1 　装置存在的问题

1. 1 　吸附剂

我厂PSA 脱碳装置使用的吸附剂为普通市售活性炭,用于PSA 脱碳性能较差,主要表现在以下两方面。

①由于该吸附剂微孔发达而中孔不足,吸附质解吸速度慢,再生时间长。吸附剂再生时间受吸附循环周期长短的限制,无法完全再生。而吸附剂的再生程度决定产品的纯度,也影响吸附剂的吸附能力。

②CO2 、N2 组分间的分离系数小,CO2 、N2 存在共吸附现象,这是N2 损失大的主要原因。

1. 2 　设备

①工艺管道　PSA 装置两塔间均压要求在尽可能短的时间内达到平衡。我厂的装置由于完全套用制氢工艺的设计,工艺管道、程控阀通径均偏小,均压时间长,缩短了吸附剂的再生时间。

②真空泵　变压吸附过程在加压下进行吸附,减压下进行解吸。常用的解吸方法有:降压(通常降至接近大气压) 、抽真空或冲洗。PSA 脱碳吸附剂再生采用降压与抽真空两种再生方法配合实施,而抽真空是吸附剂再生的关键。我厂使用4 台W - 200 往复式真空泵,不仅抽气量不足(2 880 m3/ h) ,且故障多,严重影响吸附剂的再生效果。

③程控阀　程控阀是PSA 装置完成工艺过程的重要部件,也是装置实现正常运转及可靠工作的关键设备。我厂使用的程控阀由于采用齿轮传动,易磨损。轻则开关不到位,重则不动作,严重影响装置的安全和正常运转。

2 　技术改造方案

针对装置存在问题, 结合国内投运的PSA 脱碳装置,我们于1996 年5 月份决定引进6 塔工艺对原4 塔装置进行改造,在提高产量的同时达到进一步提高H2 、N2 收率和彻底解决原装置存在的问题。改造方案为:增加2 台吸附塔;增加2 台2BE1 - 303 水环式真空泵; 程控阀由球阀改为截止阀,通径加大;部分吸附剂更换为硅胶。

3 　生产运行情况

该装置改造于1996 年9 月份考核验收后投产,处理气量为6 000～6 500 m3/ h (标态) ,出口气体中CO2 的体积分数在0. 2 %～0. 4 %之间,H2 和N2 回收率大幅度提高(见表2 ,测定时间为1996 年9 月18 日至11 月27 日) 。装置实现了安全、稳定、高效运行。从表2 与表1 比较表明,改造后比改造前H2 和N2 的损失明显下降,改造是成功的。开车后我们对工艺进行优化,将气体损失降到最低限度。液氨需求量大时,采用原设计的6 塔2 塔吸附、2 次顺放、2 次均压工艺;液氨需求量小时则采用6 塔1 塔吸附、2次顺放、3 次均压工艺。两种工艺各步骤终压力见表3 和表4。

由于运行程序较复杂,针对可能出现的事故隐患,在控制上增设了真空泵跳闸和程控阀不动作两个联锁停车功能。在运行中,一旦出现上述情况,由计算机实现自动停车,确保了装置的可靠及安全运行。改造前、后主要技术经济指标对比见表5 和表6。

改造后装置的生产能力是改造前的2. 55 倍。由于原先的4 台W - 200 真空泵与水环式真空泵不匹配无法使用,1997 年12 月再购1 台2BE1 - 303 水环泵,安装后装置处理气量达7 500～8 000 m3/ h (标态) ,即是改造前生产能力的3. 19 倍。新建同等规模的装置约需投资380 万元,但本装置改造只投入130 万元。提高H2 和N2 的回收率后,可增产液氨309. 27 t/ a[吨氨耗H2 按2 200 m3 (标态) 计] 。年多回收H2 :6 000 ×45 % ×3. 5 % ×24×300 = 680 400 (m3 ,标态)年多回收N2 :6 000 ×18. 6 % ×9 % ×24×300 = 723 168 (m3 ,标态)吨氨电耗下降40. 7 kWh。原装置年产液氨约4 000 t ,年可节电16. 2 万kWh ,电价按0. 05 元/ kWh 计,则每年可节约电费8. 14万元。

5 　小结

双塔吸附改为单塔吸附,空速较大,吸附剂损耗增加。水环式真空泵用水量大,无循环使用造成浪费。部分阀位检测不准,阀门故障时判断难度较大。PSA 脱碳技术工艺简单,自动化程度高,操作成本低,吸附剂寿命长,且操作弹性大。对小氮肥厂副产液氨时,放在变换后与碳化并联,其优越性是其它湿法脱碳方式(如PC法、MDEA 法等) 所不可比拟的。