变压吸附提纯CO装置技术改造综述

王应喜 许志红 史万义 申岩迎（新乡中新化工有限责任公司，河南新乡453800）

变压吸附提纯CO装置技术改造综述

王应喜 许志红 史万义 申岩迎（新乡中新化工有限责任公司，河南新乡453800）

通过比较变压吸附装置围绕CO产品气降CH4进行的两次技术改造，指出设备的制造和装配质量是PSA装置安全稳定运行的基础，CO/CH4的分离关键在吸附剂筛选。

技术改造；CO产品气降CH4；PU-1A吸附剂

中新化工变压吸附（PSA）装置是新乡乙二醇项目的外围配套装置，主要任务是向下游乙二醇装置提供原料气（CO、H2）。装置由北京北大先锋科技有限公司设计，十一化建负责施工建设，2011年3月开始施工，2012年3月首次试车。

装置设计处理气量79200Nm3/h，CO产品气22000 Nm3/h，H2产品气42000 Nm3/h。

1 改造前PSA装置运行情况

1.1 原始设计参数：

组分气流名称CO250ppm原料气79184.1单位产品H2产品CO CO 30.5 24156 98 21560 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h 1.1 871.2 0.75 165 0.1 42 68.32 54109.4 1.13 248.6 99.9 41958 N2 H2 CH40.06 47.5 0.12 26.4合计22000 42000

1.2 技术改造前实际运行效果

项目CO产品气N2% CO% CH4% H2%原料气平均值0.98 29.53 0.43 69.02最大值8.11 32.99 1.07 71.87最小值0.42 24.75 0.20 65.51平均值0.64 97.74 1.13 0.46最大值1.58 99.03 2.83 0.88最小值0.19 96.00 0.50 0.20

1.3 试生产阶段存在问题与原因分析

（1）产品气甲烷含量高。主要原因是原料气中CH4含量与设计条件相差较大，设计值0.06%，实际值0.43%，导致CO产品气未能达到设计技术要求。

（2）吸附剂泄漏；主要原因是吸附塔下分布器制造、装配存在缺陷，生产过程中吸附剂泄漏，导致程控阀内漏，影响装置安全稳定运行。

2 首次技改情况

2013年3月委托四川某公司围绕产品气降CH4对变压吸附装置进行技术改造。

2.1 首次技改主要内容：

（1）预处理工序将变温吸附改为常温变压吸附，将吸附剂全部更换为脱CH4专用吸附剂。

（2）CO提取工序取消原设计均压限流调节阀，将原设计五塔吸附流程改为2塔吸附2塔串吸流程；更换部分脱CH4专用吸附剂。

2.2 首次技术改造后装置运行情况

（1）首次技术改造设计参数

组分气流名称单位H2产品CO原料气产品H265 53033.5 0.01 2.2 99.9 48871.1 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h 2447.7 0.19 41.8 0.085 41.58 3 CO 31.5 25700.9 99.3 21846 0.005 2.45 CH40.5 407.95 0.5 110 0.01 4.89 N2 100 81590 100 22000 100 48920合计

（2）首次技术改造后实际运行效果

项目CO产品气N2% CO% CH4% H2%项目最大值4.85 34.77 1.09 71.62平均值0.69 97.69 0.82 0.68最大值2.07 98.71 2.26 7.94 CO产品气最小值0.21 90.50 0.21 0.21 N2% CO% CH4% H2% 2013年5月份运行数据原料气平均值1.35 30.38 0.36 67.84 2013年8月份运行数据原料气平均值0.75 31.66 0.33 66.98最小值0.70 26.86 0.15 62.81最大值1.39 33.58 0.58 69.05最小值0.55 29.46 0.21 62.19平均值0.78 97.81 1.08 0.24最大值0.96 98.89 2.00 0.39最小值0.61 96.81 0.78 0.10

3 首次技术改造后存在的问题分析

(1)从统计数据看，CO产品气中CH4含量没有明显降低，不能满足下游生产技术要求。

(2)预处理装置由变温吸附改为变压吸附后，吸附剂吸附甲醇后无法彻底再生，穿透至CO提取工序导致吸附剂性能下降；同时均压管线布局不甚合理，均压速度过快，也在一定程度上加剧吸附剂粉化影响吸附剂性能。

(3)吸附塔下分布器仍然存在吸附剂泄漏。

4 第二次技术改造情况

4.1 第二次技术改造主要内容

（1）恢复预处理工序北大先锋原设计，更换全部吸附剂。

（2）PSA-CO工序在原北大先锋设计的基础上，增加两台吸附塔；塔顶增加一条均压管道，底部增加一条置换气管道，增加吸附剂还原管线，调整装置各步骤的时序。

（3）PSA-CO工序吸附剂全部更换为PU-1A吸附剂（铜基吸附剂），PSA-H2吸附剂重新返厂活化。

（4）按原北大先锋设计整改吸附塔下分布器。

4.2 第二次技术改造设计参数

气流名称单位产品CO H2原料气产品H267.5 42862.5 0.5 88 99.9 35164.8 v% Nm3/h v% Nm3/h v% Nm3/h CO 30.5 19367.5 99.3 178476.8 10ppm N2+Ar 1.5 952.5 0.1 17.6 0.1 35.2组分合计CH40.5 317.5 0.1 17.6 100 63500 100 17600 100 35200

4.3 第二次技术改造后运行效果

项目CO产品气2017年3月份运行数据（生产负荷60%）原料气N2% CO% CH4% H2%平均值1.073 29.96 0.26 65.72最大值3.44 32.98 0.55 67.57最小值0.65 20.05 0.07 62.39平均值0.17 99.31 0.13 0.35最大值0.37 99.45 0.26 0.65最小值0.09 98.50 0.07 0.23

从运行数据可以看出，PU-1A对CO具有优良的选择性，随着下游装置生产负荷逐渐提升，将在满负荷状态下对吸附剂性能进行进一步测试，不断积累生产经验，为公司创造更大的经济效益。

5 结语

(1)设备的制造和装配质量是PSA装置安全稳定运行的基础，尤其是底部分布器，顶部格栅板等关键部位的装配质量对装置的安全稳定运行至关重要。

(2)CO产品气的质量受原料气质量、吸附剂的选择、系统的运行工况等多种因素影响，其中吸附剂的选择是最为关键的因素。

(3)均压管线的合理配置，可以合理控制均压速度，延长吸附剂的使用寿命，对程控阀的严密性、检修周期和产品气纯度都有积极的影响，最为重要的是提高了系统运行的可靠性。

[1]《以PU-1为吸附剂的变压吸附分离CO新技术》；耿云峰、谢有畅等；2004中国煤炭加工与综合利用战略研讨会论文集.

[2]《变压吸附分离CO技术及其在羰基工业的应用》；耿云峰、唐伟等；第十五届全国化肥-甲醇技术年会.