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        銅吸附劑在變壓吸附CO分離中的應用總結

        2021-11-08 12:57:08張國義崔曉錦趙軍龍李曉霞張明濤張澤原
        氮肥與合成氣 2021年7期
        關鍵詞:合格率工藝產(chǎn)品

        張國義,崔曉錦,趙軍龍,李曉霞,張明濤,張澤原

        (甘肅銀光聚銀化工有限公司, 甘肅白銀 730900)

        甘肅銀光聚銀化工有限公司氣體制造廠(以下簡稱聚銀公司)新建1套水煤氣處理能力為8 500 m3/h(標態(tài))的變壓吸附(PSA)生產(chǎn)裝置,分離提純CO和H2(體積流量分別為1 500 m3/h和4 000 m3/h,標態(tài))。該PSA裝置自開車以來,制CO工序一直運行不穩(wěn)定,CO產(chǎn)品氣中CH4和N2頻繁超標,質量合格率較低。這不僅影響后工序的穩(wěn)定生產(chǎn),而且CO回收率低導致生產(chǎn)成本增加,成為制約高負荷、安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的瓶頸。為此,對制CO工序進行了研究分析,利用最短的時間和最低的投入進行優(yōu)化改造,提高了生產(chǎn)能力,降低了生產(chǎn)成本。

        1 技改方案的確定

        原PSA裝置制CO工藝采用6臺吸附器,吸附劑為5A分子篩,6臺吸附器中的2臺同時進料,采用兩步置換和抽空解析工藝[1]。因5A分子篩對原料氣中的CH4、N2和H2分離效果差,造成前端工藝調(diào)整彈性受限、損失增加,導致后段產(chǎn)品質量合格率低、收率低、廢氣量大、生產(chǎn)成本增加。

        為此,聚銀公司對多家CO生產(chǎn)企業(yè)和PSA設計企業(yè)進行詳細考察、調(diào)研,并對改造工藝的先進性、投資回報期、生產(chǎn)成本等因素反復論證和對比,結合企業(yè)自身特點,決定利用CO專用銅吸附劑對原工藝進行優(yōu)化改造。

        該技術方案具有改造周期短、操作安全穩(wěn)定、有效組分回收率高、產(chǎn)品氣純度高、產(chǎn)品氣質量穩(wěn)定等優(yōu)勢。

        2 方案的實施

        將原5A分子篩吸附劑更換為CO專用銅吸附劑,并對工藝流程進行相應改造。因CO專用銅吸附劑具有在一定溫度下對CO吸附強且較穩(wěn)定的特點,同時對CO、CH4、H2和N2分離系數(shù)大。故在入口管線增設加熱器提高溫度,并增加5臺真空泵以提高真空度,保證CO完全解析。此外,在出口管線增設冷卻器,同時對PSA時序進行相應優(yōu)化[2-3],以實現(xiàn)CO自身置換及吹掃再生,提高吸附劑再生效果和氣體回收利用效果。

        2.1 工藝參數(shù)

        (1)原料氣組分見表1。

        (2)控制溫度:60~90 ℃。

        (3)壓力:0.5~0.8 MPa。

        (4)處理氣量:8 500 m3/h(標態(tài))。

        2.2 工藝流程

        改造前工藝流程簡圖見圖1,改造后工藝流程簡圖見圖2。

        圖1 改造前流程圖

        圖2 改造后流程圖

        3 實施效果

        因CO專用銅吸附劑在670℃左右對CO2、CH4等氣體吸附力小,在吸附過程中就能分離脫除,不影響產(chǎn)品氣純度。前段脫碳工序出口氣體中原CO2體積分數(shù)為<0.3%,現(xiàn)可提高至0.6%。在滿負荷工況下,CO和H2體積流量可分別達到1 988 m3/h(標態(tài))和4 200 m3/h(標態(tài)),脫碳回收率>82%,CO回收率>80%,H2回收率>91%,總回收率>80%,產(chǎn)品氣CO和H2質量合格率達100%。

        改造后負荷率從60%提高至100%,見表2。

        表2 改造前后負荷率對比

        CO產(chǎn)品氣質量指標合格率為100%,H2產(chǎn)品氣質量指標合格率為100%。

        CO專用銅吸附劑與5A分子篩性能對比,見表3。

        表3 CO專用銅吸附劑與5A分子篩對比

        4 效益分析

        改造后,生產(chǎn)線操作彈性明顯增大,前段脫碳工序回收率大幅提高,在同等產(chǎn)品氣量下,大幅降低了水煤氣消耗,年節(jié)約費用為400萬~500萬元[4];在提高產(chǎn)品質量合格率的同時,大大減少停車損失和水煤氣排放量,既保護了環(huán)境又提高了生產(chǎn)效率。

        5 創(chuàng)新點

        在液態(tài)溶劑分離制CO工藝基礎上改為固體分離技術,可避免因深冷法分離和液態(tài)溶劑法帶來的設備投資大、占地面積大、操作復雜、生產(chǎn)成本費用高、管道設備腐蝕嚴重、環(huán)境污染等缺點。采用國內(nèi)外廣泛使用的PSA工藝,具有投資少、占地面積小、設備管道布置緊湊、操作強度低、自動化程度高等優(yōu)點。同時,大幅度提高了產(chǎn)品收率和純度,改變了國內(nèi)PSA工藝CO收率不足60%的現(xiàn)狀;明顯降低了單位CO的生產(chǎn)成本,提升PSA分離CO裝置的運行效率。

        6 結語

        改造后,產(chǎn)品氣質量合格率達100%,CO純度>99.2%,CH4含量為0,脫碳凈化氣中CO組分比原先高出4%~5%,CO體積流量平均增加400 m3/h,H2體積流量平均增加150 m3/h,產(chǎn)量、回收率明顯提高,成本明顯下降,工藝運行更加穩(wěn)定。目前,公司新建一套采用CO專用銅吸附劑提純CO的更大規(guī)模PSA裝置,一次投產(chǎn)成功并取得良好效益。

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