鄭高潮

（安徽昊源化工集團(tuán)有限公司，安徽 阜陽 236800）

0 前 言

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司是由原安徽阜陽化工總廠改制而成的大型化工企業(yè)。主要產(chǎn)品有總氨1000kt／a（甲醇400kt／a）、尿素1000kt／a、碳酸氫銨400kt／a等。

據(jù)公司發(fā)展需要，2007年新上一套200000 m3／h的變壓吸附脫碳裝置，分兩期實(shí)施（每期各100000m3／h），于2008年底全部完成并投入生產(chǎn)。本裝置共投資8000萬元，操作采用DCS控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高、運(yùn)行平穩(wěn)、無污染，達(dá)到了節(jié)能、降耗、減排的目的?，F(xiàn)將該裝置的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及改造情況總結(jié)如下。

1 工作原理

本裝置采用變壓吸附脫碳技術(shù)，從合成氨變換氣中脫除二氧化碳。利用吸附劑對氣體中各組分的吸附容量隨壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性及吸附劑的選擇性，實(shí)現(xiàn)加壓時(shí)吸附雜質(zhì)（二氧化碳）產(chǎn)出凈化氣體（含氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、甲烷等）；減壓時(shí)釋放雜質(zhì)（二氧化碳），同時(shí)吸附劑完成再生。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 變換氣（其組分見表1）

流量 200000m3／h

壓力 約2.7MPa（G）

溫度 ≤40℃

表1 變換氣組分 %

2.2 凈化氣（其組分見表2）

流量 140938m3／h

壓力 約2.6MPa（G）

溫度 35～40℃

表2 凈化氣組分 %

3 工藝流程（圖1）簡介

原料氣（變換氣）在壓力2.6～2.7MPa、溫度≤40℃下進(jìn)入系統(tǒng)，先進(jìn)入水分離器除去游離水后，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量進(jìn)入由20臺(tái)吸附器組成的PSA－1系統(tǒng)（一段變壓吸附），該系統(tǒng)在任何時(shí)刻總有5臺(tái)吸附器處于吸附狀態(tài)，出口端獲得CO2含量為8%～12%的半成品氣。半成品氣經(jīng)半成品氣緩沖罐緩沖后，以穩(wěn)定的流量、壓力輸出，直接進(jìn)入PSA－2系統(tǒng)（二段變壓吸附），該系統(tǒng)在任何時(shí)刻總有4臺(tái)吸附器處于吸附狀態(tài)，出口端獲得CO2含量≤0.5%的凈化氣。

圖1 PSA脫碳系統(tǒng)流程示意

4 主要設(shè)備（表3、表4）

表3 靜止設(shè)備

表4 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備

5 運(yùn)行情況

5.1 原料氣（其組分見表5）

流量 195600m3／h

壓力 約2.65MPa（G）

溫度 23℃

表5 原料氣組分 %

5.2 產(chǎn)品氣（其組分見表6）

流量 約137800m3／h

壓力 約2.6MPa（G）

溫度 23℃

表6 產(chǎn)品氣組分 %

6 優(yōu)化改造措施

由于該裝置設(shè)計(jì)時(shí)為國內(nèi)壓力級別最高、單套生產(chǎn)能力最大（年產(chǎn)總氨400kt以上），國內(nèi)無成功運(yùn)行裝置可以借鑒，因此在設(shè)計(jì)、安裝、試車及生產(chǎn)中暴露出一些問題。我公司通過設(shè)備改造、工藝優(yōu)化、強(qiáng)化管理等取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具體改造內(nèi)容如下。

（1）隨著二期工程的投運(yùn)，整套裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的滿負(fù)荷運(yùn)行，共有吸附塔38臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，考慮到程控閥使用周期，為避免程控閥同時(shí)壞兩臺(tái)而影響生產(chǎn)，我們與設(shè)計(jì)院溝通后在程序上做了調(diào)整，增加了系統(tǒng)故障自動(dòng)檢索恢復(fù)功能（即便是操作出現(xiàn)錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)檢索到正確的程序并運(yùn)行），大大提高了系統(tǒng)的安全性。

（2）本裝置投運(yùn)初期，程控閥內(nèi)部密封墊片時(shí)有密封不嚴(yán)現(xiàn)象，造成大量有效氣體流失。經(jīng)多次論證，我們集中更換一批程控閥密封墊片，并把材質(zhì)更換為增強(qiáng)四氟。更換后，程控閥運(yùn)行平穩(wěn)，使用周期明顯增長。

（3）該裝置開車期間為冬季，氣溫在－5～－8℃。由于我公司的儀表空氣為集中供氣，且距離該裝置較遠(yuǎn)，致使儀表空氣送達(dá)本裝置后因溫降而帶水嚴(yán)重，程控閥處有積水結(jié)冰現(xiàn)象，導(dǎo)致程控閥動(dòng)作失靈，且程控閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞嚴(yán)重。針對這一問題，我們采取定期更換儀表空氣干燥劑，并在儀表空氣進(jìn)入該裝置前，設(shè)置空氣緩沖罐及二級空氣干燥器系統(tǒng)一套，進(jìn)一步提高空氣品質(zhì)，方案實(shí)施后效果較好。

（4）本裝置共有真空泵9臺(tái)，其填料密封水設(shè)計(jì)為采用一次軟水，回水直接外排，這不僅造成大量浪費(fèi)，而且也帶來很大的環(huán)保壓力。我們集中就地回水，并設(shè)置密封水供給泵1臺(tái)，循環(huán)使用密封水，收到良好的效果。

（5）加強(qiáng)管理，保證安全運(yùn)行。由于該系統(tǒng)設(shè)備、管線大部分處于交變負(fù)荷作用下，為避免設(shè)備故障而影響生產(chǎn)，除操作、維修人員的正常巡檢外，我們每個(gè)月對所有設(shè)備、管線焊縫、密封墊等進(jìn)行專項(xiàng)檢查一次，并做好記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理。

采取上述措施后，系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析如表7。

表7 改進(jìn)前后系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表