变压吸附一氧化碳提纯装置运行问题分析及对策

2022-09-11

目前我国变压吸附 (PSA) 技术在CO/H2提纯领域已占有主要地位, 正逐步取代低温法、电解法等传统工艺方式, 向着更高效、低成本的方向发展[1]。中原大化公司变压吸附装置为濮阳永金公司年产20万吨乙二醇装置的配套项目, 将上游煤气化装置原料气中的CO、H2分别进行提纯, 并去除其他杂质成分, 送往界外乙二醇装置进行反应合成。本文对PSA装置自建成投产以来遇到的问题及解决方案进行了分析。

一、装置概述

该装置设计规模为CO产量22000Nm3/h, H2产量42000Nm3/h, 原料气处理量为90000 Nm3/h。装置工艺流程依次为PSA-CO2区主要由14台吸附器组成, 用以分离回收原料气中的CO2等杂质组分;PSA-CO区由16台吸附器及14台真空泵组成, 用以分离并提纯其中的CO产品;

PSA-H2区由12台吸附器组成进一步提纯H2并送往乙二醇装置;自2013年9月乙二醇突破80%负荷以来, 变压吸附也随之暴露诸多问题, 严重制约着负荷的进一步提升, 急需进行处理和改进。

二、吸附剂下沉和粉化

在检修程控阀门和动设备时经常发现工作腔内有大量吸附剂粉末, 对设备的密封面和工作面形成冲刷和卡涩, 而且易造成程控阀门特别是偏心蝶阀的密封面损坏, 导致阀门内漏窜气事故。同时该粉末滞留真空泵进气阀后造成气阀堵塞, 导致真空泵效率降低等问题。

1. 下沉粉化原因

在对吸附塔抽查时发现吸附剂已下沉约70公分, 上层表面和分布器处有大量吸附剂粉末。其原因为起初装填吸附剂时从吸附器顶部人孔直接倒入, 装置运行一段时间后则会下沉, 形成顶部空间。吸附剂随气流来回跳动和碰撞粉化。

2. 整改措施

确立吸附剂装填方案, 估算吸附剂装填所需种类和重量, 对各吸附器进行封头拆除和吸附剂装填。在不影响通流量的情况下提高丝网密度并重新加固, 防止吸附剂颗粒穿透丝网进入工艺管道及设备。

三、设备阀门问题

1. 吸附器开裂现象

在对其他大型变压吸附单位考察时发现部分厂家的吸附器本体有开裂泄漏现象, 其原因为部分设备生产厂家在吸附器外壁上焊接保温托圈或钩钉后没有严格的对焊缝进行打磨与母材平齐处理, 造成应力集中形成裂纹。

随后我厂立即组织人员对吸附器上保温托圈上下300mm范围进行保温拆除, 打磨除锈后进行着色探伤检验。目前未发现有裂纹和泄漏现象, 对外部焊缝进行打磨圆化处理。

2. 程控阀故障

程控阀是PSA装置高度自动化的主要执行装置, 每天开启闭合达千次, 因此对密封面、填料、执行机构都有着高度要求。

在检修以前根据工艺变化情况找出泄漏阀门, 更换程控蝶阀密封外环, 密封填料, 在平衡缸、填料、气缸等处加少量二硫化钼减少磨损。另在使用过程中发现部分手动调节阀执行机构弹簧倾倒卡涩问题, 原因为弧形气缸底部不能很好支撑弹簧直立运作, 通过将弹簧底部用铁环焊接加固后问题消除。

3. 动设备问题

本装置选用14台WLW-2400B型往复立式无油真空泵做为CO提纯三段抽空使用, 因该泵有易损件多、主要部件重量大、外部附件多等缺陷, 致使日常检修任务繁重, 占据PSA装置70%的检修工作量。

因此在真空泵厂房设计之初应充分考虑检修工作的便利性, 厂房内应配备能够覆盖检修区域的天车, 且尽量保证真空泵上方无干扰吊装的管线、线桥等设施, 能够在线突击检修节省工时。严格定期更换的易损部件, 特别是气阀部件应安排工艺人员进行专项测温检查, 避免严重内漏超温甚至撞缸事故的发生。而在设计之初应处分估算吸附剂、管道部件的影响, 保证富余量和有备机可用, 避免投产后在另加真空泵。

四、脱碳气CO2含量超标

1. 问题原因分析

理想的吸附解析过程是等温过程, 而在实际生产中由于北方气温冬夏温差大, 导致原料气由夏季的30℃将至冬季的8℃左右。低温CO2难以从吸附剂中彻底解析, 致使脱碳气中CO2含量超标。

2. 工艺调整困难

为保证脱碳单元出口CO2含量不超标, 缩短脱碳单元运行周期, 造成脱碳气量过少影响下一工段CO提纯负荷的提高, 如果为提高脱碳工序解析效果需增加冲洗气量, 导致产生尾气量过大增加尾气压缩机负荷, 给进一步提升负荷带来新的困难。

3. 应对措施

1、提高原料气温度, 由煤化工装置到变压吸附装置原料气管线加装制作伴热管线, 用以提高吸附剂床层温度改善解析效果。2、提高鼓风机出口温度并在出口管线加装保温, 维持置换气温度。3、在H2提纯区去脱碳区之间增加蒸汽加热器一组用以提高冲洗气温度, 保证CO2分离工序吸附剂床层温度控制在40度最佳工作温度, 进而提高CO2组分分离效果。