提高PSA提氫裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的研究

段洪飛

(河南開(kāi)祥精細(xì)化工有限公司 ， 河南 義馬 472300)

PSA提氫裝置由于操作簡(jiǎn)單、安全穩(wěn)定、故障率低等特點(diǎn)，已在化工企業(yè)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)其在開(kāi)車(chē)過(guò)程、運(yùn)行期間及綜合設(shè)計(jì)等三個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)分析，以提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 縮短PSA提氫裝置的開(kāi)車(chē)時(shí)間

PSA提氫裝置在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，為了獲得合格的產(chǎn)品，需要長(zhǎng)時(shí)間地放空不合格的產(chǎn)品，以置換吸附塔及管道內(nèi)部的氮?dú)?，此過(guò)程操作方法不同所使用的時(shí)間也不同。通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)PSA提氫裝置的操作與分析，系統(tǒng)總結(jié)出適用于所用裝置的開(kāi)車(chē)方法，計(jì)算出開(kāi)車(chē)所用的時(shí)間。

本次進(jìn)行試驗(yàn)的一套PSA提氫裝置，提氫能力為12 000 Nm3/h，共14臺(tái)吸附塔，4塔同時(shí)參與吸附，5次均壓，單臺(tái)吸附塔的吸附時(shí)間為60 s，工作壓力2.9 MPa，開(kāi)車(chē)時(shí)塔內(nèi)氮?dú)鈮毫?.05 MPa。正常的開(kāi)車(chē)步驟產(chǎn)品氣合格需要3～4 h，通過(guò)此方法開(kāi)車(chē)時(shí)間可以控制在1 h左右。具體方法介紹：①氮?dú)庵脫Q合格后，啟動(dòng)PSA提氫裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，緩慢打開(kāi)進(jìn)口閥，根據(jù)前系統(tǒng)要求控制流量避免由于流量過(guò)大造成系統(tǒng)波動(dòng)。②打開(kāi)解吸氣外送閥，始終保持產(chǎn)品氣出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)。吸附塔10 min左右可以升到工作壓力。③縮短吸附時(shí)間為最低60 s運(yùn)行，加大解吸氣的外送量。運(yùn)行30 min后取樣分析，產(chǎn)品氣中的氮?dú)夂?1%，45 min后取樣分析，產(chǎn)品氣中的氮?dú)?100×10-6。達(dá)到下工段工藝要求，具備外送條件。④聯(lián)系下個(gè)工段，打開(kāi)產(chǎn)品氣出口閥[1-2]。

本裝置多次使用此方法進(jìn)行開(kāi)車(chē)，并在開(kāi)車(chē)期間取樣分析其結(jié)果均與上述數(shù)據(jù)一致。通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)其中原理，關(guān)鍵在于產(chǎn)品氣出口閥何時(shí)打開(kāi)。

2 延長(zhǎng)PSA提氫裝置運(yùn)行期間的吸附時(shí)間

操作PSA提氫裝置的技術(shù)人員知道，通過(guò)調(diào)整吸附塔的吸附時(shí)間，可獲得不同純度的產(chǎn)品氫氣。為得到高純度的產(chǎn)品氫氣，勢(shì)必要減少吸附塔的吸附時(shí)間。然而吸附時(shí)間減少，意味著吸附塔在單位時(shí)間內(nèi)再生次數(shù)的增多，增加了程控閥的開(kāi)關(guān)頻次，縮短了閥桿填料的使用周期，造成填料處漏氣，需要進(jìn)行更換，但其難度較大。①工藝置換十分困難，甚至需要整套裝置停車(chē)置換；②程控閥結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，內(nèi)部零件很多維修技術(shù)要求較高；③原廠生產(chǎn)的填料價(jià)格昂貴，增加檢修費(fèi)用。因此，通過(guò)延長(zhǎng)吸附塔的吸附時(shí)間，可有效地延長(zhǎng)程控閥的使用周期，降低檢修費(fèi)用。尋求如何在保證產(chǎn)品氫氣純度的同時(shí)，最大程度地延長(zhǎng)吸附塔的吸附時(shí)間，是提高PSA提氫裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最佳方法。

PSA提氫裝置通過(guò)在線儀表連續(xù)監(jiān)測(cè)，以確保產(chǎn)品氣的純度穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)PSA提氫裝置研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)吸附時(shí)間的最關(guān)鍵因素是尋找最佳的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。目前設(shè)計(jì)均為產(chǎn)品氣出口管道，通過(guò)取樣分析發(fā)現(xiàn)最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)為順?lè)殴捱M(jìn)口管道。

目前，PSA提氫裝置氫氣純度在線檢測(cè)儀表一般安裝在產(chǎn)品氫氣出口管道上。為了實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在延長(zhǎng)吸附塔的吸附時(shí)間時(shí)，若出現(xiàn)氫氣純度降低，通過(guò)降低吸附時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)可能無(wú)法恢復(fù)產(chǎn)品氫氣的純度。因?yàn)槲絼┰谕瓿晌狡胶夂?，仍有大量的雜質(zhì)不能被吸附劑所吸附而進(jìn)入到產(chǎn)品氣緩沖罐內(nèi)，當(dāng)在線監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)到產(chǎn)品氫氣純度降低時(shí)，多個(gè)吸附塔以及產(chǎn)品氣緩沖罐已全部被雜質(zhì)氣污染，這時(shí)需要使用大量的氫氣進(jìn)行置換，吸附塔置換合格后才能置換產(chǎn)品氣緩沖罐，產(chǎn)品氫氣純度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)才能恢復(fù)，所以選擇在產(chǎn)品氫氣出口管線上對(duì)純度進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果滯后不利于吸附時(shí)間的調(diào)整[3]。

通過(guò)對(duì)PSA提氫裝置整個(gè)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)吸附塔順?lè)艜r(shí)，是最后一次由塔頂向外送氣，且在一個(gè)吸附周期內(nèi)只有一臺(tái)吸附塔在順?lè)?。將氫氣純度在線監(jiān)測(cè)儀表安裝在順?lè)殴捱M(jìn)口管道上進(jìn)行監(jiān)控，可以瞬時(shí)反應(yīng)單臺(tái)吸附塔的吸附情況，及時(shí)調(diào)整吸附時(shí)間，確保產(chǎn)品氫氣純度不受影響。因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)氫氣純度下降，只是單臺(tái)吸附塔有少量的雜質(zhì)氣脫離吸附劑進(jìn)入順?lè)艢饩彌_罐，一般情況下多臺(tái)吸附塔對(duì)應(yīng)一臺(tái)順?lè)艢饩彌_罐，對(duì)整個(gè)PSA提氫裝置的運(yùn)行造成影響，只要及時(shí)降低吸附時(shí)間即可控制產(chǎn)品氫氣純度，穩(wěn)定最佳吸附時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)PSA提氫裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)的變更，可以準(zhǔn)確地確定其最佳吸附時(shí)間，同時(shí)便于員工操作及調(diào)整，穩(wěn)定產(chǎn)品氣純度[4]。

3 合理的綜合設(shè)計(jì)及程控閥選型

3.1 解析氣的綜合利用有利于PSA提氫裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

PSA提氫裝置是通過(guò)降低吸附塔內(nèi)的壓力完成吸附劑的再生，解析氣壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量越大，越有利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了降低解吸氣壓力，PSA提氫裝置通過(guò)增加真空泵已實(shí)現(xiàn)降低解吸氣壓力的目的，并將解吸氣送去火炬系統(tǒng)。這樣一來(lái)，解吸氣不但沒(méi)有回收利用，反而又增加了相應(yīng)的設(shè)備投資以及后期運(yùn)行費(fèi)用，不利于裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。解吸氣的回收利用是提高PSA提氫裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最佳手段。通過(guò)增加解吸氣壓縮機(jī)，在降低解吸氣壓力的同時(shí)又可以提供不同壓力等級(jí)解吸氣，滿(mǎn)足其它工藝的需求，實(shí)現(xiàn)解吸氣的綜合利用。根據(jù)解吸氣成分的不同，經(jīng)過(guò)加壓后可以作為燃料氣使用，也可以送入工藝系統(tǒng)合成甲醇等化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.2 程控閥的正確選型可降低維護(hù)費(fèi)用

程控閥作為PSA提氫裝置最重要的設(shè)備，其選型的正確性是影響運(yùn)行后維護(hù)成本的重要因素。目前程控閥一般有兩種：一種是氣動(dòng)式蝶閥，另一種是油動(dòng)式截止閥。下面對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)分別進(jìn)行分析，以提供合適的選型，達(dá)到降低維護(hù)成本的目的。

①氣動(dòng)式蝶閥型程控閥。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、運(yùn)行費(fèi)用低，便于維修等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)較多，如：體積較大、開(kāi)關(guān)速度較慢、密封性差、開(kāi)啟壓差偏小等。為了降低設(shè)備投入，在設(shè)計(jì)時(shí)氣源選用工廠空氣，由于其壓力較低，為了滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)時(shí)間的要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)較為龐大，所需安裝位置較大。適用于工作壓力較低，產(chǎn)品氣純度要求不高，建設(shè)面積較大的裝置使用。②油動(dòng)式截止閥。具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高、維修難度大、滲油現(xiàn)象較多衛(wèi)生難以打掃等缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)如：體積小、開(kāi)關(guān)速度快、密封性好、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)開(kāi)啟壓差等。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)較小，需要較高的傳動(dòng)油壓，增加液壓油站以提高油壓。推薦適用工作壓力較高，產(chǎn)品氣純度要求較高，建設(shè)面積較小的裝置使用。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)PSA提氫裝置在開(kāi)車(chē)工程中縮短其時(shí)間，減少置換時(shí)氣體的排放，以節(jié)約開(kāi)車(chē)成本；在運(yùn)行期間通過(guò)對(duì)不同檢測(cè)點(diǎn)的分析，尋找最佳的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以有效地推算出合理的吸附時(shí)間，減少程控閥的開(kāi)關(guān)頻次，節(jié)約運(yùn)行成本。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)以及對(duì)不同形式的程控閥的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹，為其設(shè)計(jì)提供選擇的方向，為后期的運(yùn)行、檢修節(jié)約維修成本。同時(shí)，通過(guò)對(duì)10年來(lái)PSA提氫裝置的操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以便其他技術(shù)人員進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。