葉運超，劉玉剛

（河南能源化工集團(tuán)有限公司濮陽永金公司，河南濮陽 457000）

0 引言

河南能源化工集團(tuán)有限公司濮陽永金公司20 萬噸乙二醇項目裝置的原料氣凈化配套項目采用四川天一科技股份有限公司的氣相變壓吸附工藝。本裝置操作簡單、自動化程度高，是目前國內(nèi)最大的CO/H2裝置之一。設(shè)計氣量22 000 Nm3/h，H2產(chǎn)量42 000 Nm3/h，由440 臺程控閥控制。

該裝置自2012 年8 月建成投產(chǎn)以來，運行中出現(xiàn)分子篩吸附劑粉化嚴(yán)重的現(xiàn)象，主要是在管道內(nèi)壁及閥門的死點粘附大量的吸附劑粉塵，后續(xù)的動設(shè)備緩沖罐內(nèi)部也堆積有大量的粉塵。吸附劑粉化會導(dǎo)致吸附劑床層下降，由于吸附塔上部格柵板隨交變氣流做活塞運動，從而造成格柵板損壞。同時粉化的吸附劑在氣流作用下對程控閥造成嚴(yán)重沖刷，引起閥門頻繁內(nèi)漏，嚴(yán)重時甚至造成裝置的停車。吸附劑粉末進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，還會導(dǎo)致動設(shè)備備件壽命大幅下降、加大檢修難度。所以說，吸附劑粉化嚴(yán)重影響了裝置的安全運行。

1 工藝概述

來自界外的原料氣（壓力3.2 MPa、溫度≤40 ℃），首先進(jìn)入氣液分離器，分離出氣體中夾帶的游離水后，經(jīng)流量計量系統(tǒng)（FIQ-12101）計量后進(jìn)入PSA-CO2/R 工序。其中，較弱吸附組分如H2、CO、N2等多數(shù)穿過吸附床層，稱為半產(chǎn)品氣，送入PSACO 工序提純CO；較強吸附組分如CO2、CH3OH 及部分CH4、N2等雜質(zhì)被停留在吸附劑上，并隨降壓、沖洗等再生過程從吸附劑上解吸出來，稱為解吸氣，輸出界外（圖1）。

圖1 工藝流程

半產(chǎn)品氣經(jīng)半產(chǎn)品氣緩沖罐（T12101）緩沖混合后送入PSA-CO 工序，在PSA-CO 中吸附劑對H2、N2、CH4等吸附量小于CO 的組分從吸附塔出口放出，此吸附廢氣進(jìn)入粗氫氣緩沖罐（T12301），作為PSA-H2的原料氣；從吸附塔底部逆放和抽空得到的產(chǎn)品氣，從產(chǎn)品氣混合緩沖罐（T12204A、T12204B）出來的氣體分為兩路，一路作為產(chǎn)品氣輸出界外，另一路經(jīng)鼓風(fēng)機（B12201A、B12201B）加壓至0.05 MPa 作為置換氣，進(jìn)入PSACO 吸附塔進(jìn)行置換，將吸附床層中殘留的雜質(zhì)組分用CO 替換出來，而從吸附塔上端出來的置換廢氣進(jìn)入中間罐（T12201A、B12201B），一部分用作PSA-CO 吸附塔的升壓、一部分通過新加管線至E12301 解吸氣加熱器，與三區(qū)沖洗氣經(jīng)過解吸氣加熱器E12301 加熱后用作PSA-CO2/R 的沖洗氣。

2 吸附劑的型號及各區(qū)裝填量

（1）PSA-CO2吸附塔的直徑為2.6 m，吸附劑裝填容積38 m3，裝填高度7.160 9 m，單塔吸附劑用量31.55 t，共14 臺，吸附劑總用量為441.7 t，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 PSA-CO2 吸附塔的相關(guān)工作參數(shù)

（2）PSA-CO 吸附塔的直徑為3.4 m，吸附劑裝填容積102 m3，裝填高度11.240 1 m，單塔吸附劑用量77.60 t，共16 臺，吸附劑總用量為1241.6 t，相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 PSA-CO 吸附塔的相關(guān)工作參數(shù)

（3）PSA-H2吸附塔的直徑為2.4 m，吸附劑裝填容積30 m3，裝填高度7.222 8 m，單塔吸附劑用量22.83 t，共12 臺，吸附劑總用量為275.76 t，相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 PSA-H2 吸附塔的相關(guān)工作參數(shù)

3 吸附劑粉化的原因分析

3.1 吸附劑的質(zhì)量

吸附劑一般要求抗壓強度大于20 N，磨損率小于0.5%。只有強度達(dá)到這個要求，才能承受床層自身的重量和氣流壓降所施加的壓力，同時承受切換時的氣流沖擊而不粉化。由于使用單位沒有檢測吸附劑的專用分析檢測設(shè)備，很容易選用不符合使用條件的吸附劑，導(dǎo)致吸附劑在使用后發(fā)生粉化。

3.2 工藝原因

（1）由于檢測分析方法較為簡陋，未能及時發(fā)現(xiàn)換熱器發(fā)生泄漏會導(dǎo)致水進(jìn)入吸附劑，從而造成吸附劑的破壞、粉化。

（2）由于工藝設(shè)計的不合理，均壓方式與吸附時序存在設(shè)計缺陷，吸附塔內(nèi)壓力變化梯度過大，造成吸附劑粉化。

（3）裝填方式錯誤。例如裝填吸附劑時未采取有效的防潮措施，造成吸附劑與空氣中的水分結(jié)合粉化。

（4）受吸附塔結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝填方式的限制，吸附塔頂部不可避免會有一些死空間，隨著往復(fù)氣流的循環(huán)沖擊，吸附劑在吸附塔內(nèi)存在跳動現(xiàn)象，從而引起吸附劑的磨耗，同時隨著磨耗產(chǎn)生的粉塵流出使空隙變大，就這樣形成惡性循環(huán)，造成吸附劑的大量粉化。

4 減輕吸附劑粉化危害采取的措施

4.1 常規(guī)措施

（1）裝填吸附劑應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行裝填方法及保護(hù)方案，對吸附劑的堆密度及裝填前后的保護(hù)措施嚴(yán)格要求。

（2）變壓吸附裝置中介質(zhì)是一個循環(huán)利用的系統(tǒng)，其中有一些換熱器，如置換氣換熱器、沖洗氣換熱器等，工藝氣經(jīng)過這些換熱器升溫或降溫后還要進(jìn)入吸附塔，而換熱器一旦發(fā)生泄漏，即使漏量很小，泄漏的水分也會對吸附劑造成極大損害。這就需要加強對這些換熱器的泄漏檢測，通常采取的方法就是在這些換熱器后加裝露點儀，發(fā)現(xiàn)換熱器泄漏后及時停車處理。

（3）為降低吸附塔內(nèi)均壓壓力過高的問題，在PSA-CO2的工段7 和工段8 均壓閥前設(shè)置限流孔板，從而降低流速、降低吸附劑的粉化。限流孔板數(shù)據(jù)由設(shè)計院設(shè)計人員經(jīng)計算給出。

（4）在PSA-CO 工段的順放氣管線加裝調(diào)節(jié)閥，降低原有的順放氣壓力釋放速度，避免分子篩的順放壓力大幅波動，減緩PSA-CO 吸附劑的粉化速度。

4.2 裝置優(yōu)化

以上這些措施可以減慢吸附劑的粉化速度，但是無法避免吸附劑的進(jìn)一步粉化。經(jīng)過對近幾年的吸附劑沉降情況檢查，發(fā)現(xiàn)PSA-CO 吸附劑磨損情況最為嚴(yán)重，這些粉化的吸附劑通過PSA-CO 工段至PSA-CO2/R 工段的沖洗氣管線進(jìn)入吸附塔頂部。一部分粉塵隨著氣流穿過吸附塔進(jìn)入解吸氣壓縮機，一部分留在吸附器頂部，造成床層的壓差增大，需要每年定期清理，造成大量的人力物力損耗。還有一部分隨著PSA-CO2/R 工段吸附塔吸附工段時進(jìn)入PSA-CO 工段并吸附在塔底部堆積，當(dāng)吸附塔抽空工段時隨氣流進(jìn)入后續(xù)動設(shè)備，這些在管道中留存的吸附劑粉塵加劇了程控閥的內(nèi)漏及動設(shè)備易損件的損耗。

根據(jù)吸附劑沉降情況檢查，吸附劑粉塵主要由PSA-CO 工段吸附塔頂部產(chǎn)生，這一部分粉塵通過到PSA-CO2/R 工段的沖洗氣管線進(jìn)入PSA-CO2/R 工段吸附塔頂部，所以在這一條工藝管線上設(shè)置一套過濾裝置：自帶反吹系統(tǒng)和一臺反吹儲罐；反吹介質(zhì)為溫度40 ℃、壓力0.3～0.5 MPa 的脫碳?xì)?；控制系統(tǒng)由DCS 控制，反吹閥為電磁閥，壓差為5 kPa。該裝置工藝工作條件為低壓（≤0.15 MPa），正常工作0.09 MPa 左右，過濾吹灰系統(tǒng)采取密閉形式，定時人工將過濾的粉塵卸出。

5 吸附劑裝填的注意事項

（1）整個裝填過程中，要注意防雨防潮。空氣濕度較高時，在進(jìn)行裝填前，不要打開吸附劑的包裝，如遇雨天，要立即停止裝填。裝填過程中斷時，吸附器的人孔、所有裝填用設(shè)備及未裝填的吸附劑必須用塑料薄膜或防水雨布覆蓋好。

（2）吸附劑的裝填應(yīng)當(dāng)快速進(jìn)行，凡打開密封的吸附劑應(yīng)在5 min 內(nèi)裝入吸附塔，盡可能減少暴露在空氣中的時間，以免吸潮。

（3）裝填時應(yīng)采用裝有長條布的漏斗，以盡量低的位置卸入，以免損壞吸附劑。

（4）裝填時吸附劑要分散傾倒均勻布撒，然后用木板輕輕刮平，視吸附塔的大小在裝填一定高度就進(jìn)行扒平。

（5）裝填過程中必須采取措施使各吸附塔中的吸附劑裝填密度、裝填量基本相同，不同批次的吸附劑最好能做到各塔平均裝填。

（6）裝填完畢后，應(yīng)立即封閉吸附塔大蓋及關(guān)閉所有連通閥，并充氮氣保護(hù)，組織氣密性實驗及吹掃粉塵。

（7）整個裝填過程應(yīng)做好詳細(xì)的裝填記錄，包括吸附劑的規(guī)格、型號、數(shù)量、高度等。

（8）裝置每運行一定周期后，根據(jù)吸附劑下沉情況盡可能多地補充吸附劑，減少其在吸附塔內(nèi)的活動空間。

6 總結(jié)

通過在裝置運行前后采取的一系列措施，有效降低了吸附劑的粉化速度，通過粉塵過濾裝置降低系統(tǒng)內(nèi)吸附劑的粉塵含量，從而大幅提高程控閥和動設(shè)備備件的使用壽命，保證裝置的長周期運行。