變壓吸附(PSA)氫氣提純裝置運(yùn)行工況研究

王璐（中國石油廣西石化公司）

一、裝置概述

中國石化的變壓吸附(PSA)氫氣提純裝置的其設(shè)計規(guī)模為氫氣產(chǎn)量90000m/h，原料氣的處理量達(dá)到120000m/h，氫氣回收率達(dá)到96%，其操作彈性值達(dá)30%--120%。

本公司使用的變壓吸附(PSA)氫氣提純裝置跟當(dāng)前我國同類裝置進(jìn)行比較，具有如下的特點(diǎn)：

1.產(chǎn)品純度高。根據(jù)需要，產(chǎn)品氫的純度可以達(dá)到99.9%，甚至更高。

2.工藝流程簡單。變壓吸附法可以一步將各種雜質(zhì)組分脫除而獲得純氫，因此相應(yīng)的占地面積較小。

3.原料適應(yīng)性強(qiáng)。對于煉油廠中大部分含氫氣源，可以直接采用變壓吸附的辦法予以提純。

4.操作彈性大。變壓吸附的操作彈性一般可達(dá)30%～120%。

5.操作簡便。變壓吸附裝置的設(shè)備簡單，且全部是自動化操作，開停車只需0.5～2h。

6.吸附劑壽命長。變壓吸附一般在常溫和中、低壓力下進(jìn)行，且正常操作下吸附劑可與裝置同壽命。

二、原料與產(chǎn)品

這一裝置于原料設(shè)計上確定為中國石化某分公司的原料為重整氫、加氫精制、加氫裂化和二期的渣油加氫脫硫裝置冷低分氣的混合氣，其輸出的產(chǎn)品是氫氣以及解吸氣。筆者經(jīng)過12月13日6時，22時，以及12月12日10日是，三個不同的時間段對標(biāo)定期間原料氣以及尾氣組成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體結(jié)果如下：

標(biāo)定期間的原料氣的分析項(xiàng)目及平均組成（vol%）包括：

C6+（0.08）、丙烷(1.96)、丙烯(0.14)、異丁烷(0.49)、正丁烷(0.23)、乙炔(0.00)、反丁烯(0.00)、正丁烯(0.00)、異丁烯(0.01)、順丁烯(0.00)、異戊烷(0.09)、正戊烷(0.03)、1，3-丁二烯(0.00)、丙 炔 (0.00)、二 氧 化 碳(0.00)、乙 烯 (1.10)、乙 烷(2.19)、氧 氣(0.13)、氮?dú)?0.57)、甲烷(2.49)、一氧化碳(0.00)、氫氣(90.49)。

標(biāo)定期間的尾氣的分析項(xiàng)目及平均組成（vol%）包括：

C6+（0.42）、丙烷(10.74)、丙烯(0.11)、異丁烷(2.86)、正丁烷(1.36)、乙炔(0.00)、反丁烯(0.01)、正丁烯(0.01)、異丁烯(0.05)、順丁烯(0.01)、異戊烷(0.52)、正戊烷(0.19)、1，3-丁二烯(0.00)、丙炔(0.00)、二氧化碳(0.00)、乙烯(0.02)、乙烷(18.08)、氧氣(0.28)、氮?dú)?1.55)、甲烷(12.33)、一氧化碳(0.00)、氫氣(51.46)。

同時筆者以12月12日與12月13日從0：00開始，全天每兩小時計算一次提純情況，其中，12月12日純度最高值為100%，最低值為99.5%，平均純度為99.85%；12月13日純度最高值為100%，最低值為99.5%，平均純度為99.85%。

三、裝置運(yùn)行工況及解決措施

這一裝置在2010年的10月份一直運(yùn)行到2014年7月份，在運(yùn)作過程中一共出現(xiàn)5次開停工情況，其中因?yàn)橛媱澩９ふ剂?次，因?yàn)檠b置吸氣壓縮機(jī)電機(jī)電流過高出現(xiàn)的停工占了1次，因?yàn)榇呋瘎┍粨舸┰斐蓺錃饧兌冗^低出現(xiàn)的停工占了1次。

1.氫氣純度過低

PSA1程控閥內(nèi)漏較多。由于PSA1程控閥設(shè)計缺陷，造成部分程控閥門不能完全關(guān)死，泄露比較嚴(yán)重，進(jìn)而造成吸附劑特別是分子篩被污染，影響產(chǎn)品純度；壓縮機(jī)入口密度小，壓縮機(jī)吸不上量，為保證解析壓力不過高，壓縮機(jī)入口需要有間斷放空同時也損失一部分尾氣；一部分氫通過泄露閥進(jìn)入運(yùn)行塔中，運(yùn)行塔解析時氫氣進(jìn)入尾氣中損失掉，產(chǎn)品氫收率隨之降低。

2.裝置大負(fù)荷運(yùn)行存在的問題

在裝置大負(fù)荷運(yùn)行期間，存在如下問題：

（1）程控閥漏油情況頻繁，部分時刻漏油還比較嚴(yán)重，修閥的過程中需要切除吸附塔，給操作造成的波動；

（2）部分程控閥填料泄露嚴(yán)重，為了維持裝置生產(chǎn)，不得不在程控閥填料壓蓋上打卡子，雖說能夠短期維持裝置生產(chǎn)，但由于所打的卡子沒有經(jīng)過設(shè)計和檢測，安全隱患較大。

3.解吸氣壓縮機(jī)出現(xiàn)不上量的情況

PSA1解吸氣壓縮機(jī)K101型式為離心式壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是對分子量的變化比較敏感，而PSA1在調(diào)整吸附時間時就會造成尾氣中的氫含量變化，影響尾氣的分子量，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)尾氣的分子量降低到10左右時，K101就完全不上量了，具體表現(xiàn)就是出口流量為0，入口憋壓，只能將PSA1的尾氣放入低壓火炬系統(tǒng)，造成較大的生產(chǎn)波動，且對設(shè)備有損壞，此外，對于解析氣的回收利用有較大浪費(fèi)。針對此問題，本裝置在2013年大檢修期間，通過在壓縮機(jī)入口新增一催化干氣線，來提高壓縮機(jī)入口氣體組分分子量，大大減少了壓縮機(jī)不易上量的問題。但如有可能，在未來改造時將壓縮機(jī)型式由離心式改為往復(fù)式，就可以徹底解決這一問題。

4.產(chǎn)品質(zhì)量說明

在生產(chǎn)操作中，重整調(diào)整操作時造成PSA1入口進(jìn)料量從50000Nm3/h極短時間內(nèi)波動到110000Nm3/h，造成PSA1當(dāng)時正處在吸附狀態(tài)的兩塔重?zé)N穿透，使得PSA1的氫氣純度受到影響，從表3中可以看出，氫氣純度最低為99.5%，在此兩塔同時吸附時，PSA1裝置外送氫氣的純度就會下降，為了保證下游裝置所用氫氣的純度和產(chǎn)量，在操作時不能把吸附時間降得太低，同時又要最大限度的回收氫氣。而減少吸附時間在增加氫氣純度的同時會減少氫氣的收率，本次標(biāo)定過程中PSA1裝置還要確保其它裝置特別是聚丙烯裝置的用氫純度，故導(dǎo)致氫氣收率低于設(shè)計90%的工況

5.原料氣組成對吸附能力的影響

原料氣組分的變化對吸附塔的處理關(guān)系影響很大。因?yàn)镻SA1的吸附能力通常是由產(chǎn)氫量或者是原料量來衡量的，當(dāng)原料氣中氫氣含量越高時，由于所需要吸附的雜質(zhì)含量低，在吸附能力一定的情況下，吸附塔的處理能力越大；相反，原料氣雜質(zhì)含量越高，吸附塔的處理能力越小，嚴(yán)重時還會造成吸附劑的失活。

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