張靈娜，袁 帥

(河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南安陽 455133)

為了降低能源消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、減少資源浪費(fèi)，河南能源化工集團(tuán)安化公司考慮回收合成氨新系統(tǒng)乙二醇裝置變壓吸附(PSA)解吸氣。自2012年回收此部分解吸氣后，合成氨新系統(tǒng)PSA脫碳裝置產(chǎn)出的CO2純度不合格且氣量無法滿足尿素用量要求。2013年對(duì)PSA脫碳裝置運(yùn)行時(shí)序進(jìn)行了優(yōu)化[1]，雖然暫時(shí)達(dá)到生產(chǎn)尿素的要求，但是隨著乙二醇裝置生產(chǎn)負(fù)荷的不斷提升，回收到合成氨系統(tǒng)的解吸氣不斷增多，致使進(jìn)入PSA脫碳裝置的CO2體積分?jǐn)?shù)又有下降，又出現(xiàn)了產(chǎn)品CO2氣量小及純度低的問題；針對(duì)該情況，再次對(duì)PSA脫碳裝置運(yùn)行時(shí)序進(jìn)行優(yōu)化，以滿足尿素系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)的要求。

1 PSA脫碳裝置概況

該P(yáng)SA脫碳裝置采用兩段法工藝，由PSA-Ⅰ和PSA-Ⅱ兩部分組成。PSA脫碳裝置系統(tǒng)流程見圖1。PSA-Ⅰ是提純段，為尿素生產(chǎn)提供壓力為(5±2)kPa、CO2純度≥98.0%的產(chǎn)品氣。PSA-Ⅱ是精制段，為醇烴化及合成氨工段提供合格的氫氮?dú)狻?/p>

圖1 PSA脫碳裝置系統(tǒng)流程

2 2013年P(guān)SA脫碳時(shí)序優(yōu)化情況

2013年1月,河南能源化工集團(tuán)安陽園區(qū)乙二醇裝置雙機(jī)生產(chǎn)，界內(nèi)外PSA脫碳裝置的解吸氣回收至第2套合成氨裝置氣柜作為其中一部分原料氣；此時(shí)就出現(xiàn)了PSA脫碳裝置入口CO2體積分?jǐn)?shù)下降的問題(見表1)，繼而尿素系統(tǒng)因原料氣不足導(dǎo)致系統(tǒng)減量。由表1可以看出：回收乙二醇裝置的氣體后，PSA脫碳裝置入口氣中CO2體積分?jǐn)?shù)下降了1～2百分點(diǎn)。

表1 PSA脫碳裝置入口氣體成分 %

2.1 PSA-I優(yōu)化思路

(1)工藝時(shí)序由18-5-5-5/V(即18臺(tái)吸附塔，5臺(tái)同時(shí)預(yù)吸附，5臺(tái)同時(shí)吸附，5次均壓，抽真空工藝)調(diào)整為18-4-4-6/V(即18臺(tái)吸附塔，4臺(tái)同時(shí)預(yù)吸附，4臺(tái)同時(shí)吸附，6次均壓，抽真空工藝)運(yùn)行。一是為了減少單數(shù)吸附塔吸附或預(yù)吸附造成的偏流情況；二是為了增加1次均壓；三是為了合理分配程控閥門。

(2)改變真空泵抽空方式，增加抽真空時(shí)間，即增加吸附塔解吸的時(shí)間，使吸附劑得到更好的解吸。

2.2 PSA-II優(yōu)化思路

工藝時(shí)序調(diào)整為16-6-8/V(即18臺(tái)吸附塔，6臺(tái)同時(shí)吸附，8次均壓，抽真空工藝)運(yùn)行。一是為了減少單數(shù)吸附塔吸附造成的偏流情況；二是為了合理分配程控閥門。

2.3 優(yōu)化效果

經(jīng)過對(duì)PSA脫碳時(shí)序進(jìn)行技改優(yōu)化后，PSA-I脫碳時(shí)序由原來的18-5-5-5/V改為18-4-4-6/V，由原來的5塔預(yù)吸附改為4塔預(yù)吸附，減少吸附塔數(shù)量可以使氣體分布均勻。均壓次數(shù)由5次改為6次，均壓次數(shù)的增加降低了逆放壓力，提高工藝氣的回收率，同時(shí)解吸時(shí)間增長(zhǎng)確保了去尿素系統(tǒng)的CO2的純度。

抽真空由1個(gè)周期增加為2個(gè)周期，抽真空指標(biāo)由-0.03 MPa改為-0.05 MPa后，效果更好。延長(zhǎng)抽真空時(shí)間使吸附劑再生更加完全。PSA-I周期吸附時(shí)間為98 s，較原來的周期吸附時(shí)間(75 s)回收率明顯提高，PSA-I出口CO2體積分?jǐn)?shù)指標(biāo)為5.5%，PSA-II周期吸附時(shí)間設(shè)定為72 s，PSA-II出口CO2體積分?jǐn)?shù)指標(biāo)可以控制在0.5%，較原來的周期吸附時(shí)間(70 s)、PSA-II出口CO2體積分?jǐn)?shù)指標(biāo)(1.1%)的運(yùn)行有了大幅度的提升。

PSA-I由均升狀態(tài)時(shí)隔離改為均降狀態(tài)時(shí)隔離，有利于氣體均勻分布，更有利于提高CO2純度。即使在切塔的情況下,CO2純度保證平均在98.2%，最高在98.5%。壓縮機(jī)氣量由5機(jī)運(yùn)行即能保證尿素系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)。真空泵轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備停運(yùn)檢修任何1臺(tái)轉(zhuǎn)機(jī)，真空泵時(shí)間周期稍作調(diào)整，對(duì)指標(biāo)無明顯影響。

PSA脫碳時(shí)序調(diào)整后，系統(tǒng)阻力為0.04 MPa，較原來的0.08 MPa有了明顯減少。

3 2017年P(guān)SA脫碳時(shí)序優(yōu)化情況

河南能源化工集團(tuán)安陽園區(qū)所屬安化公司、安陽永金公司物料互聯(lián)互通。2017年2月安陽永金公司乙二醇裝置經(jīng)過系統(tǒng)大修后向滿負(fù)荷沖刺，第2套合成氨尿素裝置回收的解吸氣量明顯增多，PSA脫碳裝置生產(chǎn)的CO2氣量不足且純度低，又造成尿素裝置高、中、低壓系統(tǒng)放空量大，消耗增加的問題。此時(shí)PSA脫碳入口CO2體積分?jǐn)?shù)只有22%～23%[2]。

3.1 PSA-I優(yōu)化思路

工藝時(shí)序調(diào)整為18-3-3-6/VV(即18臺(tái)吸附塔，3臺(tái)同時(shí)預(yù)吸附，3臺(tái)同時(shí)吸附，6次均壓，2次抽真空工藝)[3]運(yùn)行。增加抽真空時(shí)間，即增加吸附塔解吸的時(shí)間，使吸附劑得到更好的解吸。

18-3-3-6/VV與18-4-4-6/VV(即18臺(tái)吸附塔，4臺(tái)同時(shí)預(yù)吸附，4臺(tái)同時(shí)吸附，6次均壓，2次抽真空工藝)的區(qū)別在于采取間隔的形式抽真空，最大限度地延長(zhǎng)CO2氣體的解吸時(shí)間，保證高純度的產(chǎn)品氣得到充分釋放，大大提高有效氣體回收率。PSA-I運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比見表2。

表2 PSA-I運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比

3.2 PSA-II優(yōu)化思路

工藝時(shí)序由16-6-8/V調(diào)整為16-3-8/V(即16臺(tái)吸附塔，3臺(tái)同時(shí)吸附，8次均壓，抽真空工藝)運(yùn)行，增加了吸附時(shí)間，減少氣體損失，提高有效氣體的回收。

PSA-II脫碳時(shí)序修改前整個(gè)運(yùn)行周期只有1個(gè)吸附塔在抽真空，優(yōu)化后2個(gè)吸附塔同時(shí)抽真空，PSA-II整個(gè)吸附時(shí)間由優(yōu)化前的70 s增加到90 s，整個(gè)系統(tǒng)放空量明顯減少，氣體回收率提高，對(duì)后序系統(tǒng)CO2調(diào)節(jié)更加有余地。PSA-II運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比見表3。

表3 PSA二段運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比

4 勻壓時(shí)閥門功能的選定

PSA-I運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后閥門功能對(duì)比見表5。

表5 PSA-I運(yùn)行時(shí)序優(yōu)化前后閥門功能對(duì)比

在初運(yùn)行時(shí)，PSA-I進(jìn)行第5次均壓時(shí)，才打開某塔上部8號(hào)閥進(jìn)行升壓，此時(shí)對(duì)應(yīng)地打開下部12號(hào)閥進(jìn)行降壓，氣體從下向上流動(dòng)；進(jìn)行第6次均壓時(shí)，打開某塔上部8號(hào)閥進(jìn)行升壓，此時(shí)對(duì)應(yīng)地打開下部12號(hào)閥進(jìn)行降壓，氣體從下向上流動(dòng)，將含高濃度的CO2氣體回收到吸附劑床層中，以提高解吸氣中CO2的純度。經(jīng)過驗(yàn)證在該裝置中均壓應(yīng)全部在吸附塔的上部進(jìn)行，防止低濃度的CO2氣體和高濃度的CO2氣體互相影響，導(dǎo)致吸附塔中CO2濃度不均，影響純度。

5 優(yōu)化后的效果

由于回收乙二醇系統(tǒng)的解吸氣，PSA 脫碳裝置入口氣體中的CO2體積分?jǐn)?shù)不斷下降，偏離原始設(shè)計(jì)(原始設(shè)計(jì)體積分?jǐn)?shù)為28%)，通過對(duì)PSA脫碳裝置2次大的時(shí)序優(yōu)化，進(jìn)行固化操作，達(dá)到了預(yù)期的效果[4]。表6、表7為PSA脫碳時(shí)序進(jìn)行優(yōu)化前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)比較。

表6 PSA-I系統(tǒng)主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)比較

表7 PSA-II系統(tǒng)主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)比較

6 存在問題的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

6.1 真空泵轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備腐蝕

原因：變換氣中少量的H2S、CO2在潮濕環(huán)境中與水結(jié)合呈酸性對(duì)真空泵轉(zhuǎn)機(jī)及設(shè)備造成腐蝕，泵內(nèi)部雜質(zhì)無法徹底清理。

措施：定期置換真空泵的脫鹽水。

6.2 吸附劑床層下移

原因：由于吸附劑長(zhǎng)時(shí)間的使用，吸附劑床層下移，死空間增大，均壓壓差大，吸附劑床層的活動(dòng)范圍增大，在均壓過程中對(duì)絲網(wǎng)及壓板螺栓長(zhǎng)時(shí)間的沖擊，使其松動(dòng)。

措施：檢修期間檢查吸附劑情況，并進(jìn)行吸附罐的補(bǔ)填吸附劑工作，同時(shí)檢查絲網(wǎng)及壓板螺栓情況。

6.3 程控閥故障

原因：現(xiàn)場(chǎng)固定螺絲松動(dòng)出現(xiàn)的誤報(bào)。電磁閥保險(xiǎn)易燒壞，信號(hào)輸出受阻。二位五通電磁閥堵，導(dǎo)致程控閥卡。

措施：要求崗位職工加強(qiáng)檢查，同時(shí)要求儀表經(jīng)常針對(duì)零部件情況進(jìn)行排查。

6.4 冬季儀表空氣帶水

原因：溫度較低，儀表空氣帶水，程控閥結(jié)冰，導(dǎo)致二位五通電磁閥凍結(jié)，閥門卡阻。

措施：現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)監(jiān)控，出現(xiàn)卡阻時(shí)針對(duì)故障的程控閥車間應(yīng)嚴(yán)格按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行切塔處理。聯(lián)系空分車間，減少儀表空氣帶水量；聯(lián)系儀表車間，增加伴熱。

6.5 真空泵的出口壓力高

原因: CO2壓力波動(dòng)，為保證尿素系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，PSA將真空泵的出口壓力提得較高，影響真空泵的工作效率。

7 結(jié)語

河南能源化工集團(tuán)安化公司PSA脫碳裝置通過一系列的優(yōu)化調(diào)整，穩(wěn)定了產(chǎn)品氣CO2壓力及純度，滿足尿素系統(tǒng)的生產(chǎn)需求?；厥找叶佳b置的可用解吸氣不僅節(jié)約了能源，而且減少了環(huán)保的負(fù)擔(dān)。但對(duì)整個(gè)合成氨尿素裝置的調(diào)節(jié)更加復(fù)雜多變，需要進(jìn)一步提高管理及操作水平，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。