張 超

（河南能源集團(tuán)豫北化工公司凈化分公司，河南安陽 455000）

年產(chǎn)200 kt乙二醇PSA裝置綜合技術(shù)改造

張 超

（河南能源集團(tuán)豫北化工公司凈化分公司，河南安陽 455000）

PSA裝置通過優(yōu)化改造，提升外送CO、H2產(chǎn)品氣產(chǎn)量與純度，使煤制乙二醇裝置生產(chǎn)負(fù)荷提升至90%以上，并連續(xù)運(yùn)行129 d，創(chuàng)造了同類型裝置記錄。

技術(shù)改造；均壓次數(shù)；一氧化碳

1 引言

凈化分公司PSA裝置負(fù)責(zé)將變換脫硫系統(tǒng)送來的合格原料氣中CO和H2提純分離，向乙二醇合成裝置輸送純度大于等于98.5%的CO以及大于等于99.9%的H2。PSA裝置自2012年11月20日一次開車成功后裝置負(fù)荷穩(wěn)步提升，至2015年乙二醇生產(chǎn)能力已達(dá)到80%，日產(chǎn)精乙二醇480 t。為滿足裝置繼續(xù)提升生產(chǎn)能力，對(duì)PSA裝置運(yùn)行兩年多來存在的瓶頸問題進(jìn)行分析，并投資進(jìn)行綜合優(yōu)化技術(shù)改造，改造后裝置運(yùn)行平穩(wěn)，CO產(chǎn)量穩(wěn)定在19 000m3/h，H2產(chǎn)量41 000m3/h，日產(chǎn)精乙二醇570 t，自2015年完成技改后連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行129 d，創(chuàng)造了同類型裝置最優(yōu)運(yùn)行記錄。

2 裝置概況

PSA裝置共分為三段，一段為PSA-CO2段，主要任務(wù)為脫除原料氣中的CO2。二段分兩套并聯(lián)系統(tǒng)，PSA-CO段，主要任務(wù)為提純CO。三段為PSA-H2段，主要任務(wù)為提純H2。裝置原設(shè)計(jì)能力為生產(chǎn)≥98%的CO產(chǎn)品氣22 000m3/h，≥99.9%的H2產(chǎn)品氣42 000m3/h。

2.1 技改前運(yùn)行情況

PSA裝置在技改前裝置處理原料氣量約為72000 Nm3/h，裝置負(fù)荷在75%～80%之間，日產(chǎn)精乙二醇480 t。其中CO生產(chǎn)能力在17 000～17 500m3/h，純度大于98%。主要存在的問題為CO中CO2、H2兩種雜質(zhì)氣體含量偏高，造成乙二醇合成反應(yīng)副反應(yīng)多，尾氣放空量大。裝置在提升到80%負(fù)荷后，乙二醇尾氣吸收塔后放空已無法滿足繼續(xù)加量要求。而造成CO中雜質(zhì)氣體偏高的主要原因有以下兩點(diǎn)：一是PSA-CO2段脫碳效果差，在處理原料氣量72 000 Nm3/h時(shí)，該段尾氣中CO2含量在0.55%左右，造成CO產(chǎn)品氣中CO2含量在0.3%以上。二是PSA-CO段收率較低，為保證純度，在置換步驟需要控制較低壓力進(jìn)行，造成大量產(chǎn)品氣返回氣柜。

2.2 技改后預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)

通過技改優(yōu)化后，預(yù)計(jì)裝置生產(chǎn)能力達(dá)到90%以上，供乙二醇合成系統(tǒng)生產(chǎn)乙二醇達(dá)到日產(chǎn)精醇570 t。產(chǎn)品純度見表1。

表1 技改前后CO產(chǎn)品氣純度分析 t

3 技改內(nèi)容

裝置技改總共分為兩大塊，第一對(duì)PSA-CO2段技術(shù)改造優(yōu)化，第二對(duì)PSA-CO段均壓次數(shù)由兩次均壓增加至三次。

3.1 PSA-CO2段技改

PSA-CO2段技改共分三部分：一是順放閥門延時(shí)開啟改造；二是逆放氣改送合成氨氣柜回收改造；三是抽真空加沖洗步驟改造。

PSA-CO2原設(shè)計(jì)為3次均壓，均壓結(jié)束后進(jìn)行順放，順放后進(jìn)行逆放，隨后吸附塔抽真空再生，再生完成的吸附塔升壓至吸附壓力后進(jìn)行吸附。其中該段順放氣管線與一次均壓管線合用一條，從而節(jié)省了12臺(tái)程控閥門。但一次均壓結(jié)束后壓力為0.5MPa，而順放初始最高壓力為0.15MPa。造成順放初期管線內(nèi)殘余的一次均壓高壓氣體倒灌入順放吸附塔內(nèi)，造成吸附塔穿層分布紊亂，不利于吸附劑的再生還原?；诖朔N原因，在與設(shè)計(jì)單位北大先鋒，DCS廠家浙大中控進(jìn)行溝通交流后，提出將12臺(tái)吸附塔順放閥門加設(shè)延時(shí)開啟功能，操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要靈活控制延時(shí)開啟時(shí)間，在順放步驟初期，該閥門關(guān)閉，外送管線閥門開啟將管線內(nèi)0.5MPa壓力的氣體輸送降壓至0.15MPa后，順放閥門開啟，避免出現(xiàn)氣體倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。保證吸附塔內(nèi)氣體分布從底部至頂部均勻有序，便于再生步驟的進(jìn)行。同時(shí)，根據(jù)順放步驟的特點(diǎn)，提出縮短順放步驟整體時(shí)間，降低CO2床層高度。順放步驟的目的是將殘存于吸附塔頂部以及吸附劑表面較低壓力下的CO、H2回收至原料氣柜循環(huán)使用。但由于順放步驟的進(jìn)行為頂部氣體流出，氣體運(yùn)行方向與吸附步驟進(jìn)行方向相同，造成吸附劑吸附的CO2通過氣體流動(dòng)逐漸向吸附塔頂端移動(dòng)，造成吸附CO2前沿上移。而吸附劑的再生是通過從底部抽真空將吸附在吸附劑內(nèi)的CO2解析，與順放、吸附步驟氣體流動(dòng)方向相反，因此較高的CO2吸附前沿不利于再生步驟的進(jìn)行，從而造成吸附劑再生不徹底，再次進(jìn)入吸附步驟后吸附劑吸附空間不足，造成CO2從吸附塔頂穿透，尾氣指標(biāo)偏高。結(jié)合上述原因，在操作上盡可能縮短順放步驟時(shí)間，將多出的時(shí)間放在逆放步驟進(jìn)行，由于逆放步驟與再生步驟氣體流動(dòng)方向相同，有利于再生的進(jìn)行。

逆放氣體回收至合成氨氣柜。通過上述技改內(nèi)容可以看出，在縮短順放時(shí)間，提高逆放步驟時(shí)間后，將造成大量CO、H2無法通過順放步驟有效回收。因逆放步驟屬于再生步驟之一，氣體中含有大量CO2無法回收至原料氣柜，原設(shè)計(jì)該部分氣體與真空泵解析氣共同輸送至三廢混燃爐復(fù)產(chǎn)中壓蒸汽。由于順放步驟時(shí)間縮短，造成逆放氣壓力提高，逆放氣氣量加大，逆放氣中CO、H2含量升高。真空泵出口壓力通常在30 kPa左右，出口背壓越低將越有利于真空泵做功，因逆放壓力初始均在0.1MPa以上，高于真空泵出口壓力較大，造成真空泵出口憋壓，溫度升高，真空泵效率降低。而逆放氣量，CO、H2含量的增大也加大了三廢混燃爐生產(chǎn)負(fù)荷的同時(shí)造成有效氣體的浪費(fèi)。通過評(píng)估，分公司將該股氣體改送至合成氨系統(tǒng)，通過改造，真空泵出口總管壓力由原先的40 kPa減低到10 kPa，逆放氣結(jié)束時(shí)的壓力由原先的40 kPa降低至8 kPa，吸附劑的解析再生效果大大增強(qiáng)。

在抽真空再生方面，由原先固定的抽真空變?yōu)槌檎婵占記_洗，增加時(shí)間設(shè)定，靈活掌握沖洗所占時(shí)間比例，最高可實(shí)現(xiàn)全再生步驟沖洗加抽真空。原始設(shè)計(jì)再生步驟為抽真空一個(gè)周期后進(jìn)行抽真空加沖洗再一個(gè)周期。此次將該設(shè)計(jì)變更為抽真空加沖洗全周期，同時(shí)增加時(shí)間設(shè)定，實(shí)現(xiàn)抽真空與抽真空加沖洗間靈活切換，根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷情況，最高實(shí)現(xiàn)在全部再生步驟期間均進(jìn)行系統(tǒng)沖洗。該沖洗氣利用PSA-H2段解析氣進(jìn)行，由于使用量的增加，從而使PSA-H2段解析氣背壓降低，提高了該段吸附劑再生效果，使該段產(chǎn)品氣H2純度提高。

3.2 PSA-CO段技改

PSA-CO段技改主要是利用PSA-CO終充壓管線，在只增加程控閥門的情況下實(shí)現(xiàn)了PSA-CO段均壓由原設(shè)計(jì)二次均壓改為三次均壓。通過兩次均壓吸附結(jié)束的吸附塔壓力由0.7MPa降至0.25MPa。由真空狀態(tài)升壓的吸附塔升壓至0.25MPa開始進(jìn)入預(yù)吸附步驟，壓力逐漸再降至0.01MPa，該部分氣體釋放至乙二醇原料氣柜進(jìn)行回收。均壓次數(shù)增加至三次后，吸附塔壓力由0.25MPa降低至0.15MPa（第三次均壓結(jié)束后兩塔壓力），進(jìn)入預(yù)吸附步驟后壓力仍降低至0.01MPa。較之二次均壓，有0.1MPa壓力的氣體在吸附塔之間進(jìn)行均壓回收，提高了氣體一次通過系統(tǒng)的收率，對(duì)床層均勻分布有積極幫助。同時(shí)三次均壓使每次均壓間壓差更小，均壓曲線更加平滑。在穩(wěn)定操作，保護(hù)吸附劑，降低粉化等方面均有幫助。

3.3 技改達(dá)到的效果

PSA-CO2段綜合技術(shù)改造后，該段尾氣中CO2在90%負(fù)荷工況下可以穩(wěn)定控制在0.4%以下，較改造前80%負(fù)荷降低了0.1%。逆放氣結(jié)束壓力較改造前35 kPa左右降低至10 kPa左右，使真空泵出口溫度由原160℃降低至140℃，真空泵運(yùn)行周期得到提高。一段沖洗改連續(xù)運(yùn)行后，真空泵溫度波動(dòng)降低，同時(shí)三段解析氣壓力最低可降至10 kPa以下，降低了三段真空泵后背壓，提高了三段吸附劑再生效果。由于一段氣體流向改變，減少一段順放氣加大一段逆放氣，且逆放氣送至813合成氨系統(tǒng)，減少了有效氣體浪費(fèi)，提高了整套系統(tǒng)有效氣體的利用率，同時(shí)降低了送往三廢爐焚燒氣體氣量和可燃?xì)怏w成分，對(duì)三廢爐爐溫控制和穩(wěn)定運(yùn)行均有較大幫助。

PSA-CO段改三次均壓后，均壓結(jié)束壓力由原先的0.25MPa降低至0.15MPa，吸附塔由原先0.25MPa開始順放、置換變?yōu)?.15MPa開始，減少了0.1MPa的有效氣體返回原料氣柜，減少了動(dòng)力損失，同時(shí)三次均壓使床層分布更加均勻，均壓曲線更加平滑，降低吸附劑床層在吸附塔內(nèi)部上下竄動(dòng)造成的吸附劑粉化。同時(shí)CO產(chǎn)品氣氣質(zhì)得到提高，其中雜質(zhì)氣體H2較之前更加容易控制，穩(wěn)定在0.3%以下，雜質(zhì)CO2氣體控制在0.25%以下，CO整體純度大于99%，較設(shè)計(jì)值98%提高1%。該純度為現(xiàn)有配套乙二醇裝置變壓吸附處理產(chǎn)品氣最優(yōu)。CO氣量穩(wěn)定輸送19 000m3/h以上同樣為同類型裝置氣量最大。該工況下系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行周期達(dá)到140 d以上，創(chuàng)造了同類型裝置歷史最好記錄。

4 總結(jié)

煤制乙二醇作為煤化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)，是未來煤化工發(fā)展的重要方向。作為核心技術(shù)的乙二醇合成工藝各技術(shù)難點(diǎn)已相繼突破，未來產(chǎn)能將不斷擴(kuò)大。作為前系統(tǒng)凈化提純裝置如何更好地滿足配和合成裝置將是下步產(chǎn)能釋放的重點(diǎn)問題。作為廣泛用于氣體提純分離的PSA裝置通過更加合理的技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)低投入高回報(bào)的同時(shí)，使裝置性能更加貼近煤制乙二醇工藝的需要，為下步產(chǎn)業(yè)達(dá)標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

Annual Output of 200 000 Tons of Ethylene Glycol PSA Device Comprehensive Technological Transformation

Zhang Chao

PSA plant by optimizing and upgrading send CO，H2gas product yield and purity，making coal glycol unit production load up to more than 90%，and the continuous running 129 days，the same type unit record.

technical renovation；number of equalizing；carbon monoxide

TQ221

A

1003-6490（2017）01-0083-02

2017-01-15

張超（1985—），男，河南安陽人，工程師，主要從事煤制乙二醇?xì)怏w凈化提純裝置工藝管理工作。