銅吸附劑在變壓吸附CO分離中的應(yīng)用總結(jié)

張國義，崔曉錦，趙軍龍，李曉霞，張明濤，張澤原

(甘肅銀光聚銀化工有限公司, 甘肅白銀 730900)

甘肅銀光聚銀化工有限公司氣體制造廠(以下簡稱聚銀公司)新建1套水煤氣處理能力為8 500 m3/h(標(biāo)態(tài))的變壓吸附(PSA)生產(chǎn)裝置，分離提純CO和H2(體積流量分別為1 500 m3/h和4 000 m3/h，標(biāo)態(tài))。該PSA裝置自開車以來，制CO工序一直運行不穩(wěn)定，CO產(chǎn)品氣中CH4和N2頻繁超標(biāo)，質(zhì)量合格率較低。這不僅影響后工序的穩(wěn)定生產(chǎn)，而且CO回收率低導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，成為制約高負荷、安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的瓶頸。為此，對制CO工序進行了研究分析，利用最短的時間和最低的投入進行優(yōu)化改造，提高了生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本。

1 技改方案的確定

原PSA裝置制CO工藝采用6臺吸附器，吸附劑為5A分子篩，6臺吸附器中的2臺同時進料，采用兩步置換和抽空解析工藝[1]。因5A分子篩對原料氣中的CH4、N2和H2分離效果差，造成前端工藝調(diào)整彈性受限、損失增加，導(dǎo)致后段產(chǎn)品質(zhì)量合格率低、收率低、廢氣量大、生產(chǎn)成本增加。

為此，聚銀公司對多家CO生產(chǎn)企業(yè)和PSA設(shè)計企業(yè)進行詳細考察、調(diào)研，并對改造工藝的先進性、投資回報期、生產(chǎn)成本等因素反復(fù)論證和對比，結(jié)合企業(yè)自身特點，決定利用CO專用銅吸附劑對原工藝進行優(yōu)化改造。

該技術(shù)方案具有改造周期短、操作安全穩(wěn)定、有效組分回收率高、產(chǎn)品氣純度高、產(chǎn)品氣質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢。

2 方案的實施

將原5A分子篩吸附劑更換為CO專用銅吸附劑，并對工藝流程進行相應(yīng)改造。因CO專用銅吸附劑具有在一定溫度下對CO吸附強且較穩(wěn)定的特點，同時對CO、CH4、H2和N2分離系數(shù)大。故在入口管線增設(shè)加熱器提高溫度，并增加5臺真空泵以提高真空度，保證CO完全解析。此外，在出口管線增設(shè)冷卻器，同時對PSA時序進行相應(yīng)優(yōu)化[2-3]，以實現(xiàn)CO自身置換及吹掃再生，提高吸附劑再生效果和氣體回收利用效果。

2.1 工藝參數(shù)

(1)原料氣組分見表1。

(2)控制溫度：60～90 ℃。

(3)壓力：0.5～0.8 MPa。

(4)處理氣量：8 500 m3/h(標(biāo)態(tài))。

2.2 工藝流程

改造前工藝流程簡圖見圖1，改造后工藝流程簡圖見圖2。

圖1 改造前流程圖

圖2 改造后流程圖

3 實施效果

因CO專用銅吸附劑在670℃左右對CO2、CH4等氣體吸附力小，在吸附過程中就能分離脫除，不影響產(chǎn)品氣純度。前段脫碳工序出口氣體中原CO2體積分數(shù)為<0.3%，現(xiàn)可提高至0.6%。在滿負荷工況下，CO和H2體積流量可分別達到1 988 m3/h(標(biāo)態(tài))和4 200 m3/h(標(biāo)態(tài))，脫碳回收率>82%，CO回收率>80%，H2回收率>91%，總回收率>80%，產(chǎn)品氣CO和H2質(zhì)量合格率達100%。

改造后負荷率從60%提高至100%，見表2。

表2 改造前后負荷率對比

CO產(chǎn)品氣質(zhì)量指標(biāo)合格率為100%，H2產(chǎn)品氣質(zhì)量指標(biāo)合格率為100%。

CO專用銅吸附劑與5A分子篩性能對比，見表3。

表3 CO專用銅吸附劑與5A分子篩對比

4 效益分析

改造后，生產(chǎn)線操作彈性明顯增大，前段脫碳工序回收率大幅提高，在同等產(chǎn)品氣量下，大幅降低了水煤氣消耗，年節(jié)約費用為400萬～500萬元[4]；在提高產(chǎn)品質(zhì)量合格率的同時，大大減少停車損失和水煤氣排放量，既保護了環(huán)境又提高了生產(chǎn)效率。

5 創(chuàng)新點

在液態(tài)溶劑分離制CO工藝基礎(chǔ)上改為固體分離技術(shù)，可避免因深冷法分離和液態(tài)溶劑法帶來的設(shè)備投資大、占地面積大、操作復(fù)雜、生產(chǎn)成本費用高、管道設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、環(huán)境污染等缺點。采用國內(nèi)外廣泛使用的PSA工藝，具有投資少、占地面積小、設(shè)備管道布置緊湊、操作強度低、自動化程度高等優(yōu)點。同時，大幅度提高了產(chǎn)品收率和純度，改變了國內(nèi)PSA工藝CO收率不足60%的現(xiàn)狀；明顯降低了單位CO的生產(chǎn)成本，提升PSA分離CO裝置的運行效率。

6 結(jié)語

改造后，產(chǎn)品氣質(zhì)量合格率達100%，CO純度>99.2%，CH4含量為0，脫碳凈化氣中CO組分比原先高出4%～5%，CO體積流量平均增加400 m3/h，H2體積流量平均增加150 m3/h，產(chǎn)量、回收率明顯提高，成本明顯下降，工藝運行更加穩(wěn)定。目前，公司新建一套采用CO專用銅吸附劑提純CO的更大規(guī)模PSA裝置，一次投產(chǎn)成功并取得良好效益。