變壓吸附提氫裝置CO微量超標(biāo)的原因及處理措施

王毓明

(山東恒昌聚材化工科技股份有限公司 山東臨沂276132)

變壓吸附提氫裝置CO微量超標(biāo)的原因及處理措施

王毓明

(山東恒昌聚材化工科技股份有限公司 山東臨沂276132)

山東恒昌聚材化工科技股份有限公司(以下簡稱恒昌公司)100kt/a焦?fàn)t煤氣、甲醇弛放氣制合成氨裝置于2011年10月開工建設(shè)，2012年9月一次性開車成功，生產(chǎn)出合格的液氨產(chǎn)品。該套裝置采用焦?fàn)t煤氣預(yù)處理脫硫脫萘+焦?fàn)t煤氣、甲醇弛放氣變壓吸附(PSA)提氫+精脫硫系統(tǒng)+高壓合成的工藝流程，是國內(nèi)首套純氫純氮制合成氨裝置。恒昌公司采用變壓吸附提氫裝置對甲醇弛放氣提取氫氣。PSA提氫裝置由DCS系統(tǒng)按時序自動化控制和管理，程控閥執(zhí)行整個工藝程序各步驟的運(yùn)行。提氫吸附塔是提氫裝置最主要的設(shè)備之一，共8臺塔(Φ1800mm× 9521mm×14mm)，容器為II類/SAD級。

1 PSA提氫裝置概況

1.1 工藝流程

來自界外的5.0MPa甲醇弛放氣(其組分體積分?jǐn)?shù):CO8.00%，H271.97%，CO29.00%，CH45.50%，CH3OH0.03%，N25.50%)，經(jīng)減壓閥減壓至1.6MPa之后進(jìn)入氣液分離器分離掉其中夾帶的游離水、游離甲醇，再進(jìn)入由8臺吸附塔組成的PSA提氫裝置;然后自吸附塔塔底進(jìn)入正處于吸附工況的吸附塔，在吸附劑選擇吸附的條件下一次性除去氫氣以外的絕大部分雜質(zhì)，獲得純度≥99.99%(體積分?jǐn)?shù))合格產(chǎn)品氫氣從吸附塔塔頂排出，經(jīng)穩(wěn)壓緩沖后送界外。PSA提氫裝置采用8-1-3流程，即8臺吸附塔中1臺吸附塔始終處于進(jìn)料吸附狀態(tài)，3次均壓。工藝過程由吸附、3次均壓降壓、順放、逆放、沖洗、3次均壓升壓和產(chǎn)品氣最終升壓等步驟組成。

1.2 設(shè)計參數(shù)

PSA提氫裝置設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 PSA提氫裝置設(shè)計參數(shù)

2 存在的問題

2014年3月6日至8日，2#吸附塔出現(xiàn)CO微量連續(xù)超標(biāo)現(xiàn)象，最高時達(dá)120×10－6(體積分?jǐn)?shù))。只有將吸附時間減少50s以上，才能保證產(chǎn)品氣中φ(CO+CO2)≤20×10－6，為了PSA提氫裝置的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，決定切除2#吸附塔。運(yùn)行異常前、后及改造后氣體參數(shù)見表2。

由表2可以看出:在2#吸附塔出現(xiàn)異常時，產(chǎn)品氣中CO含量嚴(yán)重超標(biāo);減少吸附時間后，氫氣回收率降低，解析氣中氫含量升高，PSA提氫裝置不能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

表2 運(yùn)行異常前、后及改造后氣體參數(shù)

3 原因分析

由于2014年3月6日至8日當(dāng)?shù)貧鉁伢E然升高，最高溫度由平時的20℃升高到33℃，使吸附劑處理能力大幅降低，導(dǎo)致雜質(zhì)穿透吸附層而使CO含量超標(biāo)。在對甲醇弛放氣進(jìn)口管保溫和適當(dāng)提高順放氣結(jié)束壓力后，取得了一定效果;但在吸附時間不變的情況下，2#吸附塔在吸附狀態(tài)時再次出現(xiàn)CO含量超標(biāo)現(xiàn)象，峰值達(dá)到50× 10－6(體積分?jǐn)?shù))以上。切除2#吸附塔后，塔內(nèi)壓力繼續(xù)上升，每5min壓力上升1～2kPa。KV101程控閥的前截止閥關(guān)閉后，壓力不再上升，故判斷2#吸附塔KV101程控閥內(nèi)漏，引起吸附劑內(nèi)雜質(zhì)解析不徹底，再投入運(yùn)行時，吸附劑不能完全有效吸附雜質(zhì)，雜質(zhì)穿透吸附層造成CO微量超標(biāo)。

設(shè)計院提供的圖紙閥門方向為“低進(jìn)高出”，但在實際運(yùn)用中存在問題，不應(yīng)按“低進(jìn)高出”進(jìn)行程控閥安裝，應(yīng)以壓力高低作為程控閥走向安裝。因為KV101程控閥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的壓差在1.4～1.6MPa，較高的壓差造成了程控閥無法密封嚴(yán)實。2#吸附塔沖洗結(jié)束后，塔內(nèi)壓力為0.010～0.014MPa，由于2#吸附塔KV101程控閥內(nèi)漏，使原料氣進(jìn)入塔內(nèi)。塔內(nèi)壓力過低，CO專用吸附劑只吸附部分CO，還有一部分剩余CO到達(dá)上層分子篩，導(dǎo)致2#吸附塔還未進(jìn)行吸附時，塔內(nèi)分子篩就已存有CO，最終致使2#吸附塔吸附CO微量超標(biāo)。CO微量超標(biāo)的根本原因是2#吸附塔KV101程控閥長期內(nèi)漏導(dǎo)致吸附劑CO微量積累。

4 處理措施

4.1 甲醇弛放氣進(jìn)口管保溫

CO微量超標(biāo)的原因與氣溫變化的因素有關(guān)。高溫天氣使吸附塔內(nèi)吸附劑的吸附量減少，吸附塔處理能力降低。恒昌公司決定對甲醇弛放氣進(jìn)口管道進(jìn)行保溫，以避免因氣溫高而使原料氣溫度上升，有利于提高吸附劑的吸附能力。

4.2 提高順放氣結(jié)束壓力

順放結(jié)束壓力由原設(shè)定的0.18MPa提高至0.24MPa，減少順放氣量，以避免沖洗氣中含有過多的CO微量，不利于吸附劑的解析再生。

4.3 調(diào)整KV101程控閥安裝方向

按照“高進(jìn)低出”的要求對2#吸附塔弛放氣程控閥走向進(jìn)行了安裝調(diào)整。調(diào)整后，KV101程控閥內(nèi)漏問題得到解決。

4.4 抽負(fù)壓解析再生

用真空泵逆著吸附方向?qū)ξ酱矊舆M(jìn)行抽真空降壓，使吸附的雜質(zhì)得到徹底的解析再生。對2#吸附塔進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，并抽負(fù)壓使吸附劑強(qiáng)制解析再生。如果被分離的氣體含有油類物質(zhì)，油會黏附在吸附顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失去吸附能力，不管采用升溫還是降壓抽空的再生方法都不能使吸附劑再生。因此，在用氮?dú)庵脫Q2#吸附塔期間，應(yīng)停止氮?dú)鈮嚎s機(jī)三級氣缸注油點(diǎn)的運(yùn)行。在甲醇弛放氣進(jìn)口管上通入氮?dú)猓瑢?#吸附塔內(nèi)吸附劑進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，在2#吸附塔導(dǎo)淋處用真空泵進(jìn)行抽真空解析;抽完真空后，再加入氮?dú)庋a(bǔ)至常壓，并多次抽真空，最高真空度為－0.03MPa(表壓)。

5 改造效果及進(jìn)一步改造措施

改造后，在2#吸附塔的吸附時間內(nèi)不再出現(xiàn)CO峰值，產(chǎn)品氣中φ(CO)維持在10×10－6以下，保證了生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行。改造后，吸附劑得到徹底再生，吸附能力較正常時大大提高，氫氣回收率提高1.17%，解吸氣中氫體積分?jǐn)?shù)降低了5.36%，實現(xiàn)了PSA提氫裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。自2#吸附塔重新投運(yùn)以來，CO含量穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)行安全高效平穩(wěn)，已達(dá)到了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)的需要，證明此次改造效果顯著。

恒昌公司今后將對PAS提氫裝置吸附塔其他程控閥都按照“高進(jìn)低出”方式調(diào)整閥門走向，避免因閥門走向倒置而引發(fā)閥門內(nèi)漏現(xiàn)象，以消除威脅合成氨裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素。

2014-09-26)