合成氨装置的液氮洗工段中。

进一步地，在所述连通管线上还设置有流量控制阀和压力控制阀，所述流量控制阀和所述压力控制阀设置于所述氢气压缩机和所述化肥厂合成氨装置之间，用于控制所述氢气进入所述化肥厂合成氨装置的量。

进一步地，所述富氢气体管线和所述过剩氢气管线还分别与燃料气管网连通。

优选地，在所述富氢气体管线上还设置有富氢气体压缩机。

优选地，所述化肥厂合成氨装置还包括空分工段、气化工段、变换工段、压缩工段、合成工段和氨冷冻储存工段。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：提供了一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统，该系统将炼油厂的富氢气体和过剩氢气用作化肥厂合成氨装置中的氢气资源，通过将炼油厂与化肥厂之间的氢气资源联合优化，解决炼油厂氢气资源浪费和化肥厂合成氨装置制氢成本高、能耗高的问题，在保证合成氨装置平稳运行的同时，既能有效回收利用炼油厂富氢气体和过剩氢气，又能降低合成氨装置制氢成本和能耗，从而提高经济效益和总体能源利用水平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的化肥厂合成氨装置的工艺流程示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的将炼油厂氢气并入酸性气脱除工段的具体位置的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的将炼油厂氢气并入液氮洗工段的具体位置的示意图。

图中的附图标记分别表示：

1、炼油厂产氢装置；

11、富氢气体管线；

12、过剩氢气管线；

13、燃料气管网；

14、第一阀；

15、第二阀；

16、第三阀；

17、第四阀；

18、富氢气体压缩机；

2、化肥厂合成氨装置；21、空分工段；22、气化工段；23、变换工段；24、酸性气脱除工段；25、液氮洗工段；26、压缩工段；27、合成工段；28、氨冷冻储存工段；

3、连通管线；

31、氢气提纯装置；311、脱氯、干燥、脱氧处理系统；312、变压吸附系统；

32、氢气压缩机；

33、流量控制阀；

34、压力控制阀；

35、第五阀；

36、第六阀。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统，如图2所示，该系统包括炼油厂产氢装置1，化肥厂合成氨装置2以及连接炼油厂产氢装置1和化肥厂合成氨装置2、且用于输送氢气的连通管线3；其中，连通管线3的一端与炼油厂产氢装置1的富氢气体管线11和过剩氢气管线12连通；连通管线3的另一端通过第五阀35与化肥厂合成氨装置2的酸性气脱除工段24连通。

需要说明的是，连通管线3的一端分别通过第一阀14和第二阀15与炼油厂产氢装置1的富氢气体管线11和过剩氢气管线12连通，第一阀14和第二阀15分别控制富氢气体和过剩氢气，使得富氢气体和过剩氢气可单独进入化肥厂合成氨装置2中，也可同时进入化肥厂合成氨装置2中。本实用新型实施例借助连通管线3将炼油厂产氢装置1和化肥厂合成氨装置2连通，从而将炼油厂产氢装置1中的过量的氢输送到合成氨装置2中，用于充当化肥厂合成氨装置2中所需的氢，避免化肥厂合成氨装置2利用天然气氧化法制取氢气造成的成本高、合成氨装置能耗高等问题，同时能有效利用炼油厂存在大量富氢气体或过剩氢气，避免燃料气管网氢含量超高、热值降低，燃料气管网压力不稳定，对各装置加热炉影响大等问题；从而实现炼油厂和化肥厂之间的氢气资源互供、优化和综合利用，达到提高能源利用水平的目的。

本实用新型实施例提供的回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统将炼油厂的富氢气体和过剩氢气用作化肥厂合成氨装置中的氢气资源，通过将炼油厂与化肥厂之间的氢气资源联合优化，解决炼油厂氢气资源浪费和化肥厂合成氨装置制氢成本高、能耗高的问题，在保证合成氨装置平稳运行的同时，既能有效回收利用炼油厂的富氢气体和过剩氢气，又能降低合成氨装置制氢成本和能耗，从而提高经济效益和总体能源利用水平。

在上述的系统中，进一步地，由于用于化肥厂合成氨装置2时对氢气的质量有一定的要求，因此，还可在连通管线3上设置有用于提纯所述氢气的氢气提纯装置31，氢气提纯装置31用于对炼油厂中的富氢气体和过剩氢气中的氢气进行提纯，具体可包括脱氯、干燥、脱氧处理系统311和变压吸附系统312(Pressure Swing Adsorption，PSA)，即来自于富氢气体管线11和/或过剩氢气管线12的气体先进入脱氯、干燥、脱氧处理系统311处理，再进入变压吸附系统312进一步提纯，经PSA提纯后的氢气进入化肥厂合成氨装置2中，同时PSA中的解吸气被排出，进入火炬气回收系统。

在上述的系统中，进一步地，在富氢气体管线11上还设置有富氢气体压缩机18；且在连通管线3上还设置有氢气压缩机32，氢气压缩机32位于氢气提纯装置31和化肥厂合成氨装置2之间。具体地，将炼油厂柴油加氢低分气、汽油加氢分馏塔顶气等富氢气体(H₂含量75v％左右)混合，通过富氢气体压缩机18提压至2.0MPag后，与炼油厂过剩氢气(H₂含量93v％左右，压力2.0MPag左右)混合。混合后的氢气先通过脱氯、干燥、脱氧处理系统311进行常规的干燥、脱氧、脱氯处理，然后进入变压吸附系统312进一步提纯氢气，同时脱除微量的H₂S及微量的小分子烃，避免小分子烃在合成氨装置的液氮洗工段25中结冰而堵塞板式换热器。经过PSA变压吸附提纯后的氢气纯度约99.9％，压力2.0MPag左右，温度30℃左右，进一步通过氢气压缩机32将氢气压力增压至7.5Mpag以上，使其能够并入到化肥厂合成氨装置2的酸性气脱除工段24中。

在上述的系统中，进一步地，连通管线3的另一端还通过第六阀36与化肥厂合成氨装置2的液氮洗工段25连接，在实际操作中，可对经氢气提纯装置31提纯后的氢气进行取样检测，当检测到经氢气提纯装置31提纯后的氢气中CO+CO₂≧5ppm或含硫时，则打开第五阀35，关闭第六阀36，使氢气并入化肥厂合成氨装置2的酸性气脱除工段24中进一步净化处理，具体并入位置为变换工段23的最后一个冷凝液分离器前面的水冷器的入口(如图3所示)，如此可以稳定控制氢气进入酸性气脱除工段24的温度在30℃左右且操作平稳；而当检测到经氢气提纯装置31提纯后的氢气中CO+CO₂＜5ppm且不含硫时，则可打开第六阀36，关闭第五阀35，使氢气直接并入化肥厂合成氨装置2的液氮洗工段25中进行配氮，具体并入位置为液氮洗工段25的液氮洗涤塔顶氢气换热器后、氢气流量计前的位置(如图4所示)，此处温度为30℃左右，较为适宜，且能够准确计量氢气的流量，便于通过氢氮比例自动分析、指示、调节，进行精细、准确配氮。另外，如果CO、CO₂及含硫量常波动，不宜控制，则应将提纯后的氢气并入酸性气脱除工段24进一步净化，避免氧化物进入化肥厂合成氨装置2，造成合成氨催化剂中毒。

在上述的系统中，进一步地，还可在连通管线3上设置有流量控制阀33和压力控制阀34，流量控制阀33和压力控制阀34设置于氢气压缩机32和化肥厂合成氨装置2之间，用于控制氢气进入化肥厂合成氨装置2的量。具体地，在氢气压缩机32的出口管线分为两路，一路是放空线，装有压力控制阀34，用于放空氢气，且将氢气并入炼油厂氢气系统进行回收利用；一路去化肥厂合成氨装置2，装有流量控制阀33。实施前，需要根据炼油厂氢气平衡和PSA提纯后氢气的收率等因素，确定进入化肥厂合成氨装置2的氢气的稳定流量，并通过流量控制阀33和压力控制阀34进行稳定控制，同时通过第五阀35、第六阀36控制炼油厂氢气进入酸性气脱除工段24或液氮洗工段25中。

另外，如果化肥厂N₂的生产能力及后续压缩、氨合成工段负荷有余量，可根据炼油厂的供氢量，增加合成氨装置的配氮量，进而增产合成氨和尿素，提高经济效益并降低单位产品合成氨装置能耗。如果化肥厂N₂的生产能力或后续压缩、氨合成工段已满负荷，可根据炼油厂的供氢量，降低合成氨装置天然气原料消耗及气化、变换等工段的负荷，降低制氢成本。

在上述的系统中，进一步地，富氢气体管线11和过剩氢气管线12还分别通过第三阀16和第四阀17与燃料气管网13连通。即原来炼油厂的富氢气体和过剩氢气并入燃料气管网13的管线仍保留，一旦化肥厂停工，炼油厂仍能够维持原操作，反之若炼油厂停工，化肥厂亦可恢复原来工况生产。具体正常生产时，第三阀16和第四阀17关闭，第一阀14和第二阀15开启。当化肥厂停工检修或非正常停工时，关闭第一阀14和第二阀15、开启第三阀16和第四阀17，使炼油厂富氢气体及过剩氢气进入炼油厂燃料气管网13进行回收利用。当炼油厂停工检修或非正常停工时，化肥厂可恢复至原来的操作。

在上述的系统中，化肥厂合成氨装置2还包括空分工段21、气化工段22、变换工段23、酸性气脱除工段24、液氮洗工段25、压缩工段26、合成工段27和氨冷冻储存工段28，优选地，化肥厂合成氨装置2按如图1所示的工序进行合成氨。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种回收炼油厂废氢用于化肥厂合成氨装置的系统，其特征在于，包括炼油厂产氢装置(1)，化肥厂合成氨装置(2)以及连接所述炼油厂产氢装置(1)和所述化肥厂合成氨装置(2)、且用于输送氢气的连通管线(3)；其中，

所述连通管线(3)的一端与所述炼油厂产氢装置(1)的富氢气体管线(11)和过剩氢气管线(12)连通；

所述连通管线(3)的另一端与所述化肥厂合成氨装置(2)的酸性气脱除工段(24)连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述连通管线(3)上设置有用于提纯所述氢气的氢气提纯装置(31)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氢气提纯装置(31)包括脱氯、干燥、脱氧处理系统(311)和变压吸附系统(312)。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述连通管线(3)上还设置有氢气压缩机(32)，所述氢气压缩机(32)位于所述氢气提纯装置(31)和所述化肥厂合成氨装置(2)之间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述连通管线(3)上还设置有流量控制阀(33)和压力控制阀(34)，所述流量控制阀(33)和所述压力控制阀(34)设置于所述氢气压缩机(32)和所述化肥厂合成氨装置(2)之间，用于控制所述氢气进入所述化肥厂合成氨装置(2)的量。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述连通管线(3)的所述另一端还与所述化肥厂合成氨装置(2)的液氮洗工段(25)连接，且：

当经所述氢气提纯装置(31)提纯后的所述氢气中CO+CO₂≧5ppm或含硫时，则将所述氢气并入所述化肥厂合成氨装置(2)的所述酸性气脱除工段(24)中；

当经所述氢气提纯装置(31)提纯后的所述氢气中CO+CO₂＜5ppm且不含硫时，则将所述氢气并入所述化肥厂合成氨装置(2)的所述液氮洗工段(25)中。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述富氢气体管线(11)和所述过剩氢气管线(12)还分别与燃料气管网(13)连通。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述富氢气体管线(11)上还设置有富氢气体压缩机(18)。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述化肥厂合成氨装置(2)还包括空分工段(21)、气化工段(22)、变换工段(23)、压缩工段(26)、合成工段(27)和氨冷冻储存工段(28)。