段洪飛

(河南開祥精細化工有限公司 ， 河南 義馬 472300)

PSA提氫裝置由于操作簡單、安全穩(wěn)定、故障率低等特點，已在化工企業(yè)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。通過對其在開車過程、運行期間及綜合設(shè)計等三個方面進行總結(jié)分析，以提高其運行的經(jīng)濟性。

1 縮短PSA提氫裝置的開車時間

PSA提氫裝置在開車過程中，為了獲得合格的產(chǎn)品，需要長時間地放空不合格的產(chǎn)品，以置換吸附塔及管道內(nèi)部的氮氣，此過程操作方法不同所使用的時間也不同。通過長期對PSA提氫裝置的操作與分析，系統(tǒng)總結(jié)出適用于所用裝置的開車方法，計算出開車所用的時間。

本次進行試驗的一套PSA提氫裝置，提氫能力為12 000 Nm3/h，共14臺吸附塔，4塔同時參與吸附，5次均壓，單臺吸附塔的吸附時間為60 s，工作壓力2.9 MPa，開車時塔內(nèi)氮氣壓力為0.05 MPa。正常的開車步驟產(chǎn)品氣合格需要3～4 h，通過此方法開車時間可以控制在1 h左右。具體方法介紹：①氮氣置換合格后，啟動PSA提氫裝置自動控制系統(tǒng)開始運行，緩慢打開進口閥，根據(jù)前系統(tǒng)要求控制流量避免由于流量過大造成系統(tǒng)波動。②打開解吸氣外送閥，始終保持產(chǎn)品氣出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)。吸附塔10 min左右可以升到工作壓力。③縮短吸附時間為最低60 s運行，加大解吸氣的外送量。運行30 min后取樣分析，產(chǎn)品氣中的氮氣含量<1%，45 min后取樣分析，產(chǎn)品氣中的氮氣<100×10-6。達到下工段工藝要求，具備外送條件。④聯(lián)系下個工段，打開產(chǎn)品氣出口閥[1-2]。

本裝置多次使用此方法進行開車，并在開車期間取樣分析其結(jié)果均與上述數(shù)據(jù)一致。通過分析不難發(fā)現(xiàn)其中原理，關(guān)鍵在于產(chǎn)品氣出口閥何時打開。

2 延長PSA提氫裝置運行期間的吸附時間

操作PSA提氫裝置的技術(shù)人員知道，通過調(diào)整吸附塔的吸附時間，可獲得不同純度的產(chǎn)品氫氣。為得到高純度的產(chǎn)品氫氣，勢必要減少吸附塔的吸附時間。然而吸附時間減少，意味著吸附塔在單位時間內(nèi)再生次數(shù)的增多，增加了程控閥的開關(guān)頻次，縮短了閥桿填料的使用周期，造成填料處漏氣，需要進行更換，但其難度較大。①工藝置換十分困難，甚至需要整套裝置停車置換；②程控閥結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，內(nèi)部零件很多維修技術(shù)要求較高；③原廠生產(chǎn)的填料價格昂貴，增加檢修費用。因此，通過延長吸附塔的吸附時間，可有效地延長程控閥的使用周期，降低檢修費用。尋求如何在保證產(chǎn)品氫氣純度的同時，最大程度地延長吸附塔的吸附時間，是提高PSA提氫裝置經(jīng)濟運行的最佳方法。

PSA提氫裝置通過在線儀表連續(xù)監(jiān)測，以確保產(chǎn)品氣的純度穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。通過對PSA提氫裝置研究發(fā)現(xiàn)，延長吸附時間的最關(guān)鍵因素是尋找最佳的監(jiān)測點。目前設(shè)計均為產(chǎn)品氣出口管道，通過取樣分析發(fā)現(xiàn)最佳監(jiān)測點為順放罐進口管道。

目前，PSA提氫裝置氫氣純度在線檢測儀表一般安裝在產(chǎn)品氫氣出口管道上。為了實現(xiàn)其經(jīng)濟運行，在延長吸附塔的吸附時間時，若出現(xiàn)氫氣純度降低，通過降低吸附時間，短時間內(nèi)可能無法恢復(fù)產(chǎn)品氫氣的純度。因為吸附劑在完成吸附平衡后，仍有大量的雜質(zhì)不能被吸附劑所吸附而進入到產(chǎn)品氣緩沖罐內(nèi)，當(dāng)在線監(jiān)測儀表監(jiān)測到產(chǎn)品氫氣純度降低時，多個吸附塔以及產(chǎn)品氣緩沖罐已全部被雜質(zhì)氣污染，這時需要使用大量的氫氣進行置換，吸附塔置換合格后才能置換產(chǎn)品氣緩沖罐，產(chǎn)品氫氣純度在較長時間內(nèi)才能恢復(fù)，所以選擇在產(chǎn)品氫氣出口管線上對純度進行檢測，其結(jié)果滯后不利于吸附時間的調(diào)整[3]。

通過對PSA提氫裝置整個運行過程進行觀察，發(fā)現(xiàn)吸附塔順放時，是最后一次由塔頂向外送氣，且在一個吸附周期內(nèi)只有一臺吸附塔在順放。將氫氣純度在線監(jiān)測儀表安裝在順放罐進口管道上進行監(jiān)控，可以瞬時反應(yīng)單臺吸附塔的吸附情況，及時調(diào)整吸附時間，確保產(chǎn)品氫氣純度不受影響。因為在發(fā)現(xiàn)氫氣純度下降，只是單臺吸附塔有少量的雜質(zhì)氣脫離吸附劑進入順放氣緩沖罐，一般情況下多臺吸附塔對應(yīng)一臺順放氣緩沖罐，對整個PSA提氫裝置的運行造成影響，只要及時降低吸附時間即可控制產(chǎn)品氫氣純度，穩(wěn)定最佳吸附時間，從而實現(xiàn)PSA提氫裝置經(jīng)濟運行。通過檢測點的變更，可以準確地確定其最佳吸附時間，同時便于員工操作及調(diào)整，穩(wěn)定產(chǎn)品氣純度[4]。

3 合理的綜合設(shè)計及程控閥選型

3.1 解析氣的綜合利用有利于PSA提氫裝置的經(jīng)濟運行

PSA提氫裝置是通過降低吸附塔內(nèi)的壓力完成吸附劑的再生，解析氣壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動態(tài)吸附量越大，越有利于經(jīng)濟運行。為了降低解吸氣壓力，PSA提氫裝置通過增加真空泵已實現(xiàn)降低解吸氣壓力的目的，并將解吸氣送去火炬系統(tǒng)。這樣一來，解吸氣不但沒有回收利用，反而又增加了相應(yīng)的設(shè)備投資以及后期運行費用，不利于裝置的經(jīng)濟運行。解吸氣的回收利用是提高PSA提氫裝置經(jīng)濟運行的最佳手段。通過增加解吸氣壓縮機，在降低解吸氣壓力的同時又可以提供不同壓力等級解吸氣，滿足其它工藝的需求，實現(xiàn)解吸氣的綜合利用。根據(jù)解吸氣成分的不同，經(jīng)過加壓后可以作為燃料氣使用，也可以送入工藝系統(tǒng)合成甲醇等化工產(chǎn)品，實現(xiàn)最大經(jīng)濟價值。

3.2 程控閥的正確選型可降低維護費用

程控閥作為PSA提氫裝置最重要的設(shè)備，其選型的正確性是影響運行后維護成本的重要因素。目前程控閥一般有兩種：一種是氣動式蝶閥，另一種是油動式截止閥。下面對其優(yōu)缺點分別進行分析，以提供合適的選型，達到降低維護成本的目的。

①氣動式蝶閥型程控閥。具有結(jié)構(gòu)簡單、價格較低、運行費用低，便于維修等優(yōu)點。缺點較多，如：體積較大、開關(guān)速度較慢、密封性差、開啟壓差偏小等。為了降低設(shè)備投入，在設(shè)計時氣源選用工廠空氣，由于其壓力較低，為了滿足開關(guān)時間的要求，執(zhí)行機構(gòu)較為龐大，所需安裝位置較大。適用于工作壓力較低，產(chǎn)品氣純度要求不高，建設(shè)面積較大的裝置使用。②油動式截止閥。具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較高、維修難度大、滲油現(xiàn)象較多衛(wèi)生難以打掃等缺點。優(yōu)點如：體積小、開關(guān)速度快、密封性好、運行費用低、無開啟壓差等。由于執(zhí)行機構(gòu)較小，需要較高的傳動油壓，增加液壓油站以提高油壓。推薦適用工作壓力較高，產(chǎn)品氣純度要求較高，建設(shè)面積較小的裝置使用。

4 結(jié)論

通過對PSA提氫裝置在開車工程中縮短其時間，減少置換時氣體的排放，以節(jié)約開車成本；在運行期間通過對不同檢測點的分析，尋找最佳的監(jiān)測點，可以有效地推算出合理的吸附時間，減少程控閥的開關(guān)頻次，節(jié)約運行成本。根據(jù)實際情況進行綜合設(shè)計以及對不同形式的程控閥的優(yōu)缺點進行介紹，為其設(shè)計提供選擇的方向，為后期的運行、檢修節(jié)約維修成本。同時，通過對10年來PSA提氫裝置的操作經(jīng)驗總結(jié)，以便其他技術(shù)人員進行交流學(xué)習(xí)。