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氢夹点之后：炼厂怎么把驰放气收回来

中国能源产业发展网发布时间：

2026-11-03 08:41

【中国能源产业发展网】原创【作者】高志龙

炼厂的氢气系统有一套自己的“水文学”：制氢装置是水源，加氢装置是用水户，驰放气是渗漏，火炬是决口。油品质量升级越深入，加氢单元的氢耗越高，这套系统的平衡就越难维持。很多企业算过一笔账后发现，真正贵的不是买氢，而是把氢烧掉。

被当燃料烧掉的氢气

加氢装置在脱硫、脱氮、脱氧、脱金属、烯烃饱和、芳烃饱和的过程中消耗氢气，同时排出性质各异的驰放气——氢含量、杂质含量、温度、压力都不相同。传统做法是把这些驰放气集中起来送进燃料气管网，或者简单提浓后分质使用。问题在于，多数炼厂的火炬气中氢气占比并不低，公开报道显示部分企业的火炬气里氢气含量可达一半以上，这部分氢气被当作廉价燃料烧掉，相当于用高价值的制氢资源换取低价值的燃料热值。

中国石油克拉玛依石化提供过一个可参照的样本。这家企业是国内最大的环烷基润滑油生产基地，加氢装置是其提升油品质量的关键，但氢气长期依赖天然气制氢与连续重整变压吸附（PSA），成本居高不下。2015年以前，公司产氢主要靠一套每小时3.5万立方米的制氢装置与一套六十万吨/年连续重整配套PSA，前者以天然气为原料，成本随气价波动。

改变发生在氢气系统优化的思路引入之后。企业采用夹点技术分析全厂氢气流股，按照夹点匹配原则，在夹点之下选择纯度较高的氢气流股设置提纯装置，产出纯度高于夹点的氢气，实现氢气全过程回收。更细的做法是梯级利用：对氢气纯度要求高的临氢装置，用制氢装置产出的高纯度氢；对纯度要求不高的装置，掺兑回收氢或用过的高纯氢；纯度不达标的，送连续重整PSA提纯后重新进入高纯氢系统。

膜分离与PSA的耦合

单一提纯手段各有短板。PSA的提纯纯度高，可达99%以上，但回收率受限，解析气仍含可观氢气；膜分离投资小、操作简单、压降小，适合处理高压、高氢含量的流股，但产品纯度一般，且对杂质敏感。把两者串联，先膜分离做粗提，再进PSA精提，是工业上验证过的组合——克石化就把连续重整PSA的驰放气先经渗透膜初次提纯，再进PSA，最终得到合格氢气产品，回收氢气的品质随之提升。

系统改造的效果可以量化。据公开报道，实施全厂氢气回收项目后，克石化每小时可增加合格产品氢气1391立方米，年回收再利用氢气1218万立方米，年节约氢气生产成本1314万元；2020年4月氢气回收集中区投用后，系统每小时回收氢气能力提升到2000立方米。对一家炼厂而言，这笔钱相当于省下了一部分制氢装置的原料与能耗。

学术层面的模拟研究给出了更细的优化空间。有研究以流程模拟软件对在役涉氢单元建模，把氢气公用工程（即PSA）的氢耗量作为目标函数做氢网络夹点分析，同时约束杂质与压力条件，按氢源、氢阱的纯度、杂质、压力差异进行匹配，得到的优化氢网络夹点为84%，PSA与膜分离负荷分别比原网络降低22.62%与18.60%，压缩总量减少16.65%。若改用数学规划方法，以总氢耗最低为目标，将剩余氢源全部提浓后供氢阱使用，则制氢负荷可降低32.81%，氢源剩余量为零。

这些数字说明一件事：氢气系统的优化空间，主要不在新增装置，而在既有网络的重新匹配。压缩功耗往往被忽略——氢气压缩机是耗电大户，压缩总量减少16.65%，对应的电费节省在长周期里相当可观。

为什么现在做这件事更划算

三重压力同时在推。第一是油品质量与化工原料的加氢需求上升，减油增化之后，更多重质馏分要进加氢裂化，氢耗随之抬升，氢气成本在产品成本中的占比越来越高；第二是碳约束，天然气制氢的碳排放强度高，在碳配额收紧、碳价上行的背景下，灰氢成本只会越来越贵；第三是氢能产业的外溢效应，炼厂副产氢与驰放气提纯氢，正在成为燃料电池与工业用氢的现实来源，氢气从“内部公用工程”变成“可交易商品”。

这三重压力叠加，改变了氢气系统的投资逻辑。过去氢气回收项目按“节省制氢原料”算账，回收期往往在五年以上，很多企业排不上优先级；现在要按“节省制氢＋减少碳排＋氢气外销”三项收益算账，回收期明显缩短。部分企业已把氢气回收与加氢站供应、工业气体销售打包，形成新的业务单元。

落地的三个前提

氢气系统优化听着简单，落地却有三个前提。

一是计量要准。氢气流股的流量、纯度、压力、温度必须实时可测，否则夹点分析只是纸面推演。不少炼厂的老装置缺少在线分析仪，靠人工采样，数据滞后且误差大，优化模型再精细也无从下手。

二是管网要清。氢气管网的走向、阀门位置、压力等级决定了流股能否灵活调配。老炼厂的氢管网往往是几十年逐步接出来的，存在跨区连通、压力等级混用的问题，改造难度不比新增装置小。

三是运行要稳。提纯装置的负荷随上游装置波动，膜组件与吸附剂的寿命受杂质影响，操作不当会导致提纯单元频繁停车，反而拖累主装置。这要求把氢气系统当作一个整体来调度，而不是各装置各管一段。

计量是优化的前提

氢气系统的优化，第一步不是上装置，而是把数据测准。氢气流量小、压力高、密度低，普通差压式流量计的误差偏大，工程上多用科氏力质量流量计或热式质量流量计；纯度需要在线分析仪连续监测，取样点的位置与预处理方案直接影响读数可靠性。一套炼厂的氢气管网，如果关键节点的计量缺失，氢夹点的计算结果就会失真，投资决策随之偏离。

数据的时间分辨率也很关键。装置的氢耗随加工量与原料性质变化，按班次或按日统计的均值，掩盖了峰值与谷值，优化空间就看不出来。成熟的炼厂会把氢气数据接入实时数据库，按分钟级采集，再与流程模拟模型联动，做到动态匹配。

炼厂的氢气优化，说到底是一场关于“分子去哪”的管理革命。装置是现成的，技术是成熟的，缺的往往是把氢当作产品而非燃料来经营的组织能力。当每一股驰放气都被计量、被匹配、被回收，炼厂的氢平衡表才会真正合上。

（来源：中国石油克拉玛依石化公开报道，中国石油报，流程模拟与氢网络优化公开研究成果，中国化工报）

【研究支持机构：《中国工业报社》能源与双碳研究中心 |中国能源产业发展网】

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作者：

高志龙