80kt／a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造

80kt／a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造
小氮肥第39卷第8期2011年8月
80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造
0前言
洪鉴
(云南云天化国I~.,fG_r--有限责任公司红磷分公司开远661600)
云天化国际化工有限责任公司红磷分公司的
合成氨装置于1999年建成投产,原设计能力为
30kt/a合成氨,以焦碳,白煤为原料制气,脱碳采
用变压吸附工艺,配套的变压吸附脱碳装置(简
称1脱碳装置)设计处理能力25000In/h(标
态).2001年,合成氨装置产能扩至80kt/a,新
增1套设计处理能力25000in/h(标态)的变压
吸附脱碳装置(简称2脱碳装置).在运行过程
中,2套脱碳装置的氢损失都比较大,1脱碳装置
氢损失高达4%～6%(体积分数,下同),2脱碳
装置氢损失达3%,严重影响了合成氨的消耗.
为此,经多方论证,在2007年对2套脱碳装置进
行了技术改造.
1合成氨脱碳系统工艺流程和主要设备
1.11脱碳装置
1脱碳装置工艺流程见图1.来自变换系统
的变换气在一定压力和环境温度下,由管道进入
气水分离器,将原料气中的游离水分离掉,分离出
的水通过排污阀排出,分离水后的原料气通过管
道进入吸附塔;脱碳后的产品净化气从出口管弓
9
出,进入净化气缓冲罐,然后与2脱碳装置净化
气汇总到三段进口总管.吸附后的吸附剂需要进行解析再生,吸附塔的解吸气分两部分排出:一部分为吸附塔逆向放压时的排出气;另一部分为真空解吸气,由真空泵抽空后进入抽空气放空总管排出.
该套变压吸附装置设计吸附压力～0.8MPa,
由52只程控阀,2只终充阀及1只出口压力调节阀组成.工艺运行方式为8-3-2和6—2—2两种运行方式,8—3.2即8塔运行,3塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,逆放,抽真空,二均升,一均升,终充.6—2-2即6塔
运行,2塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,逆放,抽真空,二均升,
一
均升,终充.6-2-2作为低负荷或其中一塔阀门
有故障时进行调节.
1脱碳装置主要设备参数见表1.
1.22脱碳装置
2脱碳装置工艺流程见图2.该套装置设计
吸附压力为一0.7MPa,由46只程控阀,1只终充阀和1只出口压力调节阀组成.工艺运行方式为8.3.3和6-2.2两种.83.3即8塔运行,3塔同时
吸附,3次均压,在抽真空时还带有1～2S冲洗.
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图11脱碳装置工艺流程
冲罐
口
口
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表11脱碳装置主要设备参数
设备名称设备参数
吸附器
气水分离器
净化气缓冲罐
真空泵
452600mm×22mm×7980mm.
吸附剂装填量29m,8台
451000mm×12mm×3180mm,1台
3500mm×14mm×16275mm,1台
SK一120,n:390r/min,排气压力0.10～
0.12MPa,抽气量7200m/h,5台
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每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,三均降,逆放,抽真空一,反洗,抽真空二,三均升,二均升,一均升,终充.6.2_2即6塔运行,2塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,
二均降,逆放,抽真空,二均升,一均升,终充.
6-2-2作为低负荷或其中一塔阀门出现故障时进行调节.
2脱碳装置主要设备参数见表2.
表22脱碳装置主要设备参数
设备名称设备参数
吸附器
气水分离器
净化气缓冲罐
真空泵
452600mm×24mm×9560mm.
吸附剂装填量36m,8台
1000mm×12mm×3180mm,1台
3500mm×14mm×16275mm,1台
SK-400,n=390r/min,排气压力0.10～
0.12MPa,抽气量96m/min,4台
2存在问题及原因分析
2套脱碳装置在运行时,都体现出了操作便
捷,开停车方便等优点,但存在氢等有效气体损失大,2脱碳装置阀门故障时会造成全系统憋压等问题.
2.11脱碳装置
1脱碳装置自1999年投产以来,实际运行处
理气量比设计值低5000～8000m/h(标态),氢
损失高达4%一6%,比设计值高1.5%一2.5%. 主要原因:①1脱碳装置在1997年设计时,由于对吸附工作压力与吸附效果的关系认识不足,在确定设计条件时考虑不周,吸附压力设计得过
高(0.78MPa),但实际操作过程中,吸附压力仅
为0.62MPa左右,与装置实际所能达到的吸附压冲罐
力偏差较大.变压吸附的主要特点是吸附压力越高,吸附效果越好,处理能力越大,由于在设计时对装置的操作弹性也考虑不到位,由此造成1脱碳装置虽然设计原料气处理能力为25000m/h (标态),但实际上最高仅能达到20000m./h(标
态)左右;②塔设计容量过低,吸附剂装填量过少.因设计压力的高低与吸附剂的装填量成对应关系,由于设计压力过高,导致吸附剂装填量过少,降低了脱碳系统的处理能力.
由于以上2个原因,导致1脱碳装置负荷过
重,只得依靠减少吸附时间来保证1脱碳装置的处理能力,各个循环步骤的时间相应减少,最终导致1脱碳装置的抽真空度降低,吸附剂再生效果不好;单位时间内放空次数增多,放空压力增大, 导致氢损失增大.
2.22脱碳装置
2脱碳装置自2002年投产以来,实际处理原
料气气量比设计值高9000ITI/h(标态),出口气
中(CO:)高达0.35%,比设计值高0.05%;氢损
失高达3%,比设计值高1%.主要原因:①脱碳
装置需要处理气量54000in/h(标态)左右,但
由于1脱碳装置处理能力达不到设计要求,导致2脱碳装置负荷增加9000Ill/h(标态)左右的气
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量,超出了2脱碳装置的负荷设计值,只能同样减少2脱碳装置吸附时间来提高该脱碳的处理能力,随着吸附时间的减小,各个循环步骤的时间相应减少,2脱碳装置单位时间内放空次数随之增加,放空压力增大,氢损失增大.2脱碳装置因逆放步骤和抽真空步骤共用1只阀门,每个系列配1只逆放总阀,阀门出现故障时,全系统易造成憋压,所以必须停运2台压缩机和2脱碳装置, 系统卸压后才能恢复生产.
由于装置负荷太重,循环周期时间太短,1和
2脱碳装置往往只能实现2次均压或3次不彻底
的均压,从而出现放空压力高,放空次数多及气体
损失大等问题.为此,经收集,查阅相关资料,并
多次向部分相关单位进行调研,最终确定选用四
川开元科技有限责任公司提供的改造方案.
3技改情况
最终确定的改造方案是将原有1和2脱碳
装置由8.3.2和8—3.3流程均改造为lO-4-4&2PP/ VP流程.新工艺流程步骤为:吸附(A),顺放一
(PP1),一均降(E1D),二均降(E2D),三均降
(E3D),四均降(FAD),顺放二(PP2),逆放(D),
抽真空一(V),反洗,抽真空二(V),四均升
(FAR),三均升(E3R),二均升(E2R),一均升
(E1R),终充(FR).
具体改造方案:①增加顺放和抽空冲洗步骤,
1和2脱碳装置都分别再增加2台吸附塔及相应
装填量的吸附剂(1脱碳装置为29m塔,2脱碳
装置为36m塔),同时,将现有的产品气缓冲罐
改作均压罐,2脱碳装置新增加单独的.8只逆放
阀,同时各增加3只程控阀(顺放一总阀,顺放二
总阀,三均总阀),控制系统采用现有的罗斯蒙特
A V7.4DCS系统,并增加相应的开关量及模拟量
控制模块和仪器仪表;②改造后本装置可实现在
1塔出现故障时,由10塔流程切换至9塔及8塔
2种流程下运行;③根据新的工艺要求,对DCS重
新进行组态;④1和2脱碳装置改造后均改为10—
4-4&2PP/VP流程,即10塔运行,4塔同时吸附,
4次均压,增加了冲洗再生步序及2次顺放.4塔
同时吸附可减小吸附操作下的空塔线速度,改善
吸附效果,增加1次均压和2次顺放后,降低放空压力,延长抽空时间,改善吸附剂再生效果,有利
于吸附塔循环吸附操作.通过以上多方面改进后,有效提高装置有效气体回收率,减少气体损失.2套脱碳装置改造与2007年5月合成氨装
置停车大修时同步组织实施完成,并在2007年
5月20日与合成氨主装置大修后同步投入运行. 4改造后工艺流程
经过技术改造后,1和2脱碳装置的工艺流
程一致,各套系统工艺流程与技改前基本一致,但是在此基础上增加了气体的回收流程.改造后工艺流程见图3.
图3改造后工艺流程
吸附流程:来自变换系统的原料气首先进入
气水分离器,将原料气中的冷凝水分离掉,经原料气进口阀进入吸附塔,在塔中原料气的杂质组分被吸附剂吸附,净化气则从净化气出口阀引出,经计量并通过出口压力调节阀后输出界区外进入压缩机三段进口.
再生流程:吸附塔吸附步骤结束后,进行吸附
剂的再生过程.吸附塔依次经顺放一,一均降,二
均降,三均降,四均降,顺放二,逆放,抽真空及抽
真空冲洗,四均升,三均升,二均升,一均升,终充
等步骤完成吸附剂的再生和吸附塔的升压过程, 其中一均降气体均往一均升,二均降气体均往二均升,三均降气体均往均压罐,三均升的气体由均压罐来,四均降气体均往四均升,顺放一的气体作为净化气,顺放二的气体送到气柜进行回收.
本装置主流程采用10_44&2PP/VP(简称
10V)工艺.当某1台吸附塔上的程控阀因外部
元件故障导致程控阀不能正常开关时,流程可由
lOV工艺切换为9-4-4&2PP/VP(简称9V)或8—3
4&2PP/VP(简称8V)工艺运行.即切除掉故障
阀门所在的吸附塔,切换后处理原料气负荷会有
所降低.阀门故障处理完毕后,再由9V或8V工
艺切换为10V工艺,装置恢复正常生产.
12
5装置改造后运行情况及效果
装置改造后于2007年5月20日投入运行,
至2007年6月6日以后装置一直在满负荷下稳
定运行.从运行情况来看,放空压力对比改造前
大幅度降低,有效地减少了放空气量.通过放空
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压力的降低,可以很直观地反映出装置在改造后
气体损失大大减少,有效气体的回收率有所提高.
1和2脱碳装置改造前,后的运行参数对比见
表3.
1和2脱碳装置改造前,后各步骤时间对比
见表4.
表31和2脱碳装置改造前,后的运行参数对比
注:每个周期放空1次;2脱碳装置程控阀出现故障时,不会出现系统憋压. 表41和2脱碳装置改造前,后各步骤时间对比
项目APPlEIDE2DE3DE4DPP2DVE4RE3RE2RE1RFR
(1)放空压力对比改造之前大幅度降低(1脱
碳装置放空压力为0.10～0.11MPa,2脱碳装置
放空压力为0.09～0.10MPa),放空压力均减少了
0.04～0.06MPa,有效减少了放空气量.通过放
空压力的降低,可以很直观地反映出装置在改造
后气体损失大大减少,有效气体的回收率有所
提高.
(2)2套变压吸附脱碳装置改造后,净化气出
口气中CO,指标控制平稳,并且在相同分周期时间条件下,净化气中CO2含量可控制在比改造前更低的水平上;同样以改造前装置的净化气中CO 含量为控制指标时,改造后装置分周期时间比改造前延长了.改造前,1脱碳装置净化气中CO
含量由0.60%～0.70%(体积分数,下同)降为
0.35%～0.45%,2脱碳装置净化气中CO2含量
由0.35%～0.45%降为0.30%一O.40%.脱碳装
置出口气中CO含量降低后,可降低精炼负荷,减少精炼自用氨消耗.
(3)改造后,设计了9_44和8.3_4流程作为辅
助流程.在l0塔流程下运行时遇某程控阀外部
元件出现故障时可在线切换至944流程下运行, 在切换过程中装置可保持原有负荷继续运行,对合成氨整套装置的生产负荷不造成影响,待故障元件恢复使用后又可在线切换回l044流程下运行.2脱碳装置不会出现系统憋压,不会引起系统大减量,不会出现急停2台压缩机的情况,整个系统操作压力平稳.
(4)装置改造后,增加了抽真空压力联锁和逆
放压力联锁,不会因阀门故障造成高压抽真空的情况出现,使装置在运行中切实起到了保护真空泵和吸附剂的作用,保证了装置的运行安全. (5)改造后,变换进口压力略有下降;脱碳系
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前后前后
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置置
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XCP一2008型节能盘根在离心泵上的应用
常金唱申延鹏
(河南晋开集团延化化工有限公司延津453200) O前言
河南晋开集团延化化工有限公司(以下简称
延化公司)现有24台12SH.13型离心泵,6台
350S-44(A)型离心泵和4台12SH一11型脱硫再
生泵,泵轴密封原采用石棉盘根密封,其轴套磨损大,寿命短,每年需要更换2—3次;盘根每1—2
个月就需要更换,且轴封渗漏现象严重.为此,延
化公司采用XCP一2008型节能密封填料技术对密封函进行改造,产生了很好的经济效益.
1密封原理
离心泵泵轴密封大多采用石棉盘根密封.此
密封方式是靠填料压盖螺栓的预紧力,通过填料
压盖作用在填料上,在预紧力的作用下填料受力
统出口压力略有上升,即压缩机二段出口和三段
进口的压差略有降低.若再适当减少分周期时
间,压缩机二段出口和三段进口的压差还可降低,
但系统氢损失将会增加一些.
(6)改造后,抽真空度降低,吸附剂再生效果
好;吸附时间加长,单位时间内放空次数减少;吨
氨半水煤气消耗下降约100m(标态).
通过对原有系统技改后,使氢气回收率提高
约2.95%,平均可多回收H780m/h(标态),可
节约原料煤(实物)518.7kg/h和燃料煤(实物)
62.4kg/h.年节约原料煤(实物)4108t,按原料
煤价660t计,年节约原料煤支出271.13万元;
年节约燃料煤(实物)494t,按燃料煤200Yv_/t
计,全年节约原料煤支出9.88万元.共计节约支
出约281.01万元,经济效益显着.
6存在问题
(1)装置试运行过程中,净化气指标存在波
13
变形,从而充满填料室内填料与轴套,填料与填料
函内壁2个问隙,阻止了介质的泄漏,达到密封目
的.压紧力需要超过阻力传递到每道填料上,产
生大小不等方向相同的径向力,且所产生的径向力大于介质压力时才能达到阻止介质泄漏的目的.石棉盘根密封压力分布见图1.
径向力ffIl▲
预紧力三囟囟囟囟囟三介质压
_L_U一一(
I
图1石棉盘根密封压力分布
这种密封方式是靠压盖预紧力挤压使填料发
生形变,充实2个间隙来实现密封的.对泵轴而言,会产生较大的摩擦力,该摩擦力不但会增加能量损耗,还易使轴套磨损,影响其使用寿命;且极动较大的现象,主要出现在新,旧吸附塔吸附步序切换后,旧塔吸附剂与新塔吸附剂性能差距较大, 该现象在1脱碳装置体现得尤为明显.当旧塔
吸附的时候,由于吸附剂吸附性能下降,造成吸附时间缩短,进而抽真空时间随之缩短,吸附剂再生效果差,不利于装置循环吸附.
(2)装置运行时真空度较差(1脱碳装置真
空度为一0.04一一0.05MPa,2脱碳装置真空度约为一0.06.MPa),尤其1脱碳装置表现明显,除上述提及的原因,还因真空泵叶轮腐蚀严重,导致间隙过大,真空泵极限真空严重下降(1脱碳装置真空泵极限真空约为一0.06MPa,2脱碳装置真空泵极限真空约为一0.08MPa),引起真空泵抽空能力下降,吸附剂再生效果差,不利于循环吸附. (3)有部分旧程控阀存在内漏或外漏,影响
了装置的正常工艺操作,这也是导致装置气体损
失的又一因素.
(收稿日期2011-04—12)。