變壓吸附一氧化碳提純裝置運行問題分析及對策

張洪偉 張延武（河南能源集團中原大化公司 河南省 濮陽市 457000）

目前我國變壓吸附（PSA）技術在CO/H2提純領域已占有主要地位，正逐步取代低溫法、電解法等傳統工藝方式，向著更高效、低成本的方向發展[1]。中原大化公司變壓吸附裝置為濮陽永金公司年產20萬噸乙二醇裝置的配套項目，將上游煤氣化裝置原料氣中的CO、H2分別進行提純，并去除其他雜質成分，送往界外乙二醇裝置進行反應合成。本文對PSA裝置自建成投產以來遇到的問題及解決方案進行了分析。

一、裝置概述

該裝置設計規模為CO產量22000Nm3/h，H2產量42000Nm3/h，原料氣處理量為90000 Nm3/h。裝置工藝流程依次為PSA-CO2區主要由14臺吸附器組成，用以分離回收原料氣中的CO2等雜質組分；PSA-CO區由16臺吸附器及14臺真空泵組成，用以分離并提純其中的CO產品；

PSA-H2區由12臺吸附器組成進一步提純H2并送往乙二醇裝置；自2013年9月乙二醇突破80%負荷以來，變壓吸附也隨之暴露諸多問題，嚴重制約著負荷的進一步提升，急需進行處理和改進。

二、吸附劑下沉和粉化

在檢修程控閥門和動設備時經常發現工作腔內有大量吸附劑粉末，對設備的密封面和工作面形成沖刷和卡澀，而且易造成程控閥門特別是偏心蝶閥的密封面損壞，導致閥門內漏竄氣事故。同時該粉末滯留真空泵進氣閥后造成氣閥堵塞，導致真空泵效率降低等問題。

1.下沉粉化原因

在對吸附塔抽查時發現吸附劑已下沉約70公分，上層表面和分布器處有大量吸附劑粉末。其原因為起初裝填吸附劑時從吸附器頂部人孔直接倒入，裝置運行一段時間后則會下沉，形成頂部空間。吸附劑隨氣流來回跳動和碰撞粉化。

2.整改措施

確立吸附劑裝填方案，估算吸附劑裝填所需種類和重量，對各吸附器進行封頭拆除和吸附劑裝填。在不影響通流量的情況下提高絲網密度并重新加固，防止吸附劑顆粒穿透絲網進入工藝管道及設備。

三、設備閥門問題

1.吸附器開裂現象

在對其他大型變壓吸附單位考察時發現部分廠家的吸附器本體有開裂泄漏現象，其原因為部分設備生產廠家在吸附器外壁上焊接保溫托圈或鉤釘后沒有嚴格的對焊縫進行打磨與母材平齊處理，造成應力集中形成裂紋。

隨后我廠立即組織人員對吸附器上保溫托圈上下300mm范圍進行保溫拆除，打磨除銹后進行著色探傷檢驗。目前未發現有裂紋和泄漏現象，對外部焊縫進行打磨圓化處理。

2.程控閥故障

程控閥是PSA裝置高度自動化的主要執行裝置，每天開啟閉合達千次，因此對密封面、填料、執行機構都有著高度要求。

在檢修以前根據工藝變化情況找出泄漏閥門，更換程控蝶閥密封外環，密封填料，在平衡缸、填料、氣缸等處加少量二硫化鉬減少磨損。另在使用過程中發現部分手動調節閥執行機構彈簧傾倒卡澀問題，原因為弧形氣缸底部不能很好支撐彈簧直立運作，通過將彈簧底部用鐵環焊接加固后問題消除。

3.動設備問題

本裝置選用14臺WLW-2400B型往復立式無油真空泵做為CO提純三段抽空使用，因該泵有易損件多、主要部件重量大、外部附件多等缺陷，致使日常檢修任務繁重，占據PSA裝置70%的檢修工作量。

因此在真空泵廠房設計之初應充分考慮檢修工作的便利性，廠房內應配備能夠覆蓋檢修區域的天車，且盡量保證真空泵上方無干擾吊裝的管線、線橋等設施，能夠在線突擊檢修節省工時。嚴格定期更換的易損部件，特別是氣閥部件應安排工藝人員進行專項測溫檢查，避免嚴重內漏超溫甚至撞缸事故的發生。而在設計之初應處分估算吸附劑、管道部件的影響，保證富余量和有備機可用，避免投產后在另加真空泵。

四、脫碳氣CO2含量超標

1.問題原因分析

理想的吸附解析過程是等溫過程，而在實際生產中由于北方氣溫冬夏溫差大，導致原料氣由夏季的30℃將至冬季的8℃左右。低溫CO2難以從吸附劑中徹底解析，致使脫碳氣中CO2含量超標。

2.工藝調整困難

為保證脫碳單元出口CO2含量不超標，縮短脫碳單元運行周期，造成脫碳氣量過少影響下一工段CO提純負荷的提高，如果為提高脫碳工序解析效果需增加沖洗氣量，導致產生尾氣量過大增加尾氣壓縮機負荷，給進一步提升負荷帶來新的困難。

3.應對措施

1 、提高原料氣溫度，由煤化工裝置到變壓吸附裝置原料氣管線加裝制作伴熱管線，用以提高吸附劑床層溫度改善解析效果。2、提高鼓風機出口溫度并在出口管線加裝保溫，維持置換氣溫度。3、在H2提純區去脫碳區之間增加蒸汽加熱器一組用以提高沖洗氣溫度，保證CO2分離工序吸附劑床層溫度控制在40度最佳工作溫度，進而提高CO2組分分離效果。

4.技改效果

目前裝置運行良好，投用后在負荷基本不變的情況下，一區脫碳氣指標下降在范圍之內。改造后不但提高了CO純度，增加了經濟效益，同時提高了裝置運行的穩定性。

結束語

中原大化變壓吸附裝置自2012年10月運行以來，經過不斷的摸索和改進已能夠長周期穩定運行，雖然目前向85%以上負荷提升還要面臨更多問題，但隨著操作水平和設備工藝的改進將進一步得到解決。

[1]陳建，古共偉，部豫川，我國變壓吸附技術的工業應用現狀及展望[J],化工進展，1998，17（1）；14-17.