变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行_杨军红

收稿日期：2012－07－23；收到修改稿日期：2012－11－30。

作者简介：杨军红，男，1970年1月出生，高级工程师，工程硕士，2006年毕业于华东理工大学化学工程专业，现任兖矿鲁南化工有限公司副总工程师。

联系电话：0632－2362016；E －mail ：yjh66666＠126．com 。

兖矿鲁南化工有限公司变压吸附系统主要是为年产10万吨醋酐装置提供高浓度CO 产品气的配套系统，设计处理气量15000m 3／h 。

该系统采用成都天立化工科技有限公司自主研发的发明专利技术———无动力吹扫解吸变压吸附脱碳工艺，改变操作条件可控制产品气CO 的纯度。

整套系统正常生产后，通过不断优化改造，使变压吸附技术的优点得到了充分的发挥。

该醋酐装置变压吸附系统是将甲醇净化工段来的原料气温度40℃，表压力2．2MPa ，气体体积组成：CO 54．27％、CO 22．83％、H 242．09％、H 2S＋COS0．1×10－6、N 20．65％、CH 4＋Ar 0．16％，经过粗脱碳工序和精脱碳工序物理脱除CO 2，一氧化碳提纯工序分离制得合格CO （纯度不低于98．5％），最后经过压缩机加压到4．7MPa ，送往醋酐分厂，并将富产纯度不低于92％的H 2送往甲醇合成工段。

1变压吸附系统简介1．1变压吸附系统变压吸附系统由粗脱段、精脱段、提纯段组成。

粗脱段采用吸附塔19台，3塔同时吸附，12次连续均压带吹扫，即19－3－12工艺流程；程控阀共297台，装填2种吸附剂：下层是少量的活性氧化铝，脱除少量的水；上层装硅胶脱除CO 2，控制CO 2含量不高于0．2％。

精脱段采用吸附塔15台，4塔同时吸附，6次连续均压带4次吹扫，即15－4－6工艺流程；程控阀共219台，装填吸附剂为硅胶，进一步控制CO 2含量不高于0．0150％。

提纯段采用吸附塔18台，3塔同时吸附，12次连续均压带顺放吹扫，即18－3－12工艺流程；程控阀共246台，装填吸附剂为分子筛，用于提纯CO （纯度不低于98．5％）。

1．2辅助液压油系统液压油泵系统作用是为变压吸附系统中液压程控阀的启闭提供动力（工作压力4．8～5．3MPa ）。

由4个主油箱、1个副油箱、8台功率为25kW 的齿轮油泵以及61台为稳定油压、减小油路系统压力波动的蓄能器组成。

2变压吸附系统运行情况2010年6月，水煤气变压吸附一氧化碳提纯系统建成投产，一次开车成功。

该系统运行初期除遇到因设备原因如电磁阀、程控阀故障等，使得吸附塔串压，影响系统稳定运行及产品气质量。

除此之外还遇到了一些工艺技术设计问题，经过不断技术改造和优化，使系统达到了设计要求。

目前整套系统运行状况良好。

3变压吸附系统的工艺优化3．1放空气回收利用变压吸附系统原设计粗脱段、净化段吹扫气变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行杨军红，肖红玲，李小倍（兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527）摘要：介绍醋酐装置水煤气变压吸附提纯一氧化碳工艺系统，分析系统运行中出现的问题，提出具体的优化改造措施，改造后使整个系统实现了安全、稳定、长周期效益运行。

关键词：变压吸附一氧化碳优化改造2013年4月第36卷第2期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryApr.2013Vol.36No.22013年第36卷（压力0．01MPa ）由于压力低、气量少，设计没有考虑回收，直接配管引至净化Ⅲ副系统脱碳汽提塔顶部进行放空。

根据现场实际运行情况，变压吸附系统满负荷生产时，设计气量15406m 3／h ，放空气量约1550m 3／h ，放空气体成分根据运行实际分析如表1，取平均值CO 72．43％、H 211．04％计算，有83．47％的有效气体损失，且造成生产现场CO 含量超标严重，因此决定对放空气进行回收利用。

工艺流程优化：将变压吸附系统一段逆放吹扫气和二段顺放吹扫气两路放空气体，汇合后进入缓冲罐，经压缩机加压后，直接送净化Ⅲ副系统脱碳塔或并入氢气缓冲罐与变压吸附的H 2混合后送甲醇工段生产甲醇，如图1所示。

改造完成后，放空气中有效气体（CO＋H 2）按80％（CO 70％、H 210％）计算，满负荷运行时，放空量按1550m 3／h ，年运行按8000h 计算，年回收甲醇达4729．60t ，项目年收益1135．10万元，不仅消除了系统安全隐患，还取得了较好的经济效益。

3．2产品气CO 联通回收改造一氧化碳压缩机原设计只为醋酐装置提供合格的产品气CO 。

因此在产品气提纯达到合格之前，醋酐装置不接收这部分纯度低的产品气，只能直接放空。

另外，醋酐装置开车后产品气CO 用量较长时间维持在3000m 3／h ，而一氧化碳压缩机设计打气量为8000m 3／h ，由于气量负荷降低，压缩机回流量大，压缩机入口温度升高，能量损失严重，大大影响一氧化碳压缩机的效益运行。

通过对变压吸附系统、甲醇和净化系统的整体运行效益分析，决定在压缩机出口分出一路联通管线，将系统开车初期不合格的CO 及富裕的CO 经调节后经氢气缓冲罐送甲醇系统生产甲醇。

改造后，CO 产品气得到有效利用，杜绝了CO有效气体放空，增加了甲醇产量。

由于压缩机回流温度得到保证，也降低了设备损坏的机率，减轻了设备维修人员的劳动强度，节约了检修费用。

3．3优化系统参数调节，确保产品气质量醋酐装置对产品气质量要求较高，必须保证产品气CO 纯度不低于98．5％，才能降低副反应发生，保证醋酐产品质量。

因此，优化系统参数，控制产品气中CO 和H 2的含量稳定成为操作重点。

1）稳定系统气体处理量，避免原料气量波动。

原料气量波动是导致产品气质量不佳的主要原因。

逆放气中含有一定量的H 2，吸附剂吸附能力一定，气量波动导致在操作中提纯段吸附剂处于吸附饱和临界状态下限，还会导致吸附床层处于吸附饱和或不饱和状态，继而不能有效保证产品气质量。

于是，在变压吸附系统提纯段顶部出口增加自调阀组，通过调整阀门的开度稳定系统的吸附气量。

2）及时调整提纯段的循环时间。

变压吸附系统开始运行时提纯段设定的循环时间较短，床层未吸附饱和，只有通过顺放调高产品气纯度，造成有效气体收率低。

为了避免工艺指标波动过大，系统能够稳定运行，在定时发讯过程中，必须及时根据气量波动调整循环时间，因为气体浓度的变化会滞后2～3个周期才能反映出来。

3）稳定控制精脱段的CO 2指标，合理设定循环时间。

因为每个吸附塔具有固定的负载杂质的能力，在一个吸附再生循环里，只能净化一定量的原料气。

由于循环时间长，导入的气量过多，会造成CO 2含量升高。

因此通过调整循环时间、顺放时间、降低逆放压力等手段控制CO 2指标。

4）提纯段顺放时间的长短和逆放压力的高低也对CO 纯度有着直接的影响，可以根据具体情况做出相应的处理。

3．4放空系统改造3．4．1放空系统存在的问题1）变压吸附系统各缓冲罐安全阀放空出口原设计是净化Ⅲ工段现场高空放空，由于系统存在串压放空，造成现场CO 含量高，一旦放空口着火，将会损坏净化Ⅲ工段的设备。

表1放空气体实际运行组分统计％序号COH 2CO 2N 2178.6513.27.290.86278.8213.62 6.870.69367.22 4.5910.16 1.54465.0412.75 6.04 1.89平均值72.4311.047.591.25图1净化放空气回收利用工艺流程116第2期2）一氧化碳压缩机出口放空自调阀内漏，只能关闭放空截止阀，但是压缩机出口超压控制室就不能直接操作放空，压缩机安全运行存在隐患。

3）由于火炬放空原设计为双结构系统，一旦双结构出现问题，需要退出火炬，火炬放空系统将不能投用，影响变压吸附系统稳定安全运行。

3．4．2实施的改造措施1）将各缓冲罐安全阀后放空管配管至火炬总管，避免系统串压而造成大量CO 气体现场放空，减少现场放空量。

2）在一氧化碳压缩机出口放空阀增加遥控切断球阀，压缩机控制室可以通过遥控切断阀实现自动控制，消除压缩机安全隐患。

3）在火炬放空管和现场放空管增加联通阀，实现在火炬放空退出后，不影响系统安全稳定运行。

3．5液压油路系统节能改造变压吸附系统液压程控阀门的驱动力来自于液压油，油压太高会影响阀门的使用寿命，油压太低可能出现阀门动作异常，导致系统串压。

正常生产中由多台泵同时向系统供油，每台油泵的出口压力应一致。

因此在油泵投入系统前，要通过调整各台油泵的回流阀来控制出口压力。

由于各油泵都有回流，回流总量大且不均匀，导致油站油温较高和油压不稳定。

对此，在回油总管上增加溢流安全阀，通过溢流阀来稳定控制油压。

改造后，通过利用安全溢流阀调节系统油压，各油泵无回流，各台油泵做功一致，油温均衡，且少开了1台油泵，节约了电耗，延长了液压程控阀门的使用寿命，达到了降低操作人员的操作强度，实现系统稳定运行的目的。

4结束语通过对变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的不断优化和改造，该系统的安全性、稳定性和可靠性都有了很大的提高。

变压吸附系统的稳定运行给年产10万吨醋酐装置的安全生产提供了保障，带来了较大的经济效益和环保效益。

OPTIMIZATION OF CO PURIFICATION PROCESS BY PRESSURESWING ADSORPTIONYang Junhong ，Xiao Hongling ，Li Xiaobei（Yankuang Group ，Lunan Chemical Industry Co．，Ltd．，Tengzhou 277527）Abstract ：The process of CO purification by pressure swing adsorption of syngas in an acetic anhydrideplant is introduced．After studying the problems occurred during operation ，the practical revamp measures that make the system run in safe ，stable and long－term mode are presented．Key words ：pressure swing adsorption ；carbon monoxide ；optimization中煤集团焦化化肥项目建成投产中煤集团焦化控股有限责任公司年产18万吨合成氨、30万吨尿素项目2013年2月27日成功实现了联合试运转，全部工艺流程一次性打通，生产出合格的尿素产品。

该项目总投资9.97亿元，于2011年3月全面开工建设，装置综合利用中煤九鑫公司的剩余焦炉煤气生产合成氨和尿素，有效解决了焦炉煤气排空问题。