冷軋廠450Nm3/h PSA制氫系統(tǒng)運(yùn)行分析及改進(jìn)措施

摘 要：對(duì)冷軋廠PSA制氫系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行總結(jié)，介紹生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題并分析原因和提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：組分分離 運(yùn)行分析 吸附劑 壓縮機(jī)

1.前言

冷軋廠PSA制氫站是以焦?fàn)t煤氣為原料氣，以變壓方式對(duì)焦?fàn)t煤氣中除氫氣外的其它組分進(jìn)行物理分離，從而得到高純度（≥99.999%）的氫氣，用于罩式退火爐作保護(hù)氣體，同時(shí)該系統(tǒng)還配套有一個(gè)120m3的儲(chǔ)氣罐。

2.生產(chǎn)運(yùn)行狀況

冷軋廠PSA制氫站投產(chǎn)以來(lái)，從開(kāi)始供應(yīng)24座罩式退火爐用氣到現(xiàn)在供應(yīng)57座，隨著退火爐的使用和增加，PSA制氫站的生產(chǎn)運(yùn)行也隨之發(fā)生了一些變化，暴露出了一些影響生產(chǎn)的問(wèn)題：

1）、機(jī)時(shí)產(chǎn)量偏低，PSA制氫站的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為450Nm3/h，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，多數(shù)情況下的機(jī)時(shí)產(chǎn)量不足400Nm3/h；

2）、氫氣純度不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)氫氣純度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法制出合格氫氣，甚至存在安全隱患；

3）、PSA制氫站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)脫氧塔溫度高的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致被迫停機(jī)，并且此現(xiàn)象有愈演愈烈的趨勢(shì)。

4）、當(dāng)遇到退火爐用氫氣高峰，氫氣球罐壓力低時(shí)會(huì)出現(xiàn)氫氣供應(yīng)不上的情況，影響罩式退火爐的正常生產(chǎn)；

3.原因分析

針對(duì)PSA制氫站的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行狀況，不斷的進(jìn)行總結(jié)和分析，導(dǎo)致存在上述問(wèn)題的原因有以下幾個(gè)方面：

3.1 供應(yīng)給PSA制氫站的焦?fàn)t煤氣成分時(shí)常會(huì)有異常，雜質(zhì)成分太多，其中特別嚴(yán)重的是H2S、焦油和氧含量，PSA制氫站生產(chǎn)所需要的含量要求是：H2S含量≤50mg/m3，焦油含量≤50 mg/m3，氧含量≤0.6%，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的值是H2S含量為1000mg/m3以上，焦油含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)，氧含量也經(jīng)常會(huì)大于0.6%，氧含量高會(huì)導(dǎo)致脫氧塔溫度高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。

3.2 PSA隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)吸附劑吸附效果逐步下降，同時(shí)由于原料氣組分會(huì)有異常波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致吸附劑吸附雜質(zhì)的量增大，除造成吸附效果差外，還縮短吸附劑的使用壽命。

3.3 由于焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)成分多，會(huì)造成煤氣壓縮機(jī)內(nèi)部積灰并附著焦油，影響煤氣壓縮機(jī)的使用性能和排氣量，也會(huì)造成煤氣壓縮機(jī)嚴(yán)重磨損，嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 PSA制氫站原設(shè)計(jì)供應(yīng)48座退火爐，現(xiàn)在實(shí)際供應(yīng)57座退火爐，相比較而言，氫氣儲(chǔ)罐相對(duì)較小，儲(chǔ)氣量不夠，無(wú)法匹配罩式退火爐用氫氣量的變化。

3.5 焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)異常時(shí)未能及時(shí)得到信息，從而導(dǎo)致PSA制氫站被動(dòng)接受而不能預(yù)先采取應(yīng)對(duì)措施，如含氧量、含氮量高等，都會(huì)降低氫氣的純度并需要至少4個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間才能恢復(fù)，而且在恢復(fù)的過(guò)程中，需要大量的排放解析氣，使成本升高，也不安全。

3.6 焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，特別是管網(wǎng)壓力低時(shí)，會(huì)降低出氫量，甚至停機(jī)。

4.改進(jìn)措施

針對(duì)以上原因，采取不同的措施保證PSA系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.1 原料氣組分異常波動(dòng)，沒(méi)有達(dá)到提供設(shè)計(jì)的要求，此項(xiàng)涉及到整個(gè)焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)，整改難度很大，本文不做討論，但是要強(qiáng)調(diào)的是原料氣的組分是影響變壓吸附系統(tǒng)的一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，本文接下來(lái)所討論的措施都是在此不利因素下進(jìn)行的改進(jìn)。

4.2 針對(duì)吸附劑吸附效果逐步下降情況，在生產(chǎn)中減少原料氣的吸入量，從而保證吸附劑的吸附效果，使雜質(zhì)能得到有效分離，但這樣做會(huì)降低機(jī)組的機(jī)時(shí)產(chǎn)量，增加成本。

4.3 調(diào)整PSA系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間參數(shù)，減小單塔的吸附時(shí)間，減少單塔雜質(zhì)的吸附量，保證吸附劑的吸附效果和使用壽命，但是這樣做也會(huì)降低機(jī)組機(jī)時(shí)產(chǎn)量。

4.4 縮短煤氣壓縮機(jī)的檢修周期，及時(shí)清理煤氣壓縮機(jī)內(nèi)部雜質(zhì)，更換磨損件等。

4.5 更換吸附劑。之前更換了脫硫塔、預(yù)處理塔吸附劑，明顯改善了原料氣質(zhì)量，也使得氫氣純度等各項(xiàng)指標(biāo)能得到很好的保證。

4.6針對(duì)焦?fàn)t煤氣壓力低且波動(dòng)的情況，增加變頻風(fēng)機(jī)，保證焦?fàn)t煤氣壓力穩(wěn)定在10000Pa左右，實(shí)際效果非常理想。

4.7將650m3氮?dú)馇蚬薷脑鞛闅錃馇蚬蓿箖?chǔ)罐容量達(dá)到770 m3，即滿足罩式退火爐的氫氣需求，同時(shí)也減少了開(kāi)停機(jī)次數(shù)，能保證機(jī)組設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，提高了制氫效率和產(chǎn)量，使用效果非常好。

4.8解吸氣放散，當(dāng)氫氣純度不合格時(shí)，可以適當(dāng)放散解吸氣，有利于提高氫氣純度，但是會(huì)造成能耗浪費(fèi)并存在不安全隱患。

4.9 加強(qiáng)與調(diào)度的溝通，提前做好應(yīng)對(duì)焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)異常的準(zhǔn)備。

5.結(jié)束語(yǔ)

原料氣組分波動(dòng)大雜質(zhì)多的情況短時(shí)無(wú)法改變，吸附劑使用效果也大不如前，目前還不可能將PSA制氫站所有吸附劑進(jìn)行更換，盡管如此，PSA制氫站的生產(chǎn)運(yùn)行情況良好，PSA制氫系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行正常，能夠滿足罩式退火爐的氫氣需求。