變壓吸附制CO裝置吸附劑粉化的原因及治理

劉傑(中國石化長(zhǎng)城能源化工(貴(guì)州)有限公司，貴(guì)州 貴(guì)陽 550081)

摘要：某公司煤制乙二醇裝置採(cǎi)用變壓吸附制取一氧化碳，在裝置運行過程中出現吸附劑大量粉化現象。文章通過分析吸附劑粉化現象及影響因素，在經過大量實踐攻關採(cǎi)取相對應措施後，有效抑制瞭(le)吸附劑繼續粉化的趨勢。

關鍵詞(cí)：煤制乙二醇；變(biàn)壓吸附；一氧化碳；吸附劑粉化

0 引言

       某公司依托原有煤氣化裝置，新建一套20萬t/a煤制乙二醇裝置，其中變壓吸附單元由一氧化碳粗分(PSA-1)、氫氣提純 (PSA-2)、一氧化碳提純(PSA-3)和大分子脫除(TSA)4個工序組 成。自開車以來，一氧化碳提純(PSA-3)吸附劑就不斷粉化；吸附塔床層壓差逐漸增大，産品CO産量下降以及CO中H₂含量超 标，嚴重影響裝置的長周期穩定運行。通過分析吸附劑粉化現象及影響因素，在經過大量實踐攻關採取相對應措施後，有效抑制瞭吸附劑繼續粉化。

1 變壓吸附制CO裝置工藝流程

       變(biàn)壓吸附單元由PSA-1、PSA-2、PSA-3及TSA四部分組成。由煤氣化送來的未變(biàn)換淨化氣經PSA-1吸附後，吸附尾氣從塔 頂到PSA-2制氫，解析氣經過逆放和抽真空從塔底流出，經壓縮後作爲PAS-3的原料氣。在PSA-3吸附塔中，CO被吸附劑吸附，吸附尾氣從塔頂流出進入燃料氣管網，解析氣經過逆放和抽真空從塔底流出，經過壓縮後作爲CO産(chǎn)品氣到偶聯單元。

2 吸附劑粉化現象及不良影響

2.1 壓縮機幹氣密封過濾器堵塞

       在裝置投用一個月後，産(chǎn)品CO壓縮機幹氣密封過濾器壓差逐漸升高，造成密封氣壓力偏低，影響裝置安全穩定運行。檢查發現由於(yú)吸附劑粉塵堵塞，引起幹氣密封過濾器壓差升高。在更換過濾器濾芯後，隻能維持半個月生産(chǎn)運行，頻繁切換清理濾芯在增加檢修費用的基礎上還對生産(chǎn)造成不穩定因素。

2.2 壓縮機段間換熱器堵塞

       在裝置開車運行一個月後，發現産(chǎn)品CO壓縮機段間入口溫度不斷升高，出口溫度同步升高；特别是壓縮機三段及四段，溫度上升速度尤其明顯。進、排氣溫度過高，降低壓縮機打氣量，影響壓縮機效率及機組長(zhǎng)周期運行。機組停車後對段間換熱器打開檢查，發現換熱器氣管程和封頭以及管道均有大量吸附劑粉灰。

2.3 真空度下降

       PSA-3吸附塔在抽真空完畢(bì)後設計壓力爲-0.08～0.09 MPaG，随著(zhe)生産運行PSA-3吸附塔的抽真空效果逐漸變差且各吸附塔之間差異較大。吸附塔真空最好僅爲-0.055MPaG，最差隻有-0.027MPaG。吸附塔抽真空效果差，導緻吸附劑解吸不徹底。

2.4 床層壓差增大

       選取PSA-3進氣壓力與PSA-3吸附尾氣壓力，對比相同負荷下投産初期與投産一段時間後吸附塔前後壓差。投産初期吸附塔在吸附狀态下，吸附塔前後壓差爲20～30kPa，一段時間後吸附塔前後壓差增大到40～50kPa。相同吸附塔床層(céng)壓差随著(zhe)時間推移在增大，且不同吸附塔床層(céng)之間壓差存在較大差距。

2.5 裝置負荷難以提升

       在未變(biàn)換氣中CO濃度相近的條件下，産量隻能達到設計負荷的91%，收率從設計92% 降低到88%，並(bìng)且CO産品中氮氣含量及氫氣含量持續升高。綜上所知，因PSA-3吸附劑粉化，吸附塔床層阻力增大，抽真空效果差，吸附劑解吸不徹底，從而導緻吸附劑吸附容量、産品質量及收率下降。

3 吸附劑的粉化原因

3.1 吸附劑自帶粉塵

       變壓吸附劑在生産、運輸、裝填過程中，由於(yú)碰撞、磨損會産生一部分粉塵。正常情況下這種粉塵随著(zhe)生産的運行，會随工藝氣帶出系統而逐漸減少。但是本裝置吸附劑粉塵随著(zhe)裝置的運行，不僅沒有得到緩解反而不斷惡化，因此吸附劑粉塵不僅僅是吸附劑自帶的。

3.2 吸附劑裝填設計安裝問題

       在吸附塔内，随著往複氣流的循環沖擊，吸附劑蠕動、磨耗而出現小縫隙，從而出現瞭跳動的空間，跳動加劇瞭吸附劑的磨耗。且受設計工藝和裝填方式的限制，吸附劑裝填後多少都 會留下一定的死空間，這給吸附劑的蠕動提供瞭更大幾率^[1-2]。 PSA-3吸附劑裝填完畢後，採用瓷球壓緊格栅闆的方式盡量減小吸附劑之間産生間隙。大修期間打開PSA-3吸附塔，瓷球發生不同程度沉降和傾斜。經抽除頂層瓷球，發現格栅闆發生傾斜，如圖1所示。

圖1 格栅闆傾斜

       經檢修拆解發現，由於(yú)上部格栅闆制造精度較差，卡在吸附塔筒體上，格栅與吸附劑床層(céng)之間産生間隙，未能随吸附劑自然沉降而下沉。在均壓等氣流沖刷過程中未能保持吸附劑床層(céng)穩定，從而加劇粉塵的産生。

3.3 原料氣中帶甲醇

       分别檢測PSA制CO流程不同位置工藝氣中甲醇含量，未變換氣中微量甲醇進入PSA-1後，解吸出來的PSA-3原料氣中甲醇濃度高於未變換氣，而PSA-3吸附尾氣及産品氣中甲醇含量均低於PSA-3原料氣中甲醇含量，說明甲醇在PSA-3吸附劑中存在富集現象。大修期間，對PSA-3吸附塔不同床層高度吸附劑進行取樣化驗，分析吸附劑中甲醇含量，上層、中層、下層 吸附劑甲醇含量分别爲600×10^-6 、800×10^-6 、950×10^-6 ，而新鮮吸附劑則不含甲醇。PSA-3吸附劑對甲醇有很強吸附性且不易解吸出來；原料氣從塔釜進氣，所以吸附劑床層中吸附甲醇含量從塔頂至塔釜逐漸遞增。未變換氣在正常工況時，攜帶有100×10^-6以下的甲醇，經過PSA-1富集以後進入PSA-3。PSA-3吸附劑吸附甲醇後，吸附劑強度大幅降低，在生産過程中随著氣流的上下蠕動發生粉化。

3.4 操作時間過短，床層沖擊較大

       由於(yú)PSA-3吸附劑粉化，吸附塔床層阻力增大，抽真空效果差，吸附劑解吸不徹底，導緻吸附劑吸附容量下降。因吸附容 量下降，不得不採(cǎi)取縮短操作時間以提高産品産量。操作時間縮短後，吸附、均壓、置換及抽真空等過程均不能平穩進行。吸 附塔終充步驟結束後壓力偏低，未達到吸附壓力，在吸附塔切入吸附瞬間，對吸附劑床層沖擊過大。且因均壓時間縮短，均壓結束後塔壓偏高，置換效果差，導緻産品氣中氫氣含量以及氮 含量偏高。如此反複，形成惡性循環。

3.5 換熱器洩漏，系統帶水

       裝置投産1年後，PSA-3在線水分析儀上漲，裝置緊急停車 後發現換熱器存在洩漏。本次洩漏雖然對吸附劑有一定損害， 但發現及時洩漏時間較短，且吸附劑大量粉化早於(yú)換熱器洩漏時間，所以換熱器洩漏並(bìng)不是吸附劑大面積粉化主要因素。

4 整改措施

4.1 更換少量粉化嚴重吸附劑

       由於(yú)吸附劑粉塵集中於(yú)吸附塔底部，大修期間将底部粉化 嚴重區域吸附劑祛除，補(bǔ)充爲新鮮吸附劑，底部粉化區域見圖2。

圖(tú)2 吸附塔底部粉化吸附劑(jì)

       将底部粉化嚴重區域吸附劑更換以後，能夠確(què)保吸附塔床層阻力下降，變壓吸附程序中均壓、抽真空等過程順利進行，有利於(yú)吸附劑解吸。

4.2 修整格栅闆

       對格栅闆進行修整，直徑由2980mm減小至2960mm。同時将格栅闆上沿安裝在吸附塔筒體環焊縫以下，避免格栅闆與 焊縫之間卡死。經過修整後格栅闆能夠随吸附劑床層(céng)下沉而下沉，避免出現活動空間使得吸附劑在氣流沖擊下産(chǎn)生蠕動。

4.3 未變換氣預處理

       在未變(biàn)換氣進入PSA-1之前新增變(biàn)溫吸附TSA，徹(chè)底脫除未變(biàn)換氣中微量甲醇，避免微量甲醇在PSA-3吸附劑中累積，影響吸附劑強度。

4.4 優化操作

       在更換部分吸附劑以後，通過盡量延長操作時間，配合适當降低置換氣量，以提高産品産量及質量；又由於(yú)操作時間的延長，均壓及抽真空等過程能夠達到良好狀态，降低吸附塔切 換過程中的壓差，避免氣流大幅沖刷吸附劑床層(céng)，有效延緩吸附劑的粉化。

4.5 加強設備管理

       每年對所有相關換熱器進行渦流檢測及充壓查漏，對有洩漏或腐蝕減薄換熱器及時進行檢修、更新及預防性檢修，確(què)保設備完好性。日常生産過程中加強對在線水分析儀的監控，確(què)保工藝氣系統處於(yú)幹燥環境。

4.6 增加布袋除塵器

       在産(chǎn)品氣壓縮機一段出口增加布袋除塵器，将産(chǎn)品氣中吸附劑粉塵進行祛除，避免粉塵堵塞壓縮機段間換熱器，保護壓 縮機組幹氣密封過濾器，保證瞭(le)産(chǎn)品氣壓縮機組長周期運行。

5 效果

       經過系列技改措施後，吸附塔床層(céng)阻力明顯下降，吸附劑粉塵攜帶量持續減小，CO産(chǎn)品産(chǎn)量及質量大幅提高，具體對比如表1及表2所示。

       經過各項技改技革，布袋除塵器過濾粉塵量大幅降低，吸附塔床層真空度有大幅提升；CO産品産量提高瞭2250Nm³ /h， 産品CO中氮氣含量及氫含量大幅下降，提高瞭乙二醇裝置負荷，降低瞭偶聯裝置副産物生成，降低瞭乙二醇裝置綜合能耗。

6 結語

        吸附劑制造過程中本身就攜帶一定粉塵，且在裝填完畢後随著氣流沖刷會逐漸夯實産生自然沉降。由於壓緊格栅闆精度及安裝問題，未能跟随吸附劑床層下沉，從而産生活動空間。未變換氣中甲醇累積或檢測不及時以及工藝氣帶水，會導緻吸附劑強度下降及粉化。同時由於床層阻力的增大、操作時間的縮短，産生惡性循環，加劇瞭吸附劑粉化。通過對更新少量新劑、對格栅闆進行整改、新增未變換氣預處理裝置，同時優化工藝操作及加強設備管理，PSA-3吸附劑粉化得到瞭有效控制，粉塵攜帶量逐漸降低，PSA-3制CO裝置能夠長周期穩定運行。

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