變壓吸附一氧化碳提純裝置運(yùn)行問(wèn)題分析及對(duì)策

張洪偉 張延武（河南能源集團(tuán)中原大化公司 河南省 濮陽(yáng)市 457000）

目前我國(guó)變壓吸附（PSA）技術(shù)在CO/H2提純領(lǐng)域已占有主要地位，正逐步取代低溫法、電解法等傳統(tǒng)工藝方式，向著更高效、低成本的方向發(fā)展[1]。中原大化公司變壓吸附裝置為濮陽(yáng)永金公司年產(chǎn)20萬(wàn)噸乙二醇裝置的配套項(xiàng)目，將上游煤氣化裝置原料氣中的CO、H2分別進(jìn)行提純，并去除其他雜質(zhì)成分，送往界外乙二醇裝置進(jìn)行反應(yīng)合成。本文對(duì)PSA裝置自建成投產(chǎn)以來(lái)遇到的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行了分析。

一、裝置概述

該裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為CO產(chǎn)量22000Nm3/h，H2產(chǎn)量42000Nm3/h，原料氣處理量為90000 Nm3/h。裝置工藝流程依次為PSA-CO2區(qū)主要由14臺(tái)吸附器組成，用以分離回收原料氣中的CO2等雜質(zhì)組分；PSA-CO區(qū)由16臺(tái)吸附器及14臺(tái)真空泵組成，用以分離并提純其中的CO產(chǎn)品；

PSA-H2區(qū)由12臺(tái)吸附器組成進(jìn)一步提純H2并送往乙二醇裝置；自2013年9月乙二醇突破80%負(fù)荷以來(lái)，變壓吸附也隨之暴露諸多問(wèn)題，嚴(yán)重制約著負(fù)荷的進(jìn)一步提升，急需進(jìn)行處理和改進(jìn)。

二、吸附劑下沉和粉化

在檢修程控閥門(mén)和動(dòng)設(shè)備時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)工作腔內(nèi)有大量吸附劑粉末，對(duì)設(shè)備的密封面和工作面形成沖刷和卡澀，而且易造成程控閥門(mén)特別是偏心蝶閥的密封面損壞，導(dǎo)致閥門(mén)內(nèi)漏竄氣事故。同時(shí)該粉末滯留真空泵進(jìn)氣閥后造成氣閥堵塞，導(dǎo)致真空泵效率降低等問(wèn)題。

1.下沉粉化原因

在對(duì)吸附塔抽查時(shí)發(fā)現(xiàn)吸附劑已下沉約70公分，上層表面和分布器處有大量吸附劑粉末。其原因?yàn)槠鸪跹b填吸附劑時(shí)從吸附器頂部人孔直接倒入，裝置運(yùn)行一段時(shí)間后則會(huì)下沉，形成頂部空間。吸附劑隨氣流來(lái)回跳動(dòng)和碰撞粉化。

2.整改措施

確立吸附劑裝填方案，估算吸附劑裝填所需種類(lèi)和重量，對(duì)各吸附器進(jìn)行封頭拆除和吸附劑裝填。在不影響通流量的情況下提高絲網(wǎng)密度并重新加固，防止吸附劑顆粒穿透絲網(wǎng)進(jìn)入工藝管道及設(shè)備。

三、設(shè)備閥門(mén)問(wèn)題

1.吸附器開(kāi)裂現(xiàn)象

在對(duì)其他大型變壓吸附單位考察時(shí)發(fā)現(xiàn)部分廠家的吸附器本體有開(kāi)裂泄漏現(xiàn)象，其原因?yàn)椴糠衷O(shè)備生產(chǎn)廠家在吸附器外壁上焊接保溫托圈或鉤釘后沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)焊縫進(jìn)行打磨與母材平齊處理，造成應(yīng)力集中形成裂紋。

隨后我廠立即組織人員對(duì)吸附器上保溫托圈上下300mm范圍進(jìn)行保溫拆除，打磨除銹后進(jìn)行著色探傷檢驗(yàn)。目前未發(fā)現(xiàn)有裂紋和泄漏現(xiàn)象，對(duì)外部焊縫進(jìn)行打磨圓化處理。

2.程控閥故障

程控閥是PSA裝置高度自動(dòng)化的主要執(zhí)行裝置，每天開(kāi)啟閉合達(dá)千次，因此對(duì)密封面、填料、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都有著高度要求。

在檢修以前根據(jù)工藝變化情況找出泄漏閥門(mén)，更換程控蝶閥密封外環(huán)，密封填料，在平衡缸、填料、氣缸等處加少量二硫化鉬減少磨損。另在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分手動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧傾倒卡澀問(wèn)題，原因?yàn)榛⌒螝飧椎撞坎荒芎芎弥螐椈芍绷⑦\(yùn)作，通過(guò)將彈簧底部用鐵環(huán)焊接加固后問(wèn)題消除。

3.動(dòng)設(shè)備問(wèn)題

本裝置選用14臺(tái)WLW-2400B型往復(fù)立式無(wú)油真空泵做為CO提純?nèi)纬榭帐褂茫蛟摫糜幸讚p件多、主要部件重量大、外部附件多等缺陷，致使日常檢修任務(wù)繁重，占據(jù)PSA裝置70%的檢修工作量。

因此在真空泵廠房設(shè)計(jì)之初應(yīng)充分考慮檢修工作的便利性，廠房?jī)?nèi)應(yīng)配備能夠覆蓋檢修區(qū)域的天車(chē)，且盡量保證真空泵上方無(wú)干擾吊裝的管線、線橋等設(shè)施，能夠在線突擊檢修節(jié)省工時(shí)。嚴(yán)格定期更換的易損部件，特別是氣閥部件應(yīng)安排工藝人員進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)溫檢查，避免嚴(yán)重內(nèi)漏超溫甚至撞缸事故的發(fā)生。而在設(shè)計(jì)之初應(yīng)處分估算吸附劑、管道部件的影響，保證富余量和有備機(jī)可用，避免投產(chǎn)后在另加真空泵。

四、脫碳?xì)釩O2含量超標(biāo)

1.問(wèn)題原因分析

理想的吸附解析過(guò)程是等溫過(guò)程，而在實(shí)際生產(chǎn)中由于北方氣溫冬夏溫差大，導(dǎo)致原料氣由夏季的30℃將至冬季的8℃左右。低溫CO2難以從吸附劑中徹底解析，致使脫碳?xì)庵蠧O2含量超標(biāo)。

2.工藝調(diào)整困難

為保證脫碳單元出口CO2含量不超標(biāo)，縮短脫碳單元運(yùn)行周期，造成脫碳?xì)饬窟^(guò)少影響下一工段CO提純負(fù)荷的提高，如果為提高脫碳工序解析效果需增加沖洗氣量，導(dǎo)致產(chǎn)生尾氣量過(guò)大增加尾氣壓縮機(jī)負(fù)荷，給進(jìn)一步提升負(fù)荷帶來(lái)新的困難。

3.應(yīng)對(duì)措施

1 、提高原料氣溫度，由煤化工裝置到變壓吸附裝置原料氣管線加裝制作伴熱管線，用以提高吸附劑床層溫度改善解析效果。2、提高鼓風(fēng)機(jī)出口溫度并在出口管線加裝保溫，維持置換氣溫度。3、在H2提純區(qū)去脫碳區(qū)之間增加蒸汽加熱器一組用以提高沖洗氣溫度，保證CO2分離工序吸附劑床層溫度控制在40度最佳工作溫度，進(jìn)而提高CO2組分分離效果。

4.技改效果

目前裝置運(yùn)行良好，投用后在負(fù)荷基本不變的情況下，一區(qū)脫碳?xì)庵笜?biāo)下降在范圍之內(nèi)。改造后不但提高了CO純度，增加了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)提高了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

中原大化變壓吸附裝置自2012年10月運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的摸索和改進(jìn)已能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，雖然目前向85%以上負(fù)荷提升還要面臨更多問(wèn)題，但隨著操作水平和設(shè)備工藝的改進(jìn)將進(jìn)一步得到解決。

[1]陳建，古共偉，部豫川，我國(guó)變壓吸附技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J],化工進(jìn)展，1998，17（1）；14-17.