甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化與改進

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(河南能源化工集團 煤氣化公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化與改進

舒萬春，劉珍，馬英麗

(河南能源化工集團煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬472300)

針對甲醇弛放氣提氫裝置在生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的問題，提出了優(yōu)化與改進措施，保障了裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。

甲醇弛放氣 ； 提氫 ； 改進 ； 優(yōu)化

0 前言

義馬氣化廠甲醇弛氣提氫裝置采用膜分離與變壓吸附串聯(lián)提氫技術，提取純度99.9%，氫氣用于12萬t/a甲醇合成氨裝置。膜分離裝置采用甲醇裝置弛放氣作為原料氣，利用膜堆(高分子聚合物)選擇滲透進行氣體分離，分離后的滲透氣進入變壓吸附裝置，非滲透氣返回前系統(tǒng)回收利用。膜分離裝置滲透氣進入變壓吸附裝置，利用吸附劑選擇吸附原理實現(xiàn)氣體分離，分離后純度99.9%的氫氣送去合成氨，解吸氣回收壓縮后返回甲醇合成裝置。提氫裝置在生產(chǎn)運行過程中暴露出很多問題，為此對裝置進行優(yōu)化改進，實現(xiàn)裝置經(jīng)濟、安全、平穩(wěn)的運行。

1 裝置的工藝流程

甲醇弛放氣提氫裝置包含的工段主要有：膜分離、變壓吸附及解吸氣壓縮，以下針對各工段工藝流程進行簡介。甲醇弛放氣提氫裝置流程簡圖如圖1所示。

圖1 甲醇弛放氣提氫裝置流程簡圖

1.1 膜分離流程概述

來自甲醇裝置的(4.6 MPa、40 ℃)弛放氣進入膜分離工段的高壓水洗塔，經(jīng)高壓水泵加壓后的脫鹽水進行洗滌，將弛放氣中醇含量降至200×10-6以下，3臺高壓水泵2開1備。塔底含醇水送入甲醇常壓精餾塔。

弛放氣離開水洗塔攜帶有少量的液沫，經(jīng)氣液分離器進行分離后，再進入加熱器，將氣體升溫至50 ℃，可避免水蒸氣在膜分離器滲透側濃縮后凝結，影響膜分離的使用壽命；經(jīng)過4組膜分離器，在膜組的滲透側得到的富氫氣，送入變壓吸附裝置；而非滲透氣側得到的氣體返回前系統(tǒng)。

1.2 變壓吸附流程概述

膜分離滲透氣進入變壓吸附裝置，經(jīng)過原料氣冷卻器，溫度由50 ℃降到40 ℃后，進入吸附塔，采用主工藝流程為10-2-5/P(10臺吸附塔其中2臺吸附塔處于吸附狀態(tài)，進行5次均壓，連續(xù)沖洗工藝流程)，經(jīng)過吸附、均壓、順放、逆放、沖洗和升壓等步序，在吸附塔上部得到H2≥99.9%、CO+CO2≤10×10-6的產(chǎn)品氫氣，吸附塔底部得到吸附尾氣，經(jīng)解吸氣壓縮機加壓后送至甲醇合成裝置。

2 存在問題及原因分析

甲醇弛放氣提氫裝置在試車及正常生產(chǎn)運行過程中暴露出很多問題，以下針對這些問題進行原因分析，以便探討出有利于裝置平穩(wěn)、高效運行的優(yōu)化與改進措施。

2.1 變壓吸附程控閥故障導致膜分離聯(lián)鎖跳車

變壓吸附裝置采用膜分離裝置滲透氣作為原料氣，在日常生產(chǎn)中，因變壓吸附程控閥故障率較高，程控閥出現(xiàn)故障后易發(fā)生高、低壓竄氣，又因現(xiàn)場滲透氣外送閥為DN250截止閥，無法及時隔離，導致膜分離滲透氣壓力將急劇下降，膜分離裝置因膜組壓差高聯(lián)鎖跳車無法避免，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2 膜分離高壓水泵頻繁故障

高壓水泵是膜分離裝置中唯一的動設備，采用德國進口的柱塞泵，易損耗備件費用高。運行期間高壓水泵振動大，泵出口流量波動大，泵出口壓力表及安全閥頻繁故障，泵體頻繁檢修。經(jīng)過排查分析高壓水泵原設計入口管徑小，2臺泵同時運行時無法滿足入口吸入脫鹽水量，造成高壓水泵振動大。

2.3 膜分離非滲透氣帶液

膜分離非滲透氣經(jīng)過緩沖罐穩(wěn)壓緩沖后送入甲醇合成，由于非滲透氣帶液，且非滲透氣緩沖罐氣體入口位于罐底，造成罐底積液易隨罐頂出口氣體帶走，導致液體無法分離出來，造成去甲醇合成裝置的氣體帶液嚴重，影響了煤氣壓縮機的穩(wěn)定運行，而且縮短了脫硫劑及甲醇催化劑的使用壽命。

2.4 變壓吸附解吸氣放空

由于變壓吸附程控程序時間調(diào)整問題及2臺回收解吸氣壓縮機有限打氣量的制約，造成解吸氣壓力、氣量頻繁波動，導致解吸氣頻繁間歇放空，裝置煤氣利用率低，造成能源浪費。

2.5 變壓吸附原料氣帶液

由于膜分離裝置的滲透氣經(jīng)過高壓水洗塔洗醇后進入變壓吸附裝置，導致滲透氣挾帶部分飽和水蒸氣，再經(jīng)過變壓吸附裝置經(jīng)原料氣冷卻器冷卻后會導致部分液體冷凝，造成變壓吸附原料氣管線帶液，會縮短吸附劑的使用壽命，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時造成后續(xù)回收氣壓縮機帶液嚴重，故障頻率高，影響裝置安全穩(wěn)定運行。

3 優(yōu)化與改進措施

3.1 膜分離運行優(yōu)化

針對變壓吸附程控閥故障導致膜分離聯(lián)鎖跳車問題制定以下優(yōu)化改進措施：①加強對變壓吸附程控閥巡檢維護與日常保養(yǎng)力度，利用計劃檢修機會，對程控閥進行檢查與隱患排查，及時更換存在缺陷的閥門；加強對崗位人員的操作技能培訓，提高操作人員快速判斷程控閥故障原因及消除故障的能力，減少竄壓事故的發(fā)生；②對膜分離滲透氣管線進行技術改造：在滲透氣去變壓吸附界區(qū)閥后，增設調(diào)節(jié)閥組(PIC619A02)至火炬系統(tǒng)，控制滲透汽壓力PI619A02。在新設PIC619A02調(diào)節(jié)閥組后，變壓吸附界區(qū)閥前增設調(diào)節(jié)閥組，控制變壓吸附原料氣壓力。若變壓吸附原料氣壓力急劇下降(程控閥故障時)，低于2.0 MPa時，動作全關。

改進后，若變壓吸附程控閥出現(xiàn)故障，新增的變壓吸附原料氣壓力調(diào)節(jié)閥組和滲透氣壓力調(diào)節(jié)閥組，可有效地將變壓吸附與膜分離裝置進行隔離，避免滲透氣壓力急劇下降時導致膜組跳車。

3.2 膜分離高壓水泵運行優(yōu)化

對膜分離3臺高壓水泵入口管線進行改造，將DN25入口管線統(tǒng)一改造成DN50的管線，并且在入口管線上安裝入口濾網(wǎng)，避免雜物進入造成泵的堵塞。

改進前，高壓水泵檢修頻繁，備件損耗嚴重，平均每2個月檢修1次，每次需更換單向閥和密封件共計約3萬元。改進后，高壓水泵打液量平穩(wěn)，泵體振動小，運行周期加長，有效地減少了高壓水泵運行的維護成本。

3.3 膜分離非滲透氣減少帶液改進

針對這種情況，對非滲透氣緩沖罐進行技術改造：在非滲透氣罐底氣體分布器上距離罐壁650 mm處增加一圈高300 mm的圍堰，將沉降在罐底的積液存在圍堰內(nèi)，有效防止積液再次被入罐氣體吹走；在圍堰底部開孔增加導液管，導液管引至罐底氣體入口管導淋處，將積液排出，實現(xiàn)氣液分離效果。

改造后，非滲透氣緩沖罐實現(xiàn)了氣液分離效果，基本解決了去甲醇合成裝置氣體帶液的問題，避免對后續(xù)裝置造成不良影響。改造前甲醇合成裝置入口氣體排液量每天約300 kg，改造后甲醇合成裝置入口氣體基本不再帶液，甲醇合成裝置的煤氣壓縮機的檢修頻率由原來的2個月1次降為目前的6個月1次，甲醇脫硫劑及催化劑也得到有效保護，延長使用時間約1年，另外也大大減輕了崗位人員的勞動強度。

3.4 變壓吸附減少解吸氣放空改進

為減少解吸氣放空，提高裝置煤氣利用率，針對解吸氣放空問題制定以下優(yōu)化改進措施：①優(yōu)化變壓吸附操作，調(diào)整逆放前期時間，使吸附塔逆放和沖洗步序平穩(wěn)進行，避免解吸氣波動過大；②回收氣一級氣缸增加25%負荷，提高回收氣壓縮機的打氣量，減少解吸氣放空；③對解吸氣緩存能力進行技術改造，再增加2臺解吸氣緩沖罐，提高解吸氣的緩存能力，減少解吸氣壓力波動。

改進后，有效地降低了變壓吸附解吸氣的放空次數(shù)，提高裝置煤氣利用率0.15%，減少能源浪費。改造前，每日解吸氣放空次數(shù)約200次；改造后，基本控制住解吸氣放空，每次放空量約20 m3，按每年運行8 000 h計算，每年可減少解吸氣放空320萬m3。

3.5 變壓吸附原料氣減少帶液改進

針對變壓吸附原料氣帶液問題制定以下優(yōu)化改進措施：①膜分離裝置負荷低時，減少弛放氣洗醇的脫鹽水量；②在變壓吸附原料氣冷卻器后增加氣液分離裝置，用于分離原料氣中的水。

改進后，變壓吸附原料氣經(jīng)過氣液分離，大大減少帶液量，避免液擊對回收氣壓縮機運行的影響，減少回收氣壓縮機的檢修頻率，單臺壓縮機每年可節(jié)約10萬元設備運行維護成本，而且有效保護變壓吸附吸附劑，延長吸附劑的使用壽命。

4 結束語

通過對甲醇弛放氣提氫裝置的優(yōu)化及改進，可以對生產(chǎn)中不合理問題加以解決，保障裝置的經(jīng)濟、有效、安全、穩(wěn)定運行。同時還可以對生產(chǎn)成本進行降低，提高資源的有效利用率，也減少了生產(chǎn)過程中的不安全因素，得到了良好的經(jīng)濟效益和安全效益。但是在甲醇弛放氣提氫生產(chǎn)過程中，仍然有許多優(yōu)化改進措施需要工藝人員不斷深入探索。

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2017-05-06

舒萬春(1986-)，男，助理工程師，從事化工生產(chǎn)技術管理工作，電話：13839854987。