甲醇弛放氣提氫裝置的優化與改進

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(河南能源化工集團 煤氣化公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

甲醇弛放氣提氫裝置的優化與改進

舒萬春，劉珍，馬英麗

(河南能源化工集團煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬472300)

針對甲醇弛放氣提氫裝置在生產運行中出現的問題，提出了優化與改進措施，保障了裝置的“安、穩、長、滿、優”運行。

甲醇弛放氣 ； 提氫 ； 改進 ； 優化

0 前言

義馬氣化廠甲醇弛氣提氫裝置采用膜分離與變壓吸附串聯提氫技術，提取純度99.9%，氫氣用于12萬t/a甲醇合成氨裝置。膜分離裝置采用甲醇裝置弛放氣作為原料氣，利用膜堆(高分子聚合物)選擇滲透進行氣體分離，分離后的滲透氣進入變壓吸附裝置，非滲透氣返回前系統回收利用。膜分離裝置滲透氣進入變壓吸附裝置，利用吸附劑選擇吸附原理實現氣體分離，分離后純度99.9%的氫氣送去合成氨，解吸氣回收壓縮后返回甲醇合成裝置。提氫裝置在生產運行過程中暴露出很多問題，為此對裝置進行優化改進，實現裝置經濟、安全、平穩的運行。

1 裝置的工藝流程

甲醇弛放氣提氫裝置包含的工段主要有：膜分離、變壓吸附及解吸氣壓縮，以下針對各工段工藝流程進行簡介。甲醇弛放氣提氫裝置流程簡圖如圖1所示。

圖1 甲醇弛放氣提氫裝置流程簡圖

1.1 膜分離流程概述

來自甲醇裝置的(4.6 MPa、40 ℃)弛放氣進入膜分離工段的高壓水洗塔，經高壓水泵加壓后的脫鹽水進行洗滌，將弛放氣中醇含量降至200×10-6以下，3臺高壓水泵2開1備。塔底含醇水送入甲醇常壓精餾塔。

弛放氣離開水洗塔攜帶有少量的液沫，經氣液分離器進行分離后，再進入加熱器，將氣體升溫至50 ℃，可避免水蒸氣在膜分離器滲透側濃縮后凝結，影響膜分離的使用壽命；經過4組膜分離器，在膜組的滲透側得到的富氫氣，送入變壓吸附裝置；而非滲透氣側得到的氣體返回前系統。

1.2 變壓吸附流程概述

膜分離滲透氣進入變壓吸附裝置，經過原料氣冷卻器，溫度由50 ℃降到40 ℃后，進入吸附塔，采用主工藝流程為10-2-5/P(10臺吸附塔其中2臺吸附塔處于吸附狀態，進行5次均壓，連續沖洗工藝流程)，經過吸附、均壓、順放、逆放、沖洗和升壓等步序，在吸附塔上部得到H2≥99.9%、CO+CO2≤10×10-6的產品氫氣，吸附塔底部得到吸附尾氣，經解吸氣壓縮機加壓后送至甲醇合成裝置。

2 存在問題及原因分析

甲醇弛放氣提氫裝置在試車及正常生產運行過程中暴露出很多問題，以下針對這些問題進行原因分析，以便探討出有利于裝置平穩、高效運行的優化與改進措施。

2.1 變壓吸附程控閥故障導致膜分離聯鎖跳車

變壓吸附裝置采用膜分離裝置滲透氣作為原料氣，在日常生產中，因變壓吸附程控閥故障率較高，程控閥出現故障后易發生高、低壓竄氣，又因現場滲透氣外送閥為DN250截止閥，無法及時隔離，導致膜分離滲透氣壓力將急劇下降，膜分離裝置因膜組壓差高聯鎖跳車無法避免，影響系統穩定運行。

2.2 膜分離高壓水泵頻繁故障

高壓水泵是膜分離裝置中唯一的動設備，采用德國進口的柱塞泵，易損耗備件費用高。運行期間高壓水泵振動大，泵出口流量波動大，泵出口壓力表及安全閥頻繁故障，泵體頻繁檢修。經過排查分析高壓水泵原設計入口管徑小，2臺泵同時運行時無法滿足入口吸入脫鹽水量，造成高壓水泵振動大。

2.3 膜分離非滲透氣帶液

膜分離非滲透氣經過緩沖罐穩壓緩沖后送入甲醇合成，由于非滲透氣帶液，且非滲透氣緩沖罐氣體入口位于罐底，造成罐底積液易隨罐頂出口氣體帶走，導致液體無法分離出來，造成去甲醇合成裝置的氣體帶液嚴重，影響了煤氣壓縮機的穩定運行，而且縮短了脫硫劑及甲醇催化劑的使用壽命。

2.4 變壓吸附解吸氣放空

由于變壓吸附程控程序時間調整問題及2臺回收解吸氣壓縮機有限打氣量的制約，造成解吸氣壓力、氣量頻繁波動，導致解吸氣頻繁間歇放空，裝置煤氣利用率低，造成能源浪費。

2.5 變壓吸附原料氣帶液

由于膜分離裝置的滲透氣經過高壓水洗塔洗醇后進入變壓吸附裝置，導致滲透氣挾帶部分飽和水蒸氣，再經過變壓吸附裝置經原料氣冷卻器冷卻后會導致部分液體冷凝，造成變壓吸附原料氣管線帶液，會縮短吸附劑的使用壽命，而且影響產品質量，同時造成后續回收氣壓縮機帶液嚴重，故障頻率高，影響裝置安全穩定運行。

3 優化與改進措施

3.1 膜分離運行優化

針對變壓吸附程控閥故障導致膜分離聯鎖跳車問題制定以下優化改進措施：①加強對變壓吸附程控閥巡檢維護與日常保養力度，利用計劃檢修機會，對程控閥進行檢查與隱患排查，及時更換存在缺陷的閥門；加強對崗位人員的操作技能培訓，提高操作人員快速判斷程控閥故障原因及消除故障的能力，減少竄壓事故的發生；②對膜分離滲透氣管線進行技術改造：在滲透氣去變壓吸附界區閥后，增設調節閥組(PIC619A02)至火炬系統，控制滲透汽壓力PI619A02。在新設PIC619A02調節閥組后，變壓吸附界區閥前增設調節閥組，控制變壓吸附原料氣壓力。若變壓吸附原料氣壓力急劇下降(程控閥故障時)，低于2.0 MPa時，動作全關。

改進后，若變壓吸附程控閥出現故障，新增的變壓吸附原料氣壓力調節閥組和滲透氣壓力調節閥組，可有效地將變壓吸附與膜分離裝置進行隔離，避免滲透氣壓力急劇下降時導致膜組跳車。

3.2 膜分離高壓水泵運行優化

對膜分離3臺高壓水泵入口管線進行改造，將DN25入口管線統一改造成DN50的管線，并且在入口管線上安裝入口濾網，避免雜物進入造成泵的堵塞。

改進前，高壓水泵檢修頻繁，備件損耗嚴重，平均每2個月檢修1次，每次需更換單向閥和密封件共計約3萬元。改進后，高壓水泵打液量平穩，泵體振動小，運行周期加長，有效地減少了高壓水泵運行的維護成本。

3.3 膜分離非滲透氣減少帶液改進

針對這種情況，對非滲透氣緩沖罐進行技術改造：在非滲透氣罐底氣體分布器上距離罐壁650 mm處增加一圈高300 mm的圍堰，將沉降在罐底的積液存在圍堰內，有效防止積液再次被入罐氣體吹走；在圍堰底部開孔增加導液管，導液管引至罐底氣體入口管導淋處，將積液排出，實現氣液分離效果。

改造后，非滲透氣緩沖罐實現了氣液分離效果，基本解決了去甲醇合成裝置氣體帶液的問題，避免對后續裝置造成不良影響。改造前甲醇合成裝置入口氣體排液量每天約300 kg，改造后甲醇合成裝置入口氣體基本不再帶液，甲醇合成裝置的煤氣壓縮機的檢修頻率由原來的2個月1次降為目前的6個月1次，甲醇脫硫劑及催化劑也得到有效保護，延長使用時間約1年，另外也大大減輕了崗位人員的勞動強度。

3.4 變壓吸附減少解吸氣放空改進

為減少解吸氣放空，提高裝置煤氣利用率，針對解吸氣放空問題制定以下優化改進措施：①優化變壓吸附操作，調整逆放前期時間，使吸附塔逆放和沖洗步序平穩進行，避免解吸氣波動過大；②回收氣一級氣缸增加25%負荷，提高回收氣壓縮機的打氣量，減少解吸氣放空；③對解吸氣緩存能力進行技術改造，再增加2臺解吸氣緩沖罐，提高解吸氣的緩存能力，減少解吸氣壓力波動。

改進后，有效地降低了變壓吸附解吸氣的放空次數，提高裝置煤氣利用率0.15%，減少能源浪費。改造前，每日解吸氣放空次數約200次；改造后，基本控制住解吸氣放空，每次放空量約20 m3，按每年運行8 000 h計算，每年可減少解吸氣放空320萬m3。

3.5 變壓吸附原料氣減少帶液改進

針對變壓吸附原料氣帶液問題制定以下優化改進措施：①膜分離裝置負荷低時，減少弛放氣洗醇的脫鹽水量；②在變壓吸附原料氣冷卻器后增加氣液分離裝置，用于分離原料氣中的水。

改進后，變壓吸附原料氣經過氣液分離，大大減少帶液量，避免液擊對回收氣壓縮機運行的影響，減少回收氣壓縮機的檢修頻率，單臺壓縮機每年可節約10萬元設備運行維護成本，而且有效保護變壓吸附吸附劑，延長吸附劑的使用壽命。

4 結束語

通過對甲醇弛放氣提氫裝置的優化及改進，可以對生產中不合理問題加以解決，保障裝置的經濟、有效、安全、穩定運行。同時還可以對生產成本進行降低，提高資源的有效利用率，也減少了生產過程中的不安全因素，得到了良好的經濟效益和安全效益。但是在甲醇弛放氣提氫生產過程中，仍然有許多優化改進措施需要工藝人員不斷深入探索。

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1003-3467(2017)08-0042-03

2017-05-06

舒萬春(1986-)，男，助理工程師，從事化工生產技術管理工作，電話：13839854987。