保持氣體分子篩吸附性能的措施

王永寧，張志剛，張紅斌，王永虎

(中國(guó)石油吐哈油田公司甲醇廠，新疆 鄯善 838202)

一、分子篩純化器二氧化碳超標(biāo)情況

中國(guó)石油吐哈油田公司甲醇廠24萬(wàn)t甲醇/年擴(kuò)建工程的配套工程KDONAr-10000/500/350型空分裝置是由四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、制造、安裝的一套帶增壓透平膨脹機(jī)的常溫分子篩吸附純化、規(guī)整填料塔無(wú)氫制氬的空分裝置，分子篩純化器為臥式雙層床結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作周期為4h，底部為活性氧化鋁 (粒度為φ3～φ5mm)，上部為上海UOP公司的13X分子篩。

2007年3月，循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)膜操作時(shí)，所加藥劑造成循環(huán)水起泡，空氣出空冷塔時(shí)夾帶大量水分，造成1＃分子篩吸附床層帶水。經(jīng)過(guò)對(duì)1＃分子篩進(jìn)行幾個(gè)周期高溫活化再生處理，重新投入生產(chǎn)后，1＃分子篩工作末期純化后的空氣中二氧化碳含量AIA-1204在線分析值經(jīng)?！?ppm，甚至達(dá)到停車值2ppm，嚴(yán)重影響裝置的安全生產(chǎn)。

二、超標(biāo)原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)分子篩純化器工作原理和運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，認(rèn)為造成二氧化碳含量超標(biāo)有以下原因：（1）空冷塔出口空氣溫度偏高，空氣中飽和水含量高，分子篩靜態(tài)吸附容量降低；（2）再生污氮?dú)鉁囟绕?，致使吸附劑再生不徹底；?） 再生污氮?dú)饬坎蛔?，致使吸附劑再生不徹底；?）分子篩帶水后，吸附性能下降，變劣率增大，轉(zhuǎn)效時(shí)間縮短，致使二氧化碳穿透分子篩床層。

三、解決措施

1.降低進(jìn)氣溫度

在夏季，進(jìn)入純化器的空氣溫度經(jīng)常超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。裝置的空氣冷卻系統(tǒng)配置了空氣冷卻塔、水冷卻塔。通過(guò)常溫水和冷凍水噴淋使壓縮空氣冷卻?？諝饫鋮s塔的出塔氣溫度TIA-1102的設(shè)計(jì)值為≤12℃。在夏季，TIA-1102經(jīng)常超出設(shè)計(jì)值，達(dá)12～14℃，這大大增加了吸附器的負(fù)荷，而由于吸附溫度的升高，吸附劑的吸附性能又有顯著下降，從而增加了工況惡化的可能性。

為解決該問(wèn)題，經(jīng)與循環(huán)水崗位協(xié)調(diào)，將進(jìn)入遇冷系統(tǒng)的循環(huán)水溫度控制在27℃以下，并增加水冷塔的污氮?dú)饬?，盡可能降低冷凍水溫度，保證了空冷塔的冷卻效果，將夏季的空冷塔出氣溫度控制在12℃以下。降低進(jìn)入純化器的空氣溫度后，二氧化碳雖仍存在超標(biāo)現(xiàn)象，但平均含量由1.8ppm降至1.1ppm以下。

2.提高再生氣加熱溫度

裝置原設(shè)計(jì)的吸附器加溫再生氣溫度為170℃，冷吹峰值為80～90℃，此溫度值偏低，再生時(shí)熱量不足，不能將床層底部的吸附劑完全解吸。在同樣的加熱時(shí)間內(nèi)，提高加溫再生氣溫度可使加熱結(jié)束時(shí)吸附劑床層底部的溫度升高，從而減少殘留吸附量。經(jīng)實(shí)踐，通過(guò)把蒸汽加熱器與電加熱器串連共用，將加溫溫度設(shè)定為195℃。提高再生氣溫度后，二氧化碳超標(biāo)頻率大大降低，由原來(lái)的70%降至20%。

3.增加再生氣量

根據(jù)調(diào)整再生氣溫度后的再生狀況，對(duì)再生氣流量也進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。裝置原再生氣量為：加溫氣8 600m3/h，冷吹氣量8 800m3/h。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)再生氣量偏低，在設(shè)定的加溫時(shí)間內(nèi)，不能將吸附劑床層底部溫度升至設(shè)計(jì)水平。在同樣時(shí)間內(nèi)，增大再生氣量可使加溫結(jié)束時(shí)吸附劑床層底部的溫度升高，從而減少殘留吸附量。通過(guò)多次試驗(yàn)后，再生氣量調(diào)節(jié)至9 600～9 700m3/h時(shí)比較適宜，每次冷吹峰值均在100℃以上，滿足了分子篩冷吹峰值溫度的要求。調(diào)整再生氣量，純化后空氣中二氧化碳含量降至1ppm以下，再未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

4.縮短工作時(shí)間

由于只是1＃分子篩工作末期時(shí)出現(xiàn)二氧化碳含量報(bào)警，2＃分子篩工作正常，結(jié)合以上調(diào)整措施和甲醇廠實(shí)際生產(chǎn)情況，通過(guò)試驗(yàn)摸索，對(duì)1＃、2＃分子篩再生周期進(jìn)行了調(diào)整，縮短了1＃、2＃分子篩泄壓時(shí)間和2＃分子篩的再生時(shí)間，相當(dāng)縮短了1＃分子篩的工作時(shí)間。調(diào)整分子篩工作時(shí)間后，1＃分子篩工作期間純化后空氣中二氧化碳含量AIA－1204一直控制在1ppm以下，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。分子篩工作周期調(diào)整前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

四、調(diào)整后的效果

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[1]魏東.分子篩純化系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行 [G].中國(guó)工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì)第十一次會(huì)員代表大會(huì)暨2001年年會(huì)論文集.