開(kāi)停真空泵控制變壓吸附產(chǎn)品氣中CO2含量總結(jié)

(江西省雙強(qiáng)化工有限公司，江西 新余 338000)

我公司2012年1月以前合成氨系統(tǒng)脫碳閃蒸氣直接回收至高壓機(jī)一進(jìn)總管。閃蒸氣中大部分是CO2，還有少量的H2、N2、CO等，CO2是合成氨的無(wú)用氣體，回收至高壓機(jī)一進(jìn)總管，不但影響高壓機(jī)打氣量，而且增加動(dòng)力消耗。為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，節(jié)約能耗，公司外購(gòu)一套變壓吸附舊裝置，用來(lái)回收閃蒸氣中氫氣，降低閃蒸氣中CO2含量，然后再送入壓縮機(jī)一進(jìn)總管利用。

1 工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 工藝流程

原料氣為來(lái)自以煤為原料的碳丙脫碳閃蒸氣，溫度不超過(guò)35 ℃，操作壓力0.40～0.50 MPa(表壓)，二氧化碳含量約65%，經(jīng)水洗塔水洗除掉氣體中所含的碳丙溶液等雜質(zhì)后，再經(jīng)過(guò)氣水分離器進(jìn)入吸附塔底部，吸附劑將變換氣中的CO2脫除在指標(biāo)內(nèi)送入高壓機(jī)一進(jìn)總管。

本裝置中每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中需經(jīng)歷吸附、預(yù)回收、均壓降、順?lè)呕厥?、逆放放空、抽空、均壓升、充升等工藝步驟。

1.2 裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

本裝置處理氣體能力6 000 m3/h；產(chǎn)品氣中CO2含量≤6.0%；吸附壓力0.4～0.5 MPa(表壓)；吸附溫度≤40 ℃(環(huán)境溫度)。

2 設(shè)備一覽表(表1)

表1 設(shè)備一覽表

3 裝置運(yùn)行情況

2012年3月變壓吸附裝置開(kāi)始安裝，吹掃、試壓、調(diào)試完成后，5月15日正式開(kāi)車(chē)運(yùn)行。工藝指標(biāo)控制如下：產(chǎn)品氣中CO23%～5%；系統(tǒng)壓力0.35～0.45 MPa；真空度≤-60 kPa；油壓4.0～5.0 MPa。

裝置從開(kāi)車(chē)運(yùn)行至2012年10月底較正常，系統(tǒng)壓力約0.4 MPa，進(jìn)口氣量3 000～4 000 m3/h，回收產(chǎn)品氣流量1 000～1 800 m3/h，產(chǎn)品氣中CO2≤4%，產(chǎn)品回收率可達(dá)到80%以上。表2是生產(chǎn)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表2 投運(yùn)初期運(yùn)行情況

從表2可以看出，真空泵開(kāi)啟運(yùn)行，真空度-60 kPa以下，產(chǎn)品氣中CO2都在3%以下。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中吸附時(shí)間在不斷增加，但是產(chǎn)品氣CO2含量未見(jiàn)明顯上漲。

4 停用真空泵

我們回收的產(chǎn)品氣是送入高壓機(jī)一進(jìn)總管，產(chǎn)品氣中CO2含量完全可以適當(dāng)高些，甚至可以與半水煤氣中的CO2含量(一般在8.0%～9.5%之間)一致，這樣產(chǎn)品氣回收率也會(huì)提高。

根據(jù)理論分析，吸附劑吸附飽和后，再生越徹底，下一個(gè)循環(huán)吸收CO2氣體后的產(chǎn)品氣中CO2含量會(huì)越低。因此我們?cè)O(shè)想把真空泵停掉，吸附劑真空再生改為常壓再生，那么，吸附劑再生程度下降，這樣吸附劑吸附能力也會(huì)下降，產(chǎn)品氣中CO2含量就會(huì)適當(dāng)高些，這樣不但達(dá)到提高CO2含量的目的，而且可以節(jié)約真空泵運(yùn)行的電耗和檢修費(fèi)用。

2012年10月30日10：30停下真空泵，這樣吸附劑再生程度下降，因此需要適當(dāng)降低吸附時(shí)間，由原來(lái)的400 s降為300 s左右。正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)品氣中CO2含量一般為9.0%左右，H2含量一般為60%左右，完全滿足生產(chǎn)要求。

2012年11月5日，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，為了提高閃蒸氣氫氣回收率，對(duì)變壓吸附工藝指標(biāo)作相應(yīng)調(diào)整：產(chǎn)品氣CO2含量控制在8%～10%之間，氫含量控制在56%～63%之間。

真空泵停下后系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為了滿足產(chǎn)品氣工藝指標(biāo)，根據(jù)產(chǎn)品氣CO2含量，適當(dāng)減少吸附時(shí)間。一般減至240 s(微機(jī)程序設(shè)計(jì)最低位240 s)后不能再減。運(yùn)行一段時(shí)間后，產(chǎn)品氣CO2含量最后還是上漲至17%，這時(shí)再開(kāi)啟真空泵運(yùn)行一天，又可以停掉真空泵，再次調(diào)整吸附時(shí)間，就能滿足生產(chǎn)要求。一般來(lái)說(shuō)，每隔2個(gè)月左右開(kāi)一次真空泵運(yùn)行24 h即可。表3為那段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表3 隔2月開(kāi)一次真空泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 再次啟用真空泵，調(diào)節(jié)真空度運(yùn)行

從2012年10月30日停下真空泵，兩個(gè)月左右開(kāi)一次，一直運(yùn)行至2014年4月5日，產(chǎn)品氣CO2和H2含量都在指標(biāo)之內(nèi)。2014年4月5日，把變脫溶液閃蒸氣引入變壓吸附系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)氣量高了些。2014年4月14日9:00，產(chǎn)品氣中CO2含量漲至17.7%。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，11:10啟動(dòng)1#真空泵運(yùn)行，吸附時(shí)間從240 s慢慢調(diào)至400 s左右，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，至4月15日16:30后停下真空泵，吸附時(shí)間又降為250 s。但是這次系統(tǒng)運(yùn)行至17日6:20左右，產(chǎn)品氣CO2含量又上升至17.5%。17日10:10再次啟動(dòng)真空泵，考慮到吸附劑用的時(shí)間太長(zhǎng)，吸附能力可能有所下降，因此再生要徹底些，所以這次準(zhǔn)備真空泵運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)，而且相應(yīng)吸附時(shí)間提高到了500 s左右。一直運(yùn)行至21日10:45停下真空泵，吸附時(shí)間240 s，暫時(shí)運(yùn)行正常，但是到了23日11:00，產(chǎn)品氣CO2含量又漲至17.2%，再次開(kāi)啟真空泵運(yùn)行，反復(fù)開(kāi)停多次，而且時(shí)間間隔都只有3～5 d。從這幾次真空泵開(kāi)用情況來(lái)看，好像真空泵不開(kāi)，產(chǎn)品氣CO2含量下不來(lái)，開(kāi)起來(lái)產(chǎn)品氣CO2含量又太低，真空泵開(kāi)與不開(kāi)都不能達(dá)到生產(chǎn)要求。

為了滿足生產(chǎn)要求，公司決定還是開(kāi)用真空泵，降低產(chǎn)品氣CO2含量。否則變壓吸附裝置運(yùn)行無(wú)意義。真空泵一旦開(kāi)啟，為了保證產(chǎn)品氣CO2含量合乎指標(biāo)，增加吸附時(shí)間至500 s，但產(chǎn)品氣CO2含量不穩(wěn)定。因?yàn)槲綍r(shí)間越長(zhǎng)，在一個(gè)吸附時(shí)間內(nèi)，前階段吸附劑吸附能力強(qiáng)，產(chǎn)品氣CO2含量會(huì)較低，后階段吸附能力隨著吸附劑慢慢吸附了CO2變成飽和狀態(tài)，產(chǎn)品氣CO2含量會(huì)高起來(lái)，導(dǎo)致產(chǎn)品氣CO2含量極不穩(wěn)定，因此要求吸附時(shí)間不要太長(zhǎng)。但真空泵又必須要開(kāi)，所以就考慮開(kāi)啟真空泵運(yùn)行后，怎么提高產(chǎn)品氣中CO2含量，于是就想到改變真空度，讓吸附劑再生不太徹底，使吸附能力下降，再縮短吸附時(shí)間，就能滿足生產(chǎn)工藝要求。正好真空泵進(jìn)口管處有一個(gè)蝶閥與空氣相連，把此蝶閥適當(dāng)開(kāi)一點(diǎn)，適當(dāng)吸入一些空氣進(jìn)真空泵，保證真空度在-20～-30 kPa之間。

經(jīng)過(guò)摸索發(fā)現(xiàn)，操作時(shí)一般穩(wěn)定吸附時(shí)間在370 s左右，然后用真空泵進(jìn)口蝶閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)泵進(jìn)口空氣量，控制真空度在-25～-35 kPa，使產(chǎn)品氣CO2含量調(diào)至指標(biāo)內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)行至現(xiàn)在，產(chǎn)品氣CO2含量和H2含量都能穩(wěn)定在指標(biāo)內(nèi)。

表4是控制真空度的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表4 用泵進(jìn)口蝶閥開(kāi)度來(lái)控制真空度運(yùn)行的工藝數(shù)據(jù)

6 總 結(jié)

脫碳閃蒸氣變壓吸附后產(chǎn)品氣是送至高壓機(jī)一進(jìn)總管，不像變壓吸附脫碳，產(chǎn)品氣中CO2含量低更好。因此脫碳閃蒸氣變壓吸附后產(chǎn)品氣CO2含量只要與高壓機(jī)一進(jìn)總管半水煤氣CO2含量接近即可，所以以調(diào)節(jié)好產(chǎn)品氣的工藝指標(biāo)為前提，來(lái)決定真空泵的開(kāi)與不開(kāi)。

變壓吸附裝置投入運(yùn)行前期，吸附劑是新購(gòu)的，使用初期，吸附能力比較強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)進(jìn)氣量即便達(dá)到設(shè)計(jì)能力，不開(kāi)真空泵，都能滿足生產(chǎn)工藝要求。

變壓吸附裝置運(yùn)行至中后期，如果系統(tǒng)進(jìn)氣量超過(guò)設(shè)計(jì)能力的60%，真空泵就不能停，但可根據(jù)實(shí)際情況，降低真空泵的真空度來(lái)滿足工藝要求。如果系統(tǒng)進(jìn)氣量在設(shè)計(jì)能力的30%～60%，就要根據(jù)實(shí)際情況，開(kāi)用1～2 d真空泵，再停下，繼續(xù)運(yùn)行2月左右再開(kāi)真空泵，這樣間斷運(yùn)行。如果系統(tǒng)進(jìn)氣量在設(shè)計(jì)能力的30%以下，可不開(kāi)真空泵，就能滿足生產(chǎn)。

以上是我們自己的經(jīng)驗(yàn)，各廠可根據(jù)自身的情況而有所變化?？傊婵毡玫拈_(kāi)與不開(kāi)，都是只要滿足吸附劑的再生要求，保證產(chǎn)品氣合格即可。