甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化與改進(jìn)

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(河南能源化工集團(tuán) 煤氣化公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化與改進(jìn)

舒萬春，劉珍，馬英麗

(河南能源化工集團(tuán)煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬472300)

針對(duì)甲醇弛放氣提氫裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，提出了優(yōu)化與改進(jìn)措施，保障了裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

甲醇弛放氣 ； 提氫 ； 改進(jìn) ； 優(yōu)化

0 前言

義馬氣化廠甲醇弛氣提氫裝置采用膜分離與變壓吸附串聯(lián)提氫技術(shù)，提取純度99.9%，氫氣用于12萬t/a甲醇合成氨裝置。膜分離裝置采用甲醇裝置弛放氣作為原料氣，利用膜堆(高分子聚合物)選擇滲透進(jìn)行氣體分離，分離后的滲透氣進(jìn)入變壓吸附裝置，非滲透氣返回前系統(tǒng)回收利用。膜分離裝置滲透氣進(jìn)入變壓吸附裝置，利用吸附劑選擇吸附原理實(shí)現(xiàn)氣體分離，分離后純度99.9%的氫氣送去合成氨，解吸氣回收壓縮后返回甲醇合成裝置。提氫裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過程中暴露出很多問題，為此對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)、安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。

1 裝置的工藝流程

甲醇弛放氣提氫裝置包含的工段主要有：膜分離、變壓吸附及解吸氣壓縮，以下針對(duì)各工段工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)介。甲醇弛放氣提氫裝置流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 甲醇弛放氣提氫裝置流程簡(jiǎn)圖

1.1 膜分離流程概述

來自甲醇裝置的(4.6 MPa、40 ℃)弛放氣進(jìn)入膜分離工段的高壓水洗塔，經(jīng)高壓水泵加壓后的脫鹽水進(jìn)行洗滌，將弛放氣中醇含量降至200×10-6以下，3臺(tái)高壓水泵2開1備。塔底含醇水送入甲醇常壓精餾塔。

弛放氣離開水洗塔攜帶有少量的液沫，經(jīng)氣液分離器進(jìn)行分離后，再進(jìn)入加熱器，將氣體升溫至50 ℃，可避免水蒸氣在膜分離器滲透?jìng)?cè)濃縮后凝結(jié)，影響膜分離的使用壽命；經(jīng)過4組膜分離器，在膜組的滲透?jìng)?cè)得到的富氫氣，送入變壓吸附裝置；而非滲透氣側(cè)得到的氣體返回前系統(tǒng)。

1.2 變壓吸附流程概述

膜分離滲透氣進(jìn)入變壓吸附裝置，經(jīng)過原料氣冷卻器，溫度由50 ℃降到40 ℃后，進(jìn)入吸附塔，采用主工藝流程為10-2-5/P(10臺(tái)吸附塔其中2臺(tái)吸附塔處于吸附狀態(tài)，進(jìn)行5次均壓，連續(xù)沖洗工藝流程)，經(jīng)過吸附、均壓、順放、逆放、沖洗和升壓等步序，在吸附塔上部得到H2≥99.9%、CO+CO2≤10×10-6的產(chǎn)品氫氣，吸附塔底部得到吸附尾氣，經(jīng)解吸氣壓縮機(jī)加壓后送至甲醇合成裝置。

2 存在問題及原因分析

甲醇弛放氣提氫裝置在試車及正常生產(chǎn)運(yùn)行過程中暴露出很多問題，以下針對(duì)這些問題進(jìn)行原因分析，以便探討出有利于裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行的優(yōu)化與改進(jìn)措施。

2.1 變壓吸附程控閥故障導(dǎo)致膜分離聯(lián)鎖跳車

變壓吸附裝置采用膜分離裝置滲透氣作為原料氣，在日常生產(chǎn)中，因變壓吸附程控閥故障率較高，程控閥出現(xiàn)故障后易發(fā)生高、低壓竄氣，又因現(xiàn)場(chǎng)滲透氣外送閥為DN250截止閥，無法及時(shí)隔離，導(dǎo)致膜分離滲透氣壓力將急劇下降，膜分離裝置因膜組壓差高聯(lián)鎖跳車無法避免，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 膜分離高壓水泵頻繁故障

高壓水泵是膜分離裝置中唯一的動(dòng)設(shè)備，采用德國(guó)進(jìn)口的柱塞泵，易損耗備件費(fèi)用高。運(yùn)行期間高壓水泵振動(dòng)大，泵出口流量波動(dòng)大，泵出口壓力表及安全閥頻繁故障，泵體頻繁檢修。經(jīng)過排查分析高壓水泵原設(shè)計(jì)入口管徑小，2臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)無法滿足入口吸入脫鹽水量，造成高壓水泵振動(dòng)大。

2.3 膜分離非滲透氣帶液

膜分離非滲透氣經(jīng)過緩沖罐穩(wěn)壓緩沖后送入甲醇合成，由于非滲透氣帶液，且非滲透氣緩沖罐氣體入口位于罐底，造成罐底積液易隨罐頂出口氣體帶走，導(dǎo)致液體無法分離出來，造成去甲醇合成裝置的氣體帶液嚴(yán)重，影響了煤氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且縮短了脫硫劑及甲醇催化劑的使用壽命。

2.4 變壓吸附解吸氣放空

由于變壓吸附程控程序時(shí)間調(diào)整問題及2臺(tái)回收解吸氣壓縮機(jī)有限打氣量的制約，造成解吸氣壓力、氣量頻繁波動(dòng)，導(dǎo)致解吸氣頻繁間歇放空，裝置煤氣利用率低，造成能源浪費(fèi)。

2.5 變壓吸附原料氣帶液

由于膜分離裝置的滲透氣經(jīng)過高壓水洗塔洗醇后進(jìn)入變壓吸附裝置，導(dǎo)致滲透氣挾帶部分飽和水蒸氣，再經(jīng)過變壓吸附裝置經(jīng)原料氣冷卻器冷卻后會(huì)導(dǎo)致部分液體冷凝，造成變壓吸附原料氣管線帶液，會(huì)縮短吸附劑的使用壽命，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)造成后續(xù)回收氣壓縮機(jī)帶液嚴(yán)重，故障頻率高，影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 優(yōu)化與改進(jìn)措施

3.1 膜分離運(yùn)行優(yōu)化

針對(duì)變壓吸附程控閥故障導(dǎo)致膜分離聯(lián)鎖跳車問題制定以下優(yōu)化改進(jìn)措施：①加強(qiáng)對(duì)變壓吸附程控閥巡檢維護(hù)與日常保養(yǎng)力度，利用計(jì)劃?rùn)z修機(jī)會(huì)，對(duì)程控閥進(jìn)行檢查與隱患排查，及時(shí)更換存在缺陷的閥門；加強(qiáng)對(duì)崗位人員的操作技能培訓(xùn)，提高操作人員快速判斷程控閥故障原因及消除故障的能力，減少竄壓事故的發(fā)生；②對(duì)膜分離滲透氣管線進(jìn)行技術(shù)改造：在滲透氣去變壓吸附界區(qū)閥后，增設(shè)調(diào)節(jié)閥組(PIC619A02)至火炬系統(tǒng)，控制滲透汽壓力PI619A02。在新設(shè)PIC619A02調(diào)節(jié)閥組后，變壓吸附界區(qū)閥前增設(shè)調(diào)節(jié)閥組，控制變壓吸附原料氣壓力。若變壓吸附原料氣壓力急劇下降(程控閥故障時(shí))，低于2.0 MPa時(shí)，動(dòng)作全關(guān)。

改進(jìn)后，若變壓吸附程控閥出現(xiàn)故障，新增的變壓吸附原料氣壓力調(diào)節(jié)閥組和滲透氣壓力調(diào)節(jié)閥組，可有效地將變壓吸附與膜分離裝置進(jìn)行隔離，避免滲透氣壓力急劇下降時(shí)導(dǎo)致膜組跳車。

3.2 膜分離高壓水泵運(yùn)行優(yōu)化

對(duì)膜分離3臺(tái)高壓水泵入口管線進(jìn)行改造，將DN25入口管線統(tǒng)一改造成DN50的管線，并且在入口管線上安裝入口濾網(wǎng)，避免雜物進(jìn)入造成泵的堵塞。

改進(jìn)前，高壓水泵檢修頻繁，備件損耗嚴(yán)重，平均每2個(gè)月檢修1次，每次需更換單向閥和密封件共計(jì)約3萬元。改進(jìn)后，高壓水泵打液量平穩(wěn)，泵體振動(dòng)小，運(yùn)行周期加長(zhǎng)，有效地減少了高壓水泵運(yùn)行的維護(hù)成本。

3.3 膜分離非滲透氣減少帶液改進(jìn)

針對(duì)這種情況，對(duì)非滲透氣緩沖罐進(jìn)行技術(shù)改造：在非滲透氣罐底氣體分布器上距離罐壁650 mm處增加一圈高300 mm的圍堰，將沉降在罐底的積液存在圍堰內(nèi)，有效防止積液再次被入罐氣體吹走；在圍堰底部開孔增加導(dǎo)液管，導(dǎo)液管引至罐底氣體入口管導(dǎo)淋處，將積液排出，實(shí)現(xiàn)氣液分離效果。

改造后，非滲透氣緩沖罐實(shí)現(xiàn)了氣液分離效果，基本解決了去甲醇合成裝置氣體帶液的問題，避免對(duì)后續(xù)裝置造成不良影響。改造前甲醇合成裝置入口氣體排液量每天約300 kg，改造后甲醇合成裝置入口氣體基本不再帶液，甲醇合成裝置的煤氣壓縮機(jī)的檢修頻率由原來的2個(gè)月1次降為目前的6個(gè)月1次，甲醇脫硫劑及催化劑也得到有效保護(hù)，延長(zhǎng)使用時(shí)間約1年，另外也大大減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 變壓吸附減少解吸氣放空改進(jìn)

為減少解吸氣放空，提高裝置煤氣利用率，針對(duì)解吸氣放空問題制定以下優(yōu)化改進(jìn)措施：①優(yōu)化變壓吸附操作，調(diào)整逆放前期時(shí)間，使吸附塔逆放和沖洗步序平穩(wěn)進(jìn)行，避免解吸氣波動(dòng)過大；②回收氣一級(jí)氣缸增加25%負(fù)荷，提高回收氣壓縮機(jī)的打氣量，減少解吸氣放空；③對(duì)解吸氣緩存能力進(jìn)行技術(shù)改造，再增加2臺(tái)解吸氣緩沖罐，提高解吸氣的緩存能力，減少解吸氣壓力波動(dòng)。

改進(jìn)后，有效地降低了變壓吸附解吸氣的放空次數(shù)，提高裝置煤氣利用率0.15%，減少能源浪費(fèi)。改造前，每日解吸氣放空次數(shù)約200次；改造后，基本控制住解吸氣放空，每次放空量約20 m3，按每年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，每年可減少解吸氣放空320萬m3。

3.5 變壓吸附原料氣減少帶液改進(jìn)

針對(duì)變壓吸附原料氣帶液?jiǎn)栴}制定以下優(yōu)化改進(jìn)措施：①膜分離裝置負(fù)荷低時(shí)，減少弛放氣洗醇的脫鹽水量；②在變壓吸附原料氣冷卻器后增加氣液分離裝置，用于分離原料氣中的水。

改進(jìn)后，變壓吸附原料氣經(jīng)過氣液分離，大大減少帶液量，避免液擊對(duì)回收氣壓縮機(jī)運(yùn)行的影響，減少回收氣壓縮機(jī)的檢修頻率，單臺(tái)壓縮機(jī)每年可節(jié)約10萬元設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本，而且有效保護(hù)變壓吸附吸附劑，延長(zhǎng)吸附劑的使用壽命。

4 結(jié)束語

通過對(duì)甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化及改進(jìn)，可以對(duì)生產(chǎn)中不合理問題加以解決，保障裝置的經(jīng)濟(jì)、有效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)還可以對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行降低，提高資源的有效利用率，也減少了生產(chǎn)過程中的不安全因素，得到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。但是在甲醇弛放氣提氫生產(chǎn)過程中，仍然有許多優(yōu)化改進(jìn)措施需要工藝人員不斷深入探索。

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2017-05-06

舒萬春(1986-)，男，助理工程師，從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：13839854987。