PSA节能优化研究

PSA节能优化研究
发布时间：2022-08-10T09:11:46.681Z 来源：《科学与技术》2022年第30卷3月6期作者：刘美德
[导读] 节能降耗已经成为全球的经济发展、社会进步一致重视的问题，
刘美德
山西省焦炭集团益达化工股份有限公司 031200
摘要：节能降耗已经成为全球的经济发展、社会进步一致重视的问题，这是因为人们对全球的能源、能耗、环境污染等情况有了越来越深刻的认识与理解。

节能降耗我们可以从两个方面理解：从广义方面看，它是指节省了物资和能源，降低了废弃物的排放以及一些有害物质的排出，从狭义方面看，它是指降低环境中的有害物质的排出和节省能源。

关键词：PSA；吸附剂；流程改造
引言
经过一段时间的运行后，发现产品氢收率过低，大量粗氢随解析气并入燃料气管网，降低装置生产效益。

目前的设备吸附效果差，单纯依靠PSA控制产品氢质量，容易导致产品氢中一氧化碳含量波动较大，影响后续单元的催化剂寿命；并且解析气流量大，波动也大，造成装置燃料气管网压力波动大，影响脱氢加热炉的稳定操作，同时过大的流量超出解析气压缩机负荷，影响其稳定运行。

因此，有必要对该流程进行改造。

1.市场意义与推广价值
随着中国经济的持续快速发展，作为国民经济基础的医药工业和工业天然气工业也蓬勃发展，为国民经济的迅速运行提供了重要保障。

医疗和工业气体在卫生、卫生、冶金、石油化工、机械、国防、建筑材料、电子、农业和食品部门的使用有所增加。

2016年工业气体总产量估计为1200亿美元，需求每年增长10%，其中约50%是真空气体。

市场的巨大需求为天然气行业提供了新的发展机会，但如果能够促进天然气行业使用PSA组合系统，对每个氧气和氮组合系统的投资将比两个单独的氧气生产系统减少40.66%以每年10%的增长率计算，投资节约和设备能耗的减少将是一个令人印象深刻的数字。

因此，该项目具有广泛的商业范围和推广价值。

2.PSA运行过程中遇到的问题
2.1低温液氮洗装置运行不稳定
合成氨装置可以增加产量，提高150%的加工能力，利用蒸汽锅炉炉破煤添加抑制气体，采用冷法进行净化，添加PSA吸附净化工艺，每天合成氨产量由1000t增加到1500t。

改造的一个组成部分是升级原来的改造过程:原来的改造技术被耐硫高温改造链的低温改造技术所取代，从而使出口加工气体中CO体积的份额在扩大之前从4.76%降至1.45%。

净化操作后低温甲醇洗脱硫后，一部分冷加工气体被转移到吸附净化装置中获得氢气，大部分冷加工气体被发送到液氮低温洗涤过程中分离CO，产生合成气体而且很大一部分分离的CO存在于废气中(体积分数为22 %至25 %)，并被送往燃料通风系统。

由于采用了高频高压转化工艺，脱硫工艺中随后进入合成氨净化过程中低温液氮洗涤装置的成分发生了变化低温液氮清洗装置在实际工作中表现如下:主换热器冷端温度不能降低，导致CO洗涤塔工作状态波动，低温液氮清洗装置不能工作应采取临时应对措施，提高加工装置出口加工气体中CO含量，以稳定液氮清洗装置的持续运行。

2.2能源与资源的浪费
根据PSA或氮气制造原理，为了将空气与纯氧或高纯氮分离，空气必须压缩、冷干燥、厚、精、过滤三级等。

使用空气压缩机和氧分子筛分器或氮分子筛分器之间指定的预处理装置，进入氧分子筛分器或氮气分子筛分器进行空气分离，因此该系统的组成部分是必不可少的。

此外，传统的空中供氧系统成本高昂，只能将7.6%的氧气分离到空气中，而92.4%的混合气体作为废气排放到大气中，浪费资源，消耗能源。

3.PSA节能优化措施
3.1新增有效原料气排放气循环增压机
针对如何充分利用扩张后产生的有效原料气体排放的问题，对原有工艺进行了优化和调整，在对富PSA脱硫剂和氢提取装置的真空分析气体进行放大后，增加了循环增压器它已被转化为合成氨原料气体，以提高合成氨的产量，减少排放，同时有效地回收和使用废气。

PSA脱氢提取装置真空溶解的甲烷气体0.15 MPa(g)≥40c，经过入水油水分离器后压缩为4至3.3 MPa(g)，然后由4级中间冷却器冷却至40c，并由油水分离器的气液分离。

3.2催化剂循环再生
上部修复段再生催化剂与四个修复反应堆的材料接触，利用自上而下的重力通过中心管进行高温化学反应。

从反应堆底部出来的碳催化剂被底部的替代气体取代后，进入阀门，二次气体负责吹扫催化剂，同时控制催化剂上升率。

主提升气体负责向初生催化剂提供向上动能。

提升管配有可拆卸的接头，以防提升管堵塞导致催化剂粉尘、破碎催化剂和催化剂携带的轻质石油产品出现信号差或沉降时停工。

提升管中的催化剂上升到顶点，通过特殊弯头和倾斜管道改变传输路径，从而最大限度地减少催化剂流动过程中的磨损。

待生催化剂从进气管侧进入分离料斗，γ射线料斗配备在线监测料斗中储存的催化剂量，再生系统特殊氮通过排气风扇d进入分离料斗从而使催化剂粉尘、破碎催化剂和少量全催化剂从排水管向除尘器一侧转移。

氮作为抽风机输入氮气从水平另一侧排出，在除尘器中安装过滤网，非氮氮留在火网上，双方之间的压力差随着火网上材料的积累而增大，当阀门分离光栅的背景是再生器碳化区的空气。

3.3工艺路线节能措施
只需改变放空管减压阀的后压即可。

但是，如果加工气体首先要进入脱碳装置去除二氧化碳，如果保留原来的脱碳工艺，就不可能单独分离加工气体。

为了将转化气体单独发送给压力吸附，必须改变脱碳工艺。

在原脱碳装置工艺中，此时所有转化气体均进入吸收塔。

此时，如果吸收塔的设计能力降低，则添加一个小吸收塔。

采用两吸收塔工艺，设计能力低的吸收塔可处理转化后的乙炔泄漏，并且大容量塔可以处理未加工的乙炔的泄漏，实现对加工后的乙炔的分离处理。

通过上述分析，工艺优化的最后一步是确定压缩机的设置位置，在预处理阶段之前，在进脱墨机组和出脱墨机组之前，新压缩机在整个工艺中有三个备选位置。

首先，从压缩机处理量的角度来看，脱碳装置出口的气体吞吐量最低，因为没有二氧化碳成分，压缩机需要最小功率在这里安装。

但是，考虑到加工气体和未加工气体分别进入电源，这里需要安装两个压缩机，成本低。

二是转化气体与非转化气体的分离是预处理段已经开始，因此压缩机进入脱料机组前的配置符合脱料
机组的输出配置要求，不是最佳位置。

然后只能在预处理之前选择压缩机的位置。

结束语
通过改造，PSA装置解决了产品氢收率低、产品氢质量不满足工艺需求的问题，从而稳定了装置的操作，也减少了解析气的使用，为公司增加了经济效益。

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