變壓吸附提純CO裝置技術改造綜述

王應喜 許志紅 史萬義 申巖迎（新鄉中新化工有限責任公司，河南新鄉453800）

變壓吸附提純CO裝置技術改造綜述

王應喜 許志紅 史萬義 申巖迎（新鄉中新化工有限責任公司，河南新鄉453800）

通過比較變壓吸附裝置圍繞CO產品氣降CH4進行的兩次技術改造，指出設備的制造和裝配質量是PSA裝置安全穩定運行的基礎，CO/CH4的分離關鍵在吸附劑篩選。

技術改造；CO產品氣降CH4；PU-1A吸附劑

中新化工變壓吸附（PSA）裝置是新鄉乙二醇項目的外圍配套裝置，主要任務是向下游乙二醇裝置提供原料氣（CO、H2）。裝置由北京北大先鋒科技有限公司設計，十一化建負責施工建設，2011年3月開始施工，2012年3月首次試車。

裝置設計處理氣量79200Nm3/h，CO產品氣22000 Nm3/h，H2產品氣42000 Nm3/h。

1 改造前PSA裝置運行情況

1.1 原始設計參數：

組分氣流名稱CO250ppm原料氣79184.1單位產品H2產品CO CO 30.5 24156 98 21560 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h 1.1 871.2 0.75 165 0.1 42 68.32 54109.4 1.13 248.6 99.9 41958 N2 H2 CH40.06 47.5 0.12 26.4合計22000 42000

1.2 技術改造前實際運行效果

項目CO產品氣N2% CO% CH4% H2%原料氣平均值0.98 29.53 0.43 69.02最大值8.11 32.99 1.07 71.87最小值0.42 24.75 0.20 65.51平均值0.64 97.74 1.13 0.46最大值1.58 99.03 2.83 0.88最小值0.19 96.00 0.50 0.20

1.3 試生產階段存在問題與原因分析

（1）產品氣甲烷含量高。主要原因是原料氣中CH4含量與設計條件相差較大，設計值0.06%，實際值0.43%，導致CO產品氣未能達到設計技術要求。

（2）吸附劑泄漏；主要原因是吸附塔下分布器制造、裝配存在缺陷，生產過程中吸附劑泄漏，導致程控閥內漏，影響裝置安全穩定運行。

2 首次技改情況

2013年3月委托四川某公司圍繞產品氣降CH4對變壓吸附裝置進行技術改造。

2.1 首次技改主要內容：

（1）預處理工序將變溫吸附改為常溫變壓吸附，將吸附劑全部更換為脫CH4專用吸附劑。

（2）CO提取工序取消原設計均壓限流調節閥，將原設計五塔吸附流程改為2塔吸附2塔串吸流程；更換部分脫CH4專用吸附劑。

2.2 首次技術改造后裝置運行情況

（1）首次技術改造設計參數

組分氣流名稱單位H2產品CO原料氣產品H265 53033.5 0.01 2.2 99.9 48871.1 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h 2447.7 0.19 41.8 0.085 41.58 3 CO 31.5 25700.9 99.3 21846 0.005 2.45 CH40.5 407.95 0.5 110 0.01 4.89 N2 100 81590 100 22000 100 48920合計

（2）首次技術改造后實際運行效果

項目CO產品氣N2% CO% CH4% H2%項目最大值4.85 34.77 1.09 71.62平均值0.69 97.69 0.82 0.68最大值2.07 98.71 2.26 7.94 CO產品氣最小值0.21 90.50 0.21 0.21 N2% CO% CH4% H2% 2013年5月份運行數據原料氣平均值1.35 30.38 0.36 67.84 2013年8月份運行數據原料氣平均值0.75 31.66 0.33 66.98最小值0.70 26.86 0.15 62.81最大值1.39 33.58 0.58 69.05最小值0.55 29.46 0.21 62.19平均值0.78 97.81 1.08 0.24最大值0.96 98.89 2.00 0.39最小值0.61 96.81 0.78 0.10

3 首次技術改造后存在的問題分析

(1)從統計數據看，CO產品氣中CH4含量沒有明顯降低，不能滿足下游生產技術要求。

(2)預處理裝置由變溫吸附改為變壓吸附后，吸附劑吸附甲醇后無法徹底再生，穿透至CO提取工序導致吸附劑性能下降；同時均壓管線布局不甚合理，均壓速度過快，也在一定程度上加劇吸附劑粉化影響吸附劑性能。

(3)吸附塔下分布器仍然存在吸附劑泄漏。

4 第二次技術改造情況

4.1 第二次技術改造主要內容

（1）恢復預處理工序北大先鋒原設計，更換全部吸附劑。

（2）PSA-CO工序在原北大先鋒設計的基礎上，增加兩臺吸附塔；塔頂增加一條均壓管道，底部增加一條置換氣管道，增加吸附劑還原管線，調整裝置各步驟的時序。

（3）PSA-CO工序吸附劑全部更換為PU-1A吸附劑（銅基吸附劑），PSA-H2吸附劑重新返廠活化。

（4）按原北大先鋒設計整改吸附塔下分布器。

4.2 第二次技術改造設計參數

氣流名稱單位產品CO H2原料氣產品H267.5 42862.5 0.5 88 99.9 35164.8 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h CO 30.5 19367.5 99.3 178476.8 10ppm N2+Ar 1.5 952.5 0.1 17.6 0.1 35.2組分合計CH40.5 317.5 0.1 17.6 100 63500 100 17600 100 35200

4.3 第二次技術改造后運行效果

項目CO產品氣2017年3月份運行數據（生產負荷60%）原料氣N2% CO% CH4% H2%平均值1.073 29.96 0.26 65.72最大值3.44 32.98 0.55 67.57最小值0.65 20.05 0.07 62.39平均值0.17 99.31 0.13 0.35最大值0.37 99.45 0.26 0.65最小值0.09 98.50 0.07 0.23

從運行數據可以看出，PU-1A對CO具有優良的選擇性，隨著下游裝置生產負荷逐漸提升，將在滿負荷狀態下對吸附劑性能進行進一步測試，不斷積累生產經驗，為公司創造更大的經濟效益。

5 結語

(1)設備的制造和裝配質量是PSA裝置安全穩定運行的基礎，尤其是底部分布器，頂部格柵板等關鍵部位的裝配質量對裝置的安全穩定運行至關重要。

(2)CO產品氣的質量受原料氣質量、吸附劑的選擇、系統的運行工況等多種因素影響，其中吸附劑的選擇是最為關鍵的因素。

(3)均壓管線的合理配置，可以合理控制均壓速度，延長吸附劑的使用壽命，對程控閥的嚴密性、檢修周期和產品氣純度都有積極的影響，最為重要的是提高了系統運行的可靠性。

[1]《以PU-1為吸附劑的變壓吸附分離CO新技術》；耿云峰、謝有暢等；2004中國煤炭加工與綜合利用戰略研討會論文集.

[2]《變壓吸附分離CO技術及其在羰基工業的應用》；耿云峰、唐偉等；第十五屆全國化肥-甲醇技術年會.