梁振濤(煙臺(tái)巨力精細(xì)化工股份有限公司，山東煙臺(tái)265200)

1 項(xiàng)目提出的背景

1.1 設(shè)備改造的目標(biāo)及任務(wù)

煙臺(tái)巨力精細(xì)化工股份有限公司現(xiàn)有兩套年產(chǎn)2.6萬(wàn)噸的TDI一期生產(chǎn)裝置和年產(chǎn)4.5萬(wàn)噸的TDI 二期生產(chǎn)裝置，經(jīng)過(guò)不斷技改，TDI實(shí)際產(chǎn)能達(dá)9萬(wàn)t/年以上，是國(guó)內(nèi)目前具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TDI生產(chǎn)裝置。為了增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整的新形勢(shì)，公司計(jì)劃在現(xiàn)有的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行優(yōu)化，提高原料利用率，降低生產(chǎn)成本。首先考慮是從排放氣回收方向著手，增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，又符合國(guó)家清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)政策。

1.2 TDI的原料氣純CO和純H2

TDI生產(chǎn)所需的原料氣中包括純CO和純H2，CO 用于制備光氣COCl2，H2用于還原二硝基甲苯制備甲苯二胺，光氣與甲苯二胺反應(yīng)生成甲苯二異氰酸酯TDI。目前CO和H2氣體通過(guò)變壓吸附工藝提純所得。由造氣工段產(chǎn)出的混合氣體(水煤氣)經(jīng)過(guò)除塵加壓、凈化、壓縮、變換等工藝進(jìn)入到變壓吸附工段，變壓吸附工段將水煤氣中的CO和H2分離提純出來(lái)供TDI生產(chǎn)。其余雜質(zhì)氣體輸送至吹風(fēng)氣回收裝置燃燒生產(chǎn)蒸汽，燃燒的這部分氣體為變壓吸附氫段工序的產(chǎn)生的解吸氣，內(nèi)含大量的H2等有用組分(約25%)，直接輸送至吹風(fēng)氣回收裝置燃燒過(guò)于可惜、浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。

1.3 解吸廢氣中有效可燃?xì)怏w

變壓吸附氫段工序的解吸廢氣中有效可燃?xì)怏w約2265Nm3/h 的氣量去吹風(fēng)氣回收裝置燃燒，燃燒氣體中可燃?xì)怏w含量較高；變壓吸附裝置程控閥故障出現(xiàn)高壓串低壓現(xiàn)象時(shí)，易造成大量高濃度、高壓力的可燃?xì)怏w輸送至吹風(fēng)氣回收系統(tǒng)，存在吹風(fēng)氣系統(tǒng)爆燃超溫或燃燒不充分爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)系統(tǒng)操作要求高，安全保障較低。

1.4 回收現(xiàn)有變壓吸附氫段解吸氣中的氫氣

綜上考慮，決定改造設(shè)備，回收現(xiàn)有變壓吸附氫段解吸氣中的氫氣，以降低去吹風(fēng)氣回收裝置的氣量，減少其中可燃?xì)怏w含量，降低裝置操作難度，提高裝置安全性。同時(shí)，能達(dá)到降低焦炭消耗，減少二氧化碳排放，節(jié)能減排，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本的目的。符合公司堅(jiān)持“安全第一，環(huán)保優(yōu)先，以人為本”的理念，提高裝置科技含量，實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)低耗，向“資源節(jié)約型、本質(zhì)安全型、環(huán)境友好型”的現(xiàn)代綠色化工企業(yè)邁進(jìn)。

2 工藝技術(shù)的選擇

此新制氫項(xiàng)目是對(duì)公司現(xiàn)有的兩套變壓吸附裝置氫段排放的解吸氣進(jìn)行回收提純，以提高氫氣收率，項(xiàng)目所需的原料是通過(guò)變壓吸附氫段提純氫氣后所得解吸氣?？紤]回收現(xiàn)有PSA 提氫解吸氣，以降低去吹風(fēng)氣回收裝置的氣量，減少其中可燃?xì)怏w含量，降低裝置操作難度，提高裝置安全性。同時(shí)，能達(dá)到降低焦炭消耗，減少二氧化碳排放，節(jié)能減排，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本的目的。

公司原有的兩套變壓吸附制CO和H2裝置由北大先鋒設(shè)計(jì)改造，效果很好，本新制氫節(jié)能環(huán)保改造項(xiàng)目仍采用北大先鋒科技有限公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)的基于PU-1專用吸附劑基礎(chǔ)上的變壓吸附專有技術(shù)。變壓吸附技術(shù)(PSA)是近幾十年來(lái)在工業(yè)上新崛起的氣體分離技術(shù)，其基本原理是利用不同氣體組分在固體吸附劑材料上吸附特性的差異，以及吸附劑的吸附容量隨吸附質(zhì)分壓的增高而增高、降低而降低的特性，通過(guò)周期性的壓力變化過(guò)程實(shí)現(xiàn)氣體的分離提純。

與其它氣體分離技術(shù)相比，PSA 技術(shù)有以下特點(diǎn)：

(1)低能耗，PSA 工藝所要求的壓力一般在0.1～3MPag，一些有壓力的氣源可省去再次加壓的能耗；

(2)常溫吸附和解吸，省去了加熱、冷卻環(huán)節(jié)，節(jié)省了成本；

(3)產(chǎn)品氣純度高，如PSA 制氫裝置，H2產(chǎn)品氣純度最高可達(dá)99.9%以上；

(4)工藝流程簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)多種氣體的分離，無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理工序；

(5)裝置的運(yùn)行由計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)化程度高，操作方便，啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)即可獲得合格產(chǎn)品；

(6)操作簡(jiǎn)單，開(kāi)停車容易；

(7)裝置的操作彈性大，穩(wěn)定程度高，個(gè)別的塔、閥門、設(shè)備損壞后可采取一定措避免停車，確保裝置的連續(xù)正常生產(chǎn)。

3 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案

3.1 建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為PSA 提氫尾氣回收裝置及配套公用工程和輔助設(shè)施。PSA 提氫尾氣回收裝置解吸氣處理量為9000Nm3/h，包括：新 增PSA-H2吸附塔5座，H2真空泵4臺(tái)，PSA-H2富氫氣壓縮機(jī)2 臺(tái)，壓縮廠房、程控閥操作平臺(tái)；以及利舊設(shè)備PSA-H2逆放氣緩沖罐1臺(tái)、PSA-H2順?lè)艢饩彌_罐1臺(tái)、PSA-H2富氫氣緩沖罐1臺(tái)、除油塔1臺(tái)、制氫解吸氣壓縮機(jī)1臺(tái)。

3.2 產(chǎn)品方案

本項(xiàng)目產(chǎn)品主要為氫氣(H2)。

4 工藝流程及工藝指標(biāo)

4.1 工藝流程

一、二期變壓吸附氫段工序解吸氣壓力0.01～0.03MPa，氣量約9000Nm3/h，經(jīng)解吸氣壓縮機(jī)B25803加壓至0.35MPa，進(jìn)入除油塔去除油水后進(jìn)入新制氫工序吸附塔(C25801A～E)，解吸氣中CO、CH4、CO2、N2+Ar 被吸附在吸附劑內(nèi)，經(jīng)逆放及抽真空+沖洗階段將新的雜質(zhì)氣解吸出來(lái)，壓力為0.01～0.03MPa，輸送至一二期吹風(fēng)氣回收系統(tǒng)燃燒；吸附塔塔頂約1000Nm3/h、壓力0.3MPa 的富氫氣(H2含量≥99%)被分離出來(lái)，經(jīng)富氫氣緩沖罐T25801緩沖后，進(jìn)入富氫氣壓縮機(jī)B25802AB(開(kāi)1備1)加壓至1.5～1.6MPa輸送至一期變壓吸附氫段工序提取產(chǎn)品氫氣。

一期、二期變壓吸附氫段工序解吸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.35 MPa 后進(jìn)入新制氫環(huán)保節(jié)能改造項(xiàng)目吸附塔，裝置采用5塔時(shí)序，在一個(gè)周期中，每臺(tái)吸附塔依次經(jīng)歷：吸附、均壓降壓、順?lè)?、逆放、抽真?沖洗、均壓升壓、終充壓步驟。每臺(tái)吸附塔交替進(jìn)行以上各個(gè)步驟的操作，相互匹配、協(xié)同操作，使整套裝置平穩(wěn)運(yùn)行，得到富H2氣經(jīng)壓縮至1.60MPa 后返回一期變壓吸附氫段工序前進(jìn)行回收利用，被吸附的CO2、CO、N2、CH4通過(guò)逆放、沖洗、抽真空的方法解吸，同時(shí)使吸附劑得到再生。產(chǎn)生的解吸氣分兩路，一路去一期吹風(fēng)氣回收，另一路去二期吹風(fēng)氣回收。

本裝置利用氧化鋁(PU-9)、硅膠(PU-10)、活性炭(PU-11)、5A 分子篩(PU-12)對(duì)解吸氣中H2、CO2、N2、CO、H2O、H2S、CH4等組分吸附量隨壓力不同而呈現(xiàn)差異的特征，將CO2、N2、CO、H2O、H2S、CH4吸附在吸附劑中，有效組分H2由塔頂流出分離。圖1為工藝流程簡(jiǎn)圖。

4.2 控制工藝指標(biāo)

4.2.1 變壓吸附部分指標(biāo)：

一、二期變壓吸附解吸氣壓力：3～27kPa，富氫氣成分：H2≥99%。

4.2.2 壓縮指標(biāo)

解吸氣壓縮機(jī)入口壓力：3～27kPa，解吸氣壓縮機(jī)油壓：0.15～0.4MPa，解吸氣一、二級(jí)排氣溫度：≤140℃，富氫氣壓縮機(jī)油壓：0.15～0.4MPa，富氫壓縮機(jī)一、二級(jí)排氣溫度：≤120℃。

5 實(shí)施情況及節(jié)能環(huán)保效益

圖1工藝流程簡(jiǎn)圖

新制氫項(xiàng)目自2018年7月建好運(yùn)行至今，運(yùn)行正常，能夠滿足TDI用氣需求。根據(jù)生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)2018年度新制氫系統(tǒng)運(yùn)行167天，新制氫系統(tǒng)共生產(chǎn)富氫氣3658574Nm3富氫氣，其中氫氣含量99.9%；設(shè)備運(yùn)行電機(jī)總功率880kWh；同時(shí)據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)2017年全年消耗焦炭110507t；2018年全年消耗焦炭109311t；2018年減少焦炭消耗1196t。以氫氣價(jià)格2.288元/Nm3；電0.65 元/度；蒸汽92 元/t 計(jì)算，并綜合以上數(shù)據(jù)計(jì)算2018 年新制氫運(yùn)行167 天共獲得直接經(jīng)濟(jì)效益：3658574×85%×2.288-880×0.85×0.65×24×167-92.95×92×167=373.84萬(wàn)元；間接效益看改造后滿足TDI日增產(chǎn)50t TDI 的生產(chǎn)用產(chǎn)品CO和H2的量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

本項(xiàng)目減排效果明顯。由于本項(xiàng)目降低了原料焦炭的消耗，同時(shí)減少了二氧化碳的排放，經(jīng)測(cè)算年可減少4100t 二氧化碳排放。同時(shí)，由于本項(xiàng)目裝置具有很好的緩沖及降低可燃?xì)怏w濃度的作用，降低了吹風(fēng)氣回收爆燃超溫的風(fēng)險(xiǎn)，減少了生產(chǎn)安全隱患。

6 存在問(wèn)題及后期改進(jìn)措施

變壓吸附氫段解吸氣由于逆放及抽真空過(guò)程壓力表現(xiàn)為正弦曲線形式波動(dòng)，新制氫提純節(jié)能環(huán)保改造解吸氣壓縮機(jī)入口壓力高壓時(shí)仍出現(xiàn)新制氫項(xiàng)目產(chǎn)出的解吸氣超壓現(xiàn)象。為此鋪設(shè)DN300管道，引新制氫的解吸氣至二期吹風(fēng)氣回收解吸氣緩沖罐，二期變壓吸附解吸氣超壓開(kāi)關(guān)閥KV25618 移至變壓吸附氣柜區(qū)，二期變壓吸附氣柜區(qū)2臺(tái)解吸氣緩沖罐分別作為新解吸氣壓縮機(jī)入口解吸氣緩沖罐及吹風(fēng)氣回收燃燒解吸氣緩沖罐。

吹風(fēng)氣燃燒爐溫度控制750～900℃，需控制進(jìn)入燃燒爐可燃?xì)怏w組分，通過(guò)控制解吸氣壓力實(shí)現(xiàn)，造成解吸氣總管系統(tǒng)近路超壓開(kāi)關(guān)閥KV25618、KV9513開(kāi)關(guān)頻繁。為此增加新制氫吸附塔沖洗管線，引富氫氣對(duì)吸附塔吸附劑進(jìn)行再生，同時(shí)再生氣調(diào)整去吹風(fēng)氣燃燒氣可燃?xì)怏w成分，保證燃燒爐溫度，降低開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)頻率。

解吸氣壓縮機(jī)、除油塔為利舊設(shè)備，進(jìn)出口存在管道變徑，解吸氣壓縮機(jī)出口至吸附塔存在0.05MPa 壓差，除油塔運(yùn)行壓力微超工作壓力。為此更換擴(kuò)大除油塔進(jìn)出口管道、閥門為DN300，增設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)壓力表及遠(yuǎn)傳壓力表。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)變壓吸附技術(shù)對(duì)兩套TDI裝置變壓吸附工段氫段工序產(chǎn)生的解吸氣再次進(jìn)行分離提純，分離出其中的H2供TDI生產(chǎn)，除H2以外的其它解吸氣去吹風(fēng)氣鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，真正做到節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)。