净化变压吸附脱碳装置建设运行总结

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1、净化变压吸附脱碳装置建设运行总结刘文军(广西柳州化工股份份有限公司，545002)内容摘要：阐述用变压吸附脱碳工艺改造湿法MDEA和PC脱碳工艺，实施过程中针对碰到的问题进行分析、改进、完善、总结。关键词：脱碳改造1、简述我公司老合成氨系统净化脱碳装置共有两套，一套使用PC物理吸收工艺，另一套使用MDEA化学吸收工艺。随着国家节能减排政策以及市场的发展，结合变压吸附脱碳技术（以下简称PSA）的不断进步完善，公司决定采用PSA技术对原有两套脱碳装置进行改造。2、装置工艺简介2.1新PAS装置设计处理能力为150000NM3/h变换气脱除CO2，操作压力按2.

2、5MPa设计，由四川天一科技股份公司设计，并执行试车、开车技术总承包。当时该装置的能力为全国最大一套PSA合成氨脱碳装置，设计压力等级也是最高的。2.2装置工艺流程简介（流程简图见图1）。该装置采用两段变压吸附法提纯净化气，并回收变换气中的CO2，分别由PSA—Ⅰ、PSA—Ⅱ组成，简称一段吸附、二段吸附。一段吸附采用20—5—10/V时序，即20个吸附塔，10级均升降，5塔抽真空（V）由8台真空泵完成。每塔在每一个循环周期内都经历吸附、10级均升降、顺放、逆放、抽真空、预升压、最终升压，共二十六个步骤。二段吸附采用20—5—11/V时序，与一段类式，只是均

3、升降13采用11级，抽真空由4台真空泵完成。每塔在每一个循环周期内都经历吸附、11级均升降、逆放、抽真空、最终升压，共二十六个步骤。整个工艺程序各步骤运行共由484台程控伐执行，在DCS控制下按时序要求完成，上述20塔10级、11级均升降的工艺运行程序为全国同类型装置首次采用。放空（顺、逆放1）PSA—ⅡPSA—Ⅰ变换气半净化气净化气逆放1、2Ⅱ抽空Ⅰ抽空放空逆放2、3二氧化碳图13、装置设计、建设中的问题3.1工艺设计中有效气收率的问题PSA作为一种物理吸附工艺，存在一个有效气的损耗，这是该工艺的一个瓶颈问题。设计单位在“设计说明书”中保证有效气收率H2

4、%≥99.5%、CO%≥96.0%、N2≥98.0%，采用10级均压降等技术来确保达到该收率。在与设计单位的交流中了解到，他们依据的也只是实验数据。笔者做个实验，理论上8级均压降就能达到H2%收率≥99.5%，以变换气131升体积、H2%＝53.6%为标准，进行8次完全均压降后则有：1×53.6%×（1/2）8＝0.209%，H2%收率＝（53.6－0.209）/53.6＝99.61%据笔者考察的数家PSA使用单位，一些使用8级均压降的工艺装置有效气收率95%都达不到。在实际生产运行中有效气的收率受装置能力、生产负荷、气体组分、操作压力、气温高低、净化气C

5、O2%纯度、设备容器空间、吸附剂装填量、吸附剂再生、工作循环时间、程控阀运行状况等多重因素的影响，并非采用了10级均压降就一定能达到有效气99.5%的收率。3.2装置压力等级及设备的选配问题该装置按操作压力2.5MPa进行工艺设计，设计院提供的图纸设备压力等级按PN4.0MPa选型，据与设计院交流他们也是首次以这种操作压力进行该类装置的设计，因此在设备选型匹配上存在不少问题。对非标设备的制作可以选定有资质的厂家按图纸要求制作，但在一些标准件上，比如有些专用程控伐由设计院指定专门的厂家按图纸加工制作，但在其阀门法兰的配套上出现不少标准不符。各制作厂家使用标准

6、不同，有按HG标准（化工）、SY标准（石油），还有厂家是按JB标准（机械）。因此在材料表的校核和材料到货的检查、验收工作中，分厂安排专人做了大量的工作，但在现场实际安装中还是出现设备、阀门、法兰、垫子安装不配套的问题，造成安装返工和工程延误。3.3现场装置的平面布置问题13由于该PSA装置是建设在老系统界区，因此在设备布置，工艺配管上存在不少问题。比如真空泵的配管，设计方案修改了数次，设备都已经到货了，设计配管图都还未交图。进入施工后还进行了多次修改、完善。另外，该装置设计立项之前国家于2006年9月下发了新的《危险化学品建设项目安全许可实施办法》，对装置

7、的安全运行周边设施做了新的规定，并在“安全设施设计审查”这方面进行了详细的规定。由于设计院也是第一次涉及这方面的内容，因此也反复做了大量的平面布置以及安全环评的配套工作。3.4真空泵的选型存在问题椐交流了解设计单位对工况条件下真空泵抽真空的设计，还没有一套完整的设计模型，这一问题在和真空泵生产厂家的交流中也得到应证。从笔者对数家PSA使用厂的考察，均存在抽真空能力不足的问题，装置投产后又再增加真空泵设备才保证了生产。设计单位在真空泵选型的技术条件上，是先出泵的选型数据再进行设备管道的设计，因此设计单位给出的真空泵的抽吸速率，与生产再生抽真空的抽吸速率的匹配

8、存在问题，对塔器吸附剂、管线长度、管径、管件、阀门等影响因素在设计