變壓吸附脫碳裝置運行時序優(yōu)化總結(jié)

張靈娜，袁 帥

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽 455133)

為了降低能源消耗、提高經(jīng)濟效益、減少資源浪費，河南能源化工集團安化公司考慮回收合成氨新系統(tǒng)乙二醇裝置變壓吸附(PSA)解吸氣。自2012年回收此部分解吸氣后，合成氨新系統(tǒng)PSA脫碳裝置產(chǎn)出的CO2純度不合格且氣量無法滿足尿素用量要求。2013年對PSA脫碳裝置運行時序進行了優(yōu)化[1]，雖然暫時達到生產(chǎn)尿素的要求，但是隨著乙二醇裝置生產(chǎn)負荷的不斷提升，回收到合成氨系統(tǒng)的解吸氣不斷增多，致使進入PSA脫碳裝置的CO2體積分數(shù)又有下降，又出現(xiàn)了產(chǎn)品CO2氣量小及純度低的問題；針對該情況，再次對PSA脫碳裝置運行時序進行優(yōu)化，以滿足尿素系統(tǒng)滿負荷生產(chǎn)的要求。

1 PSA脫碳裝置概況

該PSA脫碳裝置采用兩段法工藝，由PSA-Ⅰ和PSA-Ⅱ兩部分組成。PSA脫碳裝置系統(tǒng)流程見圖1。PSA-Ⅰ是提純段，為尿素生產(chǎn)提供壓力為(5±2)kPa、CO2純度≥98.0%的產(chǎn)品氣。PSA-Ⅱ是精制段，為醇烴化及合成氨工段提供合格的氫氮氣。

圖1 PSA脫碳裝置系統(tǒng)流程

2 2013年PSA脫碳時序優(yōu)化情況

2013年1月,河南能源化工集團安陽園區(qū)乙二醇裝置雙機生產(chǎn)，界內(nèi)外PSA脫碳裝置的解吸氣回收至第2套合成氨裝置氣柜作為其中一部分原料氣；此時就出現(xiàn)了PSA脫碳裝置入口CO2體積分數(shù)下降的問題(見表1)，繼而尿素系統(tǒng)因原料氣不足導致系統(tǒng)減量。由表1可以看出：回收乙二醇裝置的氣體后，PSA脫碳裝置入口氣中CO2體積分數(shù)下降了1～2百分點。

表1 PSA脫碳裝置入口氣體成分 %

2.1 PSA-I優(yōu)化思路

(1)工藝時序由18-5-5-5/V(即18臺吸附塔，5臺同時預吸附，5臺同時吸附，5次均壓，抽真空工藝)調(diào)整為18-4-4-6/V(即18臺吸附塔，4臺同時預吸附，4臺同時吸附，6次均壓，抽真空工藝)運行。一是為了減少單數(shù)吸附塔吸附或預吸附造成的偏流情況；二是為了增加1次均壓；三是為了合理分配程控閥門。

(2)改變真空泵抽空方式，增加抽真空時間，即增加吸附塔解吸的時間，使吸附劑得到更好的解吸。

2.2 PSA-II優(yōu)化思路

工藝時序調(diào)整為16-6-8/V(即18臺吸附塔，6臺同時吸附，8次均壓，抽真空工藝)運行。一是為了減少單數(shù)吸附塔吸附造成的偏流情況；二是為了合理分配程控閥門。

2.3 優(yōu)化效果

經(jīng)過對PSA脫碳時序進行技改優(yōu)化后，PSA-I脫碳時序由原來的18-5-5-5/V改為18-4-4-6/V，由原來的5塔預吸附改為4塔預吸附，減少吸附塔數(shù)量可以使氣體分布均勻。均壓次數(shù)由5次改為6次，均壓次數(shù)的增加降低了逆放壓力，提高工藝氣的回收率，同時解吸時間增長確保了去尿素系統(tǒng)的CO2的純度。

抽真空由1個周期增加為2個周期，抽真空指標由-0.03 MPa改為-0.05 MPa后，效果更好。延長抽真空時間使吸附劑再生更加完全。PSA-I周期吸附時間為98 s，較原來的周期吸附時間(75 s)回收率明顯提高，PSA-I出口CO2體積分數(shù)指標為5.5%，PSA-II周期吸附時間設定為72 s，PSA-II出口CO2體積分數(shù)指標可以控制在0.5%，較原來的周期吸附時間(70 s)、PSA-II出口CO2體積分數(shù)指標(1.1%)的運行有了大幅度的提升。

PSA-I由均升狀態(tài)時隔離改為均降狀態(tài)時隔離，有利于氣體均勻分布，更有利于提高CO2純度。即使在切塔的情況下,CO2純度保證平均在98.2%，最高在98.5%。壓縮機氣量由5機運行即能保證尿素系統(tǒng)滿負荷生產(chǎn)。真空泵轉(zhuǎn)機設備停運檢修任何1臺轉(zhuǎn)機，真空泵時間周期稍作調(diào)整，對指標無明顯影響。

PSA脫碳時序調(diào)整后，系統(tǒng)阻力為0.04 MPa，較原來的0.08 MPa有了明顯減少。

3 2017年PSA脫碳時序優(yōu)化情況

河南能源化工集團安陽園區(qū)所屬安化公司、安陽永金公司物料互聯(lián)互通。2017年2月安陽永金公司乙二醇裝置經(jīng)過系統(tǒng)大修后向滿負荷沖刺，第2套合成氨尿素裝置回收的解吸氣量明顯增多，PSA脫碳裝置生產(chǎn)的CO2氣量不足且純度低，又造成尿素裝置高、中、低壓系統(tǒng)放空量大，消耗增加的問題。此時PSA脫碳入口CO2體積分數(shù)只有22%～23%[2]。

3.1 PSA-I優(yōu)化思路

工藝時序調(diào)整為18-3-3-6/VV(即18臺吸附塔，3臺同時預吸附，3臺同時吸附，6次均壓，2次抽真空工藝)[3]運行。增加抽真空時間，即增加吸附塔解吸的時間，使吸附劑得到更好的解吸。

18-3-3-6/VV與18-4-4-6/VV(即18臺吸附塔，4臺同時預吸附，4臺同時吸附，6次均壓，2次抽真空工藝)的區(qū)別在于采取間隔的形式抽真空，最大限度地延長CO2氣體的解吸時間，保證高純度的產(chǎn)品氣得到充分釋放，大大提高有效氣體回收率。PSA-I運行時序優(yōu)化前后對比見表2。

表2 PSA-I運行時序優(yōu)化前后對比

3.2 PSA-II優(yōu)化思路

工藝時序由16-6-8/V調(diào)整為16-3-8/V(即16臺吸附塔，3臺同時吸附，8次均壓，抽真空工藝)運行，增加了吸附時間，減少氣體損失，提高有效氣體的回收。

PSA-II脫碳時序修改前整個運行周期只有1個吸附塔在抽真空，優(yōu)化后2個吸附塔同時抽真空，PSA-II整個吸附時間由優(yōu)化前的70 s增加到90 s，整個系統(tǒng)放空量明顯減少，氣體回收率提高，對后序系統(tǒng)CO2調(diào)節(jié)更加有余地。PSA-II運行時序優(yōu)化前后對比見表3。

表3 PSA二段運行時序優(yōu)化前后對比

4 勻壓時閥門功能的選定

PSA-I運行時序優(yōu)化前后閥門功能對比見表5。

表5 PSA-I運行時序優(yōu)化前后閥門功能對比

在初運行時，PSA-I進行第5次均壓時，才打開某塔上部8號閥進行升壓，此時對應地打開下部12號閥進行降壓，氣體從下向上流動；進行第6次均壓時，打開某塔上部8號閥進行升壓，此時對應地打開下部12號閥進行降壓，氣體從下向上流動，將含高濃度的CO2氣體回收到吸附劑床層中，以提高解吸氣中CO2的純度。經(jīng)過驗證在該裝置中均壓應全部在吸附塔的上部進行，防止低濃度的CO2氣體和高濃度的CO2氣體互相影響，導致吸附塔中CO2濃度不均，影響純度。

5 優(yōu)化后的效果

由于回收乙二醇系統(tǒng)的解吸氣，PSA 脫碳裝置入口氣體中的CO2體積分數(shù)不斷下降，偏離原始設計(原始設計體積分數(shù)為28%)，通過對PSA脫碳裝置2次大的時序優(yōu)化，進行固化操作，達到了預期的效果[4]。表6、表7為PSA脫碳時序進行優(yōu)化前后各項數(shù)據(jù)比較。

表6 PSA-I系統(tǒng)主要監(jiān)控數(shù)據(jù)比較

表7 PSA-II系統(tǒng)主要監(jiān)控數(shù)據(jù)比較

6 存在問題的原因分析及應對措施

6.1 真空泵轉(zhuǎn)機設備腐蝕

原因：變換氣中少量的H2S、CO2在潮濕環(huán)境中與水結(jié)合呈酸性對真空泵轉(zhuǎn)機及設備造成腐蝕，泵內(nèi)部雜質(zhì)無法徹底清理。

措施：定期置換真空泵的脫鹽水。

6.2 吸附劑床層下移

原因：由于吸附劑長時間的使用，吸附劑床層下移，死空間增大，均壓壓差大，吸附劑床層的活動范圍增大，在均壓過程中對絲網(wǎng)及壓板螺栓長時間的沖擊，使其松動。

措施：檢修期間檢查吸附劑情況，并進行吸附罐的補填吸附劑工作，同時檢查絲網(wǎng)及壓板螺栓情況。

6.3 程控閥故障

原因：現(xiàn)場固定螺絲松動出現(xiàn)的誤報。電磁閥保險易燒壞，信號輸出受阻。二位五通電磁閥堵，導致程控閥卡。

措施：要求崗位職工加強檢查，同時要求儀表經(jīng)常針對零部件情況進行排查。

6.4 冬季儀表空氣帶水

原因：溫度較低，儀表空氣帶水，程控閥結(jié)冰，導致二位五通電磁閥凍結(jié)，閥門卡阻。

措施：現(xiàn)場加強監(jiān)控，出現(xiàn)卡阻時針對故障的程控閥車間應嚴格按照應急預案進行切塔處理。聯(lián)系空分車間，減少儀表空氣帶水量；聯(lián)系儀表車間，增加伴熱。

6.5 真空泵的出口壓力高

原因: CO2壓力波動，為保證尿素系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，PSA將真空泵的出口壓力提得較高，影響真空泵的工作效率。

7 結(jié)語

河南能源化工集團安化公司PSA脫碳裝置通過一系列的優(yōu)化調(diào)整，穩(wěn)定了產(chǎn)品氣CO2壓力及純度，滿足尿素系統(tǒng)的生產(chǎn)需求?；厥找叶佳b置的可用解吸氣不僅節(jié)約了能源，而且減少了環(huán)保的負擔。但對整個合成氨尿素裝置的調(diào)節(jié)更加復雜多變，需要進一步提高管理及操作水平，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。