浅谈降低变压吸附压力波动次数

钟国强

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

中海石油建滔化工有限公司60万t/a甲醇装置于2006年9月建成投产。甲醇装置采用德国LURGI公司甲醇工艺技术，以高二氧化碳、高氮气含量的天然气为原料，经过蒸汽一段转化为适合制甲醇的合成气，再经压缩、合成、精馏等工序产出精甲醇。2018年6月，甲醇一期更换了变压吸附的吸附剂后，变压吸附压力出现波动，严重影响了装置的稳定运行。变压吸附压力波动，造成转化炉燃气背力波动、转化炉温度波动、变压吸附入口压力波动、变压吸附氢气波动和变压吸附尾气波动等，该波动可能会给装置带来跳车的风险。因此，找到故障症结，成为十分重要的问题。

1 运行概况

如图1流程所示，合成回路送往变压吸附的驰放气，从吸附罐底部进入，氢气从罐顶部送出，一部分送往压缩机参与合成反应，一部分送往转化单元加氢。尾气从罐底部送入转化炉作为燃料。变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，所选用的吸附剂为多孔固体物质，具有吸附容量大、解吸性能好、分离系数大、机械强度高等特点。吸附剂都具有较大的比表面积，主要是以比表面对气体分子的物理吸附为基础，并且利用吸附剂在高压下易吸附高沸点组分（CO2），不易吸附低沸点组分（H2、N2和Ar等）和高压下被吸附组分吸附容量增加，低压下被吸附组分吸附容量减小的特征来实现分离[1]。

图1 变压吸附工艺流程

2018年6 月检修后，发现变压吸附压力出现波动，针对变压吸附压力波动的情况，对装置检修前后波动情况进行了统计和对比。

表1 更换前变压吸附压力波动的情况

表2 更换后变压吸附压力波动的情况

如表1、表2所示，在同等负荷下，更换后的波动次数比更换前的波动次数高近30次/d。

2 变压吸附压力波动原因分析

2.1 压缩机入口压力波动

压缩机入口由两种气体来源，一种是前系统转化单元供给的转化气，一种是变压吸附氢气，如果压缩机入口压力波动，将影响变压吸附出口氢气压力，可能对变压吸附压力造成影响。为了保证收集的数据真实有效，通过如下操作，排除其他因素可能带来的干扰：

（1）将前系统转化单元的负荷控制器投手动控制，排除转化气的影响；

（2）将压缩机入口压力控制器投手动控制，排除压缩机本身影响。

表3 压缩机入口压力

如表3所示，压缩机入口压力存在轻微波动现象，可以确认该波动是变压吸附波动影响到压缩机入口压力波动，这条因素可以排除。

2.2 阀门本身波动

变压吸附曾经出现过入口负荷调节阀波动和阀芯脱落等现象，因此将变压吸附入口阀门的实际阀位进行了统计。

表4 变压吸附入口压力和阀门开度

如表4所示，变压吸附压力波动时，入口阀门开度没有波动，并且该阀门一直处于手动控制，这条因素也可以排除。

2.3 合成回路压力波动

变压吸附的气体来源于合成回路，如果合成回路压力波动，将影响变压吸附压力，可能对变压吸附压力造成影响。为了保证收集的数据真实有效，通过如下操作，排除其他因素可能带来的干扰：

（1）稳定合成塔出口温度，保证合成反应稳定。

（2）数据统计期间不调整驰放气流量，稳定变压吸附负荷。

（3）稳定粗甲醇分离罐液位，防止液位波动引起合成回路压力波动。

表5 合成回路压力

如表5所示，合成回路压力比较平稳，这条因素也可以排除。

2.4 吸附剂带液

变压吸附气体如果带液，可能对吸附剂造成损坏，从而影响变压吸附波动。因此对变压吸附入口气体进行了在线分析和手动分析。

表6 合成回路气体组分 %

如表6所示，通过2种分析手段进行分析，发现气体中H2O均未检出，CH3OH甲醇含量存在微量。调取更换新吸附剂之前的分析数据，发现CH3OH都微量的存在。经过咨询厂商，厂商认为微量的CH3OH对吸附剂影响并不大，这条因素也可以排除。

2.5 循环水温度高

调取了变压吸附波动期间循环水给水、回水温度趋势如表7所示，循环水给水温度、回水温度都比较稳定，均在设计值之内，该因素可能对循环量存在很大因素的影响。。

2.6 氢气纯度高

7月2日，16：00—22：00期间，PSA系统是更换吸附剂之后首次出现六塔稳定运行。梳理了和它可能相关的因素，发现变压吸附压力与以下几个方面有关系：

（1）变压吸附稳定期间，六个罐吸附时间都一致。时间不一致后，吸附压力就开始波动。

（2）变压吸附压力从波动到稳定，出口氢气温度总是先升高。

（3）变压吸附氢气纯度在98%～99%左右，吸附压力趋于稳定，高于99%以上开始波动。

如图2、3所示，变压吸附纯度下降后，变压吸附的时间也开始一致，波动开始减小。为了验证答案是否真实，又收集了一些数据，2018年7月3日12：50到2018年7月5日20：00，这期间的吸附时间和氢气纯度跟答案基本一致，该因素可能造成变压吸附压力波动。

图2 氢气纯度下降

图3 变压吸附吸附时间开始一致

3 处理过程

3.1 调整变压吸附操作系数

（1）主控人员调整HC025105操作系数（0.5～1.2），更换之前操作系数控制在0.65左右

（2）增加操作系统是增加吸附时间，氢气纯度下降，氢气流量上升

（3）减少操作系统是减少吸附时间，氢气纯度上升，氢气流量下降

改善前后的对比见图4。

图4 改善前后的对比

表8 调整后变压吸附波动情况

如表8所示，经过调整变压吸附操作系数，氢气纯度从99.9%降至98.3%，波动次数由35次/d降至4次/d，该方法有效地降低了变压吸附压力波动次数。

4 结语

通过对变压吸附操作系数进行调整，变压吸附压力波动次数得到了降低。虽然没有完全解决问题，但是找到了影响它的主要因素。下一步将对变压吸附的操作系统进行更换，彻底解决变压吸附压力波动的问题，为整个装置的安全稳定运行提供了有力保障。