PSA裝置運行中存在的問題及解決對策

陳 雷

（中國石油哈爾濱石化分公司，黑龍江哈爾濱150056）

哈爾濱石化分公司的20000 m3/h PSA 裝置由變壓吸附提氫、解吸氣緩沖系統(tǒng)及產(chǎn)品脫氧精制系統(tǒng)組成。裝置的建設規(guī)模為處理催化裂化干氣20000 m3/h，裝置負荷范圍：60%～120%（12000～24000 m3/h）。由于原料不足，設備按10000 m3/h負荷設計，年運行8000 h。該裝置自2001年建成后一直沒有開工，2010年委托四川天一科技股份有限公司基于原料實際情況對裝置設備進行必要改造、完善設計，恢復PSA 裝置運行。該裝置于2011年8月4 日一次開車成功，主要生產(chǎn)氫氣，副產(chǎn)品為解吸氣［1]。

1 工業(yè)裝置

1.1 原材料

PSA裝置變壓吸附技術(shù)是以吸附劑(多孔固體物質(zhì))內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點組分、不易吸附低沸點組分和高壓下吸附量增加（吸附組分）、減壓下吸附量減少（解吸組分）的特性。將原料氣在高壓下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點雜質(zhì)組分被選擇性吸附，低沸點組分的氫不易吸附而通過吸附劑床層，達到氫和雜質(zhì)組分的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質(zhì)組分使吸附劑獲得再生，再次進行吸附分離雜質(zhì)。這種高壓力下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸附過程［2]。

1.2 工藝流程

原料氣在0.80 MPa、45 ℃下進入該裝置，在冷卻器中冷卻到-30 ℃后，通過氣液分離混合器除去液態(tài)物質(zhì)后經(jīng)流量控制進入由8 個吸附器組成的變壓吸附系統(tǒng)。系統(tǒng)采用8-2-3/VP工藝運行時序，系統(tǒng)內(nèi)始終有2個吸附器從其下部（入口端）進入原料氣，吸附器內(nèi)裝填有吸附劑，氣體自下而上通過吸附床，雜質(zhì)組份被吸附劑選擇性吸附，未被吸附的半產(chǎn)品氫氣從吸附器上部（出口端）流出，經(jīng)加熱器達到80 ℃。催化除氧和冷卻分離除去冷凝液后，經(jīng)產(chǎn)品緩沖罐送往氫氣增壓機使氫氣在2.0 MPa下輸出界區(qū)。變壓吸附系統(tǒng)排出的解吸氣來自某吸附器的逆放和抽空步驟。在逆放步驟開始壓力較高部分的解吸氣先進入1 臺解吸氣緩沖罐，再經(jīng)調(diào)節(jié)降壓與逆放壓力較低的解吸氣、以及在抽空步驟由真空泵機組抽吸出的解吸氣一起通過另外3 臺并列的解吸氣混合罐，經(jīng)過壓縮達到0.8 MPa后，進入廠區(qū)燃料管網(wǎng)［3]。

2 存在的問題及解決措施

2.1 精制干氣雜質(zhì)超標

2018年8～9月，由于雙脫裝置出現(xiàn)波動，造成精制干氣中硫化氫含量經(jīng)常發(fā)生波動。進而解吸氣中硫化氫含量增高，由于解吸氣作為全廠加熱爐耗用高壓瓦斯的重要來源，造成了連續(xù)重整裝置落地省煤器管束、加氫裂化瓦斯加熱器管束均發(fā)生泄漏，見圖1，2。

圖1 連續(xù)重整裝置落地式省煤器泄漏

圖2 加氫裂化裝置瓦斯加熱器泄漏

根據(jù)以上原因雙脫裝置采取6項措施：

（1）預先提高干氣脫硫塔液氣比，平穩(wěn)胺液再生負荷。

（3）投運三級過濾流程，過濾系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)與漂浮物。

（4）建議公司協(xié)調(diào)質(zhì)檢計量部增加貧胺液分析，爭取2 次/月增加到4 次/月，掌握真實數(shù)據(jù)，為操作提供數(shù)據(jù)支持。

（5）建議公司開展胺液在線凈化工作，通過在線凈化，提升胺液品質(zhì)，重點是降低胺液中的熱穩(wěn)鹽含量，為各個用胺裝置創(chuàng)造條件。

（6）建議公司在汽油加氫富胺液返回流程上增加過濾器，過濾在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類雜質(zhì)與粉末。

上游雙脫裝置通過調(diào)整后，PSA精制干氣中硫化氫含量滿足了工藝條件。

2.2 程控閥故障頻率高

程控閥是PSA 裝置的關(guān)鍵設備，閥門出現(xiàn)內(nèi)漏會降低PSA 裝置的產(chǎn)品回收率，閥門外漏會造成氣體燃燒甚至爆炸的危害。PSA 裝置的特點決定了程控閥動作頻繁，1只程控閥每年動作接近10萬次，閥門還要受到氣流來回的強烈沖刷。哈爾濱石化分公司PSA 裝置程控閥為天科股份“第二代”程控閥，在使用過程中主要存在冬季-30 ℃低氣溫條件下程控閥打開、關(guān)閉延時造成均壓不徹底，以及頻繁出現(xiàn)外漏造成裝置切塔及停工處理。

采取3項措施：

（1）對KV-501/1-8、KV-503/1-8、KV-507/1-8、KV-512/A-B、KV-513/A-B，共計28 個程控按照就近原則配置10 組電伴熱，解決了以上程控閥在冬季啟閉延時的問題。

（2）加強程控閥回訊管理，一旦發(fā)生回訊異常，及時維修，為裝置分析、解決生產(chǎn)問題起到了快速、準確的支持［4]。

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（3）對裝置開關(guān)次數(shù)頻繁的程控閥進行升級換代，天科股份“第六代”高效能氣動程控截止閥，保證了開關(guān)速度≤2 s，易損件使用壽命達到6 a 以上，與裝置檢維修周期同步的目的，滿足裝置生產(chǎn)需求。

2.3 壓縮機負荷不夠

PSA 裝置的建設規(guī)模為處理催化裂化干氣量20000 m3/h，負荷范圍：60%～120%。由于原料不足，動力設備按10000 m3/h負荷設計。

哈石化公司自2013年900 kt/a汽油加氫裝置、2014年1000 kt/a 柴油加氫裝置陸續(xù)開工，酸性氣量變大，PSA 裝置解吸氣壓縮機、氫氣壓縮機運行負荷不夠。當原料壓力升高時，在原料壓力高于瓦斯管網(wǎng)壓力時，可通過原料壓力調(diào)節(jié)閥PV501將部分氣體轉(zhuǎn)入瓦斯管網(wǎng)，這樣就造成精制干氣中的氫氣直接當加熱爐瓦斯燒掉，浪費了氫資源。

針對設備瓶頸，結(jié)合現(xiàn)有管網(wǎng)流程，采取PSA氫氣壓縮機入口增設1 條至柴油加氫裝置膜分離的氫氣管線，以減少PSA 氫氣壓縮機負荷，實現(xiàn)了加工量及產(chǎn)氫量最大化的目的。并且PSA 裝置原先需要運轉(zhuǎn)兩臺氫氣壓縮機，優(yōu)化后只需運轉(zhuǎn)1臺氫氣壓縮機即可，能耗有較大幅度的下降，見表1。

表1 PSA氫氣流程優(yōu)化前、后能耗對比

2.4 真空泵噪音大

水環(huán)真空泵作為PSA 裝置抽真空的重要設備，直接影響氫氣的品質(zhì)及吸附劑的使用壽命。PSA 裝置原設計采用的是2BE1403-0BG3 型號水環(huán)真空泵，由于該泵型號比較陳舊，在實際運行中經(jīng)常發(fā)生密封面泄露，給機泵維修和裝置安全運行帶來非常大的壓力和考驗，結(jié)合PSA 裝置大修，委托東北煉化錦州設計院對真空泵進行改造。采用山東淄博真空設備廠有限公司的2BE3520-340液環(huán)真空泵。

真空泵項目改造后，真空泵數(shù)量由原來的6臺泵減少至3 臺泵，分別為P501/A、B、C，入口程控閥分別為KV514/1、2、3、4，單雙系中間聯(lián)通線程控閥為KV511，P501/A入口通過程控閥KV514/1接入雙系，P501/C 入口通過程控閥KV514/4 接入單系，P501/ B 入口通過程控閥KV514/2 接入雙系，通過程控閥KV514/3 接入單系。因此正常生產(chǎn)時單系運行P501/C，雙系運行P501/A，當單系泵P501/C 出現(xiàn)故障時，則打開KV514/3，運行P501/B，當雙系泵P501/A出現(xiàn)故障時，則打開KV514/2，運行P501/B。當真空泵3臺中有2臺都損壞時則需要切為7塔運行，打開KV511。

由于真空泵、程控閥數(shù)量減少，PSA 泵房內(nèi)噪音大的問題得到解決。

2.5 停工不放火炬

PSA裝置正常停工的基本順序為切進料，停程序，停真空泵、壓縮機，將PSA 切出系統(tǒng)、泄壓。但是在實際操作中將程序由“AUTO”改為“MAN”后所有程控閥聯(lián)鎖全部關(guān)閉，停運解吸氣壓縮機后，將造成大部分精制干氣被截留在吸附塔內(nèi)，系統(tǒng)低壓系統(tǒng)壓力大幅增加。

在對PSA 裝置停工步驟仔細研究后，優(yōu)化停工步驟，在裝置停程序后，手動將吸附塔至解吸氣緩沖罐相關(guān)程控閥打開，利用解吸氣壓縮機將吸附塔內(nèi)的瓦斯可以壓入到高壓瓦斯管網(wǎng)內(nèi)，減輕了后續(xù)裝置泄壓至低壓瓦斯系統(tǒng)的壓力［5]。

3 結(jié)束語

（1）加強雙脫裝置操作，嚴格控制精制干氣中H2S含量消除了對下游設備的腐蝕。

（2）對重點程控閥增加電伴熱和更換新型程控閥減少了PSA裝置波動以及泄漏。

（3）PSA 產(chǎn)品氫氣配至膜分離流程解決了氫氣壓縮機負荷不夠的難題。

（4）PSA 裝置更換新型真空泵解決了泵房噪音大的問題。

（5）優(yōu)化停工操作，最大化降低吹掃泄壓量，減少了吹掃氣放火炬。