淺談降低變壓吸附壓力波動次數

鐘國強

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

中海石油建滔化工有限公司60萬t/a甲醇裝置于2006年9月建成投產。甲醇裝置采用德國LURGI公司甲醇工藝技術，以高二氧化碳、高氮氣含量的天然氣為原料，經過蒸汽一段轉化為適合制甲醇的合成氣，再經壓縮、合成、精餾等工序產出精甲醇。2018年6月，甲醇一期更換了變壓吸附的吸附劑后，變壓吸附壓力出現波動，嚴重影響了裝置的穩定運行。變壓吸附壓力波動，造成轉化爐燃氣背力波動、轉化爐溫度波動、變壓吸附入口壓力波動、變壓吸附氫氣波動和變壓吸附尾氣波動等，該波動可能會給裝置帶來跳車的風險。因此，找到故障癥結，成為十分重要的問題。

1 運行概況

如圖1流程所示，合成回路送往變壓吸附的馳放氣，從吸附罐底部進入，氫氣從罐頂部送出，一部分送往壓縮機參與合成反應，一部分送往轉化單元加氫。尾氣從罐底部送入轉化爐作為燃料。變壓吸附技術是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，所選用的吸附劑為多孔固體物質，具有吸附容量大、解吸性能好、分離系數大、機械強度高等特點。吸附劑都具有較大的比表面積，主要是以比表面對氣體分子的物理吸附為基礎，并且利用吸附劑在高壓下易吸附高沸點組分（CO2），不易吸附低沸點組分（H2、N2和Ar等）和高壓下被吸附組分吸附容量增加，低壓下被吸附組分吸附容量減小的特征來實現分離[1]。

圖1 變壓吸附工藝流程

2018年6 月檢修后，發現變壓吸附壓力出現波動，針對變壓吸附壓力波動的情況，對裝置檢修前后波動情況進行了統計和對比。

表1 更換前變壓吸附壓力波動的情況

表2 更換后變壓吸附壓力波動的情況

如表1、表2所示，在同等負荷下，更換后的波動次數比更換前的波動次數高近30次/d。

2 變壓吸附壓力波動原因分析

2.1 壓縮機入口壓力波動

壓縮機入口由兩種氣體來源，一種是前系統轉化單元供給的轉化氣，一種是變壓吸附氫氣，如果壓縮機入口壓力波動，將影響變壓吸附出口氫氣壓力，可能對變壓吸附壓力造成影響。為了保證收集的數據真實有效，通過如下操作，排除其他因素可能帶來的干擾：

（1）將前系統轉化單元的負荷控制器投手動控制，排除轉化氣的影響；

（2）將壓縮機入口壓力控制器投手動控制，排除壓縮機本身影響。

表3 壓縮機入口壓力

如表3所示，壓縮機入口壓力存在輕微波動現象，可以確認該波動是變壓吸附波動影響到壓縮機入口壓力波動，這條因素可以排除。

2.2 閥門本身波動

變壓吸附曾經出現過入口負荷調節閥波動和閥芯脫落等現象，因此將變壓吸附入口閥門的實際閥位進行了統計。

表4 變壓吸附入口壓力和閥門開度

如表4所示，變壓吸附壓力波動時，入口閥門開度沒有波動，并且該閥門一直處于手動控制，這條因素也可以排除。

2.3 合成回路壓力波動

變壓吸附的氣體來源于合成回路，如果合成回路壓力波動，將影響變壓吸附壓力，可能對變壓吸附壓力造成影響。為了保證收集的數據真實有效，通過如下操作，排除其他因素可能帶來的干擾：

（1）穩定合成塔出口溫度，保證合成反應穩定。

（2）數據統計期間不調整馳放氣流量，穩定變壓吸附負荷。

（3）穩定粗甲醇分離罐液位，防止液位波動引起合成回路壓力波動。

表5 合成回路壓力

如表5所示，合成回路壓力比較平穩，這條因素也可以排除。

2.4 吸附劑帶液

變壓吸附氣體如果帶液，可能對吸附劑造成損壞，從而影響變壓吸附波動。因此對變壓吸附入口氣體進行了在線分析和手動分析。

表6 合成回路氣體組分 %

如表6所示，通過2種分析手段進行分析，發現氣體中H2O均未檢出，CH3OH甲醇含量存在微量。調取更換新吸附劑之前的分析數據，發現CH3OH都微量的存在。經過咨詢廠商，廠商認為微量的CH3OH對吸附劑影響并不大，這條因素也可以排除。

2.5 循環水溫度高

調取了變壓吸附波動期間循環水給水、回水溫度趨勢如表7所示，循環水給水溫度、回水溫度都比較穩定，均在設計值之內，該因素可能對循環量存在很大因素的影響。。

2.6 氫氣純度高

7月2日，16：00—22：00期間，PSA系統是更換吸附劑之后首次出現六塔穩定運行。梳理了和它可能相關的因素，發現變壓吸附壓力與以下幾個方面有關系：

（1）變壓吸附穩定期間，六個罐吸附時間都一致。時間不一致后，吸附壓力就開始波動。

（2）變壓吸附壓力從波動到穩定，出口氫氣溫度總是先升高。

（3）變壓吸附氫氣純度在98%～99%左右，吸附壓力趨于穩定，高于99%以上開始波動。

如圖2、3所示，變壓吸附純度下降后，變壓吸附的時間也開始一致，波動開始減小。為了驗證答案是否真實，又收集了一些數據，2018年7月3日12：50到2018年7月5日20：00，這期間的吸附時間和氫氣純度跟答案基本一致，該因素可能造成變壓吸附壓力波動。

圖2 氫氣純度下降

圖3 變壓吸附吸附時間開始一致

3 處理過程

3.1 調整變壓吸附操作系數

（1）主控人員調整HC025105操作系數（0.5～1.2），更換之前操作系數控制在0.65左右

（2）增加操作系統是增加吸附時間，氫氣純度下降，氫氣流量上升

（3）減少操作系統是減少吸附時間，氫氣純度上升，氫氣流量下降

改善前后的對比見圖4。

圖4 改善前后的對比

表8 調整后變壓吸附波動情況

如表8所示，經過調整變壓吸附操作系數，氫氣純度從99.9%降至98.3%，波動次數由35次/d降至4次/d，該方法有效地降低了變壓吸附壓力波動次數。

4 結語

通過對變壓吸附操作系數進行調整，變壓吸附壓力波動次數得到了降低。雖然沒有完全解決問題，但是找到了影響它的主要因素。下一步將對變壓吸附的操作系統進行更換，徹底解決變壓吸附壓力波動的問題，為整個裝置的安全穩定運行提供了有力保障。