開停真空泵控制變壓吸附產品氣中CO2含量總結

(江西省雙強化工有限公司，江西 新余 338000)

我公司2012年1月以前合成氨系統脫碳閃蒸氣直接回收至高壓機一進總管。閃蒸氣中大部分是CO2，還有少量的H2、N2、CO等，CO2是合成氨的無用氣體，回收至高壓機一進總管，不但影響高壓機打氣量，而且增加動力消耗。為經濟運行，節約能耗，公司外購一套變壓吸附舊裝置，用來回收閃蒸氣中氫氣，降低閃蒸氣中CO2含量，然后再送入壓縮機一進總管利用。

1 工藝流程及設計參數

1.1 工藝流程

原料氣為來自以煤為原料的碳丙脫碳閃蒸氣，溫度不超過35 ℃，操作壓力0.40～0.50 MPa(表壓)，二氧化碳含量約65%，經水洗塔水洗除掉氣體中所含的碳丙溶液等雜質后，再經過氣水分離器進入吸附塔底部，吸附劑將變換氣中的CO2脫除在指標內送入高壓機一進總管。

本裝置中每個吸附塔在一次循環中需經歷吸附、預回收、均壓降、順放回收、逆放放空、抽空、均壓升、充升等工藝步驟。

1.2 裝置設計參數

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

2 設備一覽表(表1)

表1 設備一覽表

3 裝置運行情況

2012年3月變壓吸附裝置開始安裝，吹掃、試壓、調試完成后，5月15日正式開車運行。工藝指標控制如下：產品氣中CO23%～5%；系統壓力0.35～0.45 MPa；真空度≤-60 kPa；油壓4.0～5.0 MPa。

裝置從開車運行至2012年10月底較正常，系統壓力約0.4 MPa，進口氣量3 000～4 000 m3/h，回收產品氣流量1 000～1 800 m3/h，產品氣中CO2≤4%，產品回收率可達到80%以上。表2是生產中的運行數據。

表2 投運初期運行情況

從表2可以看出，真空泵開啟運行，真空度-60 kPa以下，產品氣中CO2都在3%以下。實際運行過程中吸附時間在不斷增加，但是產品氣CO2含量未見明顯上漲。

4 停用真空泵

我們回收的產品氣是送入高壓機一進總管，產品氣中CO2含量完全可以適當高些，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，這樣產品氣回收率也會提高。

根據理論分析，吸附劑吸附飽和后，再生越徹底，下一個循環吸收CO2氣體后的產品氣中CO2含量會越低。因此我們設想把真空泵停掉，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下降，產品氣中CO2含量就會適當高些，這樣不但達到提高CO2含量的目的，而且可以節約真空泵運行的電耗和檢修費用。

2012年10月30日10：30停下真空泵，這樣吸附劑再生程度下降，因此需要適當降低吸附時間，由原來的400 s降為300 s左右。正常運行時產品氣中CO2含量一般為9.0%左右，H2含量一般為60%左右，完全滿足生產要求。

2012年11月5日，根據實際生產情況，為了提高閃蒸氣氫氣回收率，對變壓吸附工藝指標作相應調整：產品氣CO2含量控制在8%～10%之間，氫含量控制在56%～63%之間。

真空泵停下后系統運行時，為了滿足產品氣工藝指標，根據產品氣CO2含量，適當減少吸附時間。一般減至240 s(微機程序設計最低位240 s)后不能再減。運行一段時間后，產品氣CO2含量最后還是上漲至17%，這時再開啟真空泵運行一天，又可以停掉真空泵，再次調整吸附時間，就能滿足生產要求。一般來說，每隔2個月左右開一次真空泵運行24 h即可。表3為那段時間的運行數據。

表3 隔2月開一次真空泵的運行數據

5 再次啟用真空泵，調節真空度運行

從2012年10月30日停下真空泵，兩個月左右開一次，一直運行至2014年4月5日，產品氣CO2和H2含量都在指標之內。2014年4月5日，把變脫溶液閃蒸氣引入變壓吸附系統，系統進氣量高了些。2014年4月14日9:00，產品氣中CO2含量漲至17.7%。根據以往經驗，11:10啟動1#真空泵運行，吸附時間從240 s慢慢調至400 s左右，系統運行穩定，至4月15日16:30后停下真空泵，吸附時間又降為250 s。但是這次系統運行至17日6:20左右，產品氣CO2含量又上升至17.5%。17日10:10再次啟動真空泵，考慮到吸附劑用的時間太長，吸附能力可能有所下降，因此再生要徹底些，所以這次準備真空泵運行時間長點，而且相應吸附時間提高到了500 s左右。一直運行至21日10:45停下真空泵，吸附時間240 s，暫時運行正常，但是到了23日11:00，產品氣CO2含量又漲至17.2%，再次開啟真空泵運行，反復開停多次，而且時間間隔都只有3～5 d。從這幾次真空泵開用情況來看，好像真空泵不開，產品氣CO2含量下不來，開起來產品氣CO2含量又太低，真空泵開與不開都不能達到生產要求。

為了滿足生產要求，公司決定還是開用真空泵，降低產品氣CO2含量。否則變壓吸附裝置運行無意義。真空泵一旦開啟，為了保證產品氣CO2含量合乎指標，增加吸附時間至500 s，但產品氣CO2含量不穩定。因為吸附時間越長，在一個吸附時間內，前階段吸附劑吸附能力強，產品氣CO2含量會較低，后階段吸附能力隨著吸附劑慢慢吸附了CO2變成飽和狀態，產品氣CO2含量會高起來，導致產品氣CO2含量極不穩定，因此要求吸附時間不要太長。但真空泵又必須要開，所以就考慮開啟真空泵運行后，怎么提高產品氣中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，再縮短吸附時間，就能滿足生產工藝要求。正好真空泵進口管處有一個蝶閥與空氣相連，把此蝶閥適當開一點，適當吸入一些空氣進真空泵，保證真空度在-20～-30 kPa之間。

經過摸索發現，操作時一般穩定吸附時間在370 s左右，然后用真空泵進口蝶閥開度來調節泵進口空氣量，控制真空度在-25～-35 kPa，使產品氣CO2含量調至指標內。系統運行至現在，產品氣CO2含量和H2含量都能穩定在指標內。

表4是控制真空度的運行數據。

表4 用泵進口蝶閥開度來控制真空度運行的工藝數據

6 總 結

脫碳閃蒸氣變壓吸附后產品氣是送至高壓機一進總管，不像變壓吸附脫碳，產品氣中CO2含量低更好。因此脫碳閃蒸氣變壓吸附后產品氣CO2含量只要與高壓機一進總管半水煤氣CO2含量接近即可，所以以調節好產品氣的工藝指標為前提，來決定真空泵的開與不開。

變壓吸附裝置投入運行前期，吸附劑是新購的，使用初期，吸附能力比較強，一般來說，系統進氣量即便達到設計能力，不開真空泵，都能滿足生產工藝要求。

變壓吸附裝置運行至中后期，如果系統進氣量超過設計能力的60%，真空泵就不能停，但可根據實際情況，降低真空泵的真空度來滿足工藝要求。如果系統進氣量在設計能力的30%～60%，就要根據實際情況，開用1～2 d真空泵，再停下，繼續運行2月左右再開真空泵，這樣間斷運行。如果系統進氣量在設計能力的30%以下，可不開真空泵，就能滿足生產。

以上是我們自己的經驗，各廠可根據自身的情況而有所變化。總之，真空泵的開與不開，都是只要滿足吸附劑的再生要求，保證產品氣合格即可。