第2期張俊慶等:SA技術(shù)在大慶甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用51PSA技術(shù)在大慶甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用張俊慶劉成河大慶油田甲醇廠二甲醇車間大慶163411)摘要以天然氣為原料的大慶油田甲醇廠10萬ta甲醇裝置利用變壓吸剛A肢術(shù)聯(lián)產(chǎn)氫氣通過對PSA工藝過程的改造和完善提高了聯(lián)產(chǎn)氫氣的質(zhì)量和產(chǎn)量并優(yōu)化了甲醇生j關(guān)鍵詞甲醇?xì)錃饴?lián)產(chǎn);SA技術(shù)擾化中圖分類號:mQ21文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號:1001-92192004)2-51-040前言雜質(zhì)組分提高吸附壓力是為了提高雜質(zhì)組分的分壓從而提高了吸附劑對雜質(zhì)組分的吸附能力泜壓天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制備生產(chǎn)甲醇用的合成氣轉(zhuǎn)下進(jìn)行雜質(zhì)組分的解吸和吸附劑的再生盡量降低化氣中氫含量明顯過剩影響合成反應(yīng)的合理優(yōu)化。吸附劑再生壓力是為了盡量減少雜質(zhì)在吸附劑上的為解決這一不足,一般采用聯(lián)產(chǎn)氫氣工藝方法、加殘余吸附量。兩個(gè)壓力之間的差值越大獲得的氫CO的一段轉(zhuǎn)化法、加純氧的二段轉(zhuǎn)化法等手段進(jìn)氣純度越高氫氣回收率也更高。行調(diào)節(jié)。聯(lián)產(chǎn)氫氣的甲醇生產(chǎn)工藝方法是以一段蒸PSA技術(shù)的工藝控制步驟按照運(yùn)行模式分為多汽轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)化氣為原料利用變壓吸附(PA技術(shù)種。本裝置采用以6-2-3運(yùn)行方式此運(yùn)行模式制取氫氣作為甲醇裝置的副產(chǎn)品外輸同時(shí)將制氫下同時(shí)有二臺吸附器處于吸附步驟其余四臺吸附系統(tǒng)的釋放氣返回甲醇合成系統(tǒng)用以補(bǔ)充甲醇生器處于再生的不同過程而每臺吸附器都經(jīng)歷相同產(chǎn)過程中所缺碳源。作為一套生產(chǎn)裝置的兩種產(chǎn)的步驟不過在執(zhí)行時(shí)間上相互錯(cuò)開保證原料氣不品氳氣產(chǎn)量與甲醇產(chǎn)量相互影響主副產(chǎn)品的配比斷輸入氳氣不斷輸出。每一個(gè)吸附器在一次循環(huán)直接影響整套裝置的能耗和經(jīng)濟(jì)效益。在保證甲醇中需經(jīng)歷吸敗A一均ED人三均降E2D)順主產(chǎn)品正常生產(chǎn)的前提下通過優(yōu)化調(diào)整變壓吸附放P三均降(E3D入逆放(D入沖洗(P三均升制氫系統(tǒng)提高氫氣的產(chǎn)量和質(zhì)量同時(shí)優(yōu)化調(diào)整生(E3R二均升E2R隔離)-均刑ER)最終產(chǎn)甲醇所用工藝氣的HC比以使裝置的經(jīng)濟(jì)效升氐(R12個(gè)步驟依靠56個(gè)程控閥的定時(shí)切益達(dá)到最大化換來實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)過程。保證氬氣的生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行。典型的PSA系統(tǒng)運(yùn)行方式見表1。1A裝置的生產(chǎn)原理表1典型的A系統(tǒng)運(yùn)行方式在傳統(tǒng)的一段蒸汽轉(zhuǎn)化法中轉(zhuǎn)化壓力一般為Table 1 The typical running mode of PSA system1.5~2.0MPa出口甲烷一般為3.0%~3.5%。出口運(yùn)行方式在線吸附器數(shù)同時(shí)吸附器數(shù)均壓次數(shù)吸附器再生方式轉(zhuǎn)化氣的HC比R=n(H2-CO2)n(CO+CO2)值6236逆放、沖洗為2.9左右。利用此轉(zhuǎn)化氣的一部分作為原料氣逆放、沖洗經(jīng)過FSA系統(tǒng)生產(chǎn)純氫氣作為副產(chǎn)品同時(shí)將變壓中國煤化工逆放、沖洗吸附產(chǎn)生的釋放氣富含CO+CO胙作為碳源補(bǔ)回合CNMHG成工藝回路之前與轉(zhuǎn)化氣匯合可以使合成新鮮氣2影啊制雖余猶生廣的因素的H/C比約等于2.1~2.2符合甲醇合成反應(yīng)的需2.1生產(chǎn)操作的基本原則作為甲醇裝置的副產(chǎn)品氫氣產(chǎn)品的產(chǎn)量調(diào)整PSA冠程柄個(gè)壓力等級下運(yùn)行高壓下吸附主要是以調(diào)整甲醇合成反應(yīng)的HC比為目的同天然氣化工2004年第29卷時(shí)因市場因素也可以反過來在優(yōu)化甲醇合成反空速是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積的催化劑所通應(yīng)的前提下以提高氬氣產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量為目的。過氣體體積數(shù)對于制氫吸附過程實(shí)際的原料氣處即通過HC比在一定幅度方面的調(diào)整保持甲醇產(chǎn)理量代表了一定的空速其符合以下公式量和氫氣產(chǎn)量的合理配比以適應(yīng)市場的需要達(dá)到吸附時(shí)間=設(shè)計(jì)負(fù)荷ⅹ220/實(shí)際的處理量最大程度的獲利目的。每一套甲醇聯(lián)產(chǎn)氫氣的生產(chǎn)從上述公式可以看出制氫系統(tǒng)的實(shí)際處理量裝置因工藝路線不同操作條件不同調(diào)整方法各有(即空速決定于設(shè)定的吸附時(shí)間。吸附時(shí)間是根據(jù)千秋但通過對ⅨSA制氬系統(tǒng)的優(yōu)化操作,調(diào)整甲工藝需要設(shè)計(jì)的是制氬工藝調(diào)整的主要手段。吸醇產(chǎn)量和氫氣產(chǎn)量的合理配比是優(yōu)化生產(chǎn)操作的附時(shí)間=2×(E+E2+PP)吸附時(shí)間的調(diào)整一般基本原則。這也是保證氫氣產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的基本通過調(diào)整PP時(shí)間來進(jìn)行生產(chǎn)原則。在一定條件下吸附時(shí)間與流量和壓力成線性比2.2影響氫氣生產(chǎn)的基本因素例關(guān)系制氫系統(tǒng)的生產(chǎn)能力主要決定于兩個(gè)方面氫0=n×c%×t氣產(chǎn)量與質(zhì)量這兩個(gè)因素相互制約在特定的工藝式中:Q-雜質(zhì)吸附量;-原料氣流量;c%-雜質(zhì)條件下一般成反比例關(guān)系含量-吸附時(shí)間1溫度影響在吸附過程中,原料氣中的強(qiáng)吸附組份COⅣSA是一純物理過程吸附現(xiàn)象主要決定于氣CO2、N、C、HO、硫化物等被選擇性地吸附在吸附體本身的分子特性溫度對物理吸附現(xiàn)象有一定的劑上并隨吸附時(shí)間的增加吸附前沿逐漸向吸附器影響。在一定的祭件下溫度與吸附能力成反比。出口端推移弱吸附組份氬流出吸附器此時(shí)吸附前對于以轉(zhuǎn)化氣為原料氣的制氬變壓吸附系統(tǒng)溫度沿至塔出口端之間還有一段吸附劑未使用。吸附時(shí)變化不大不是影響制氫系統(tǒng)吸附能力的主要控制間的調(diào)整直接代表了制氫系統(tǒng)的生產(chǎn)能力,同時(shí)間因素在一定的條件下(溫度不宜定得太高)可以忽接決定了其它各塔的部分步驟時(shí)間見表2)影響略不計(jì)。氫氣產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量2.2.2壓力影響2.2.5氣體成分影響操作壓力吸附壓力)提高有利于吸附過程向良好的氣體成份是保證制氫系統(tǒng)正常進(jìn)行的正方向移動更有利于氫氣與其它雜質(zhì)的分離。但個(gè)重要條件。氣體成分與制氫系統(tǒng)的收率密切相提高壓力也有下述3個(gè)缺點(diǎn)關(guān)。對于以轉(zhuǎn)化氣為原料氣的變壓吸附系統(tǒng)分子1湜提高了壓縮機(jī)等的動力消耗篩、AlO3及活性炭3種吸附劑的裝填高度具有一定2影響前部轉(zhuǎn)化及合成工序的正常生產(chǎn);的比例此比例主要是由轉(zhuǎn)化氣中的一氧化碳、二氧3)從一定的程度上增加設(shè)備磨損化碳、氫氣的含量來決定的。不同的轉(zhuǎn)化氣體成分吸附壓力應(yīng)該設(shè)定在一合理的范圍之內(nèi)。吸附對應(yīng)不同吸附劑裝填高度和裝填比例。器處于吸附步驟時(shí),只有在吸附壓力下才能滿足吸2.2.6工藝過程控制設(shè)計(jì)因素影響附劑吸附雜質(zhì)的要求。若吸附壓力偏低,吸附劑吸變壓吸附的工藝過程的調(diào)整主要是通過程序附雜質(zhì)的能力也降低不能保證提取的氬氣純度和設(shè)計(jì)時(shí)間來控制各步驟的程序時(shí)間設(shè)計(jì)及調(diào)整是裝置處理能力因此處于吸附步驟的吸附器壓力要否合理直接影響氬氣產(chǎn)品的質(zhì)量和純度。以六塔求相對穩(wěn)定三均工藝過程為例每一個(gè)吸附器在一個(gè)周期內(nèi)要2.2.3吸附劑的影響經(jīng)歷1個(gè)運(yùn)行步驟這所有的12個(gè)步驟工藝設(shè)計(jì)制氫吸附劑分子篩對水、二氧化碳雜質(zhì)氣體吸是否中國煤化于并依次進(jìn)入下一次循附能力強(qiáng)不易解吸易產(chǎn)生積累因此影響了分子環(huán)CNMHG能夠連續(xù)進(jìn)行。此12篩的使用壽命。一般同時(shí)配備AlO3及活性炭吸附個(gè)運(yùn)行步驟的程序設(shè)計(jì)時(shí)間一般如表2所示。但是劑保護(hù)分子篩吸附劑。如這3種吸附劑有一種損實(shí)際應(yīng)用到各裝置時(shí)因?qū)嶋H工藝條件的變化程序壞或部分失活將大大降低制氬系統(tǒng)的生產(chǎn)能力?？刂频臅r(shí)間需要重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以適合氫氣產(chǎn)2.2.4空速影品的質(zhì)量和純度的要求。第2期張俊慶等:SA技術(shù)在大慶甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用53在吸附過程的調(diào)節(jié)中順放、終充過程的設(shè)計(jì)是此外在變壓吸附的順放過程和終充過程的工藝保證氫氣產(chǎn)量、質(zhì)量和收率的關(guān)鍵,它也是優(yōu)化FSA設(shè)計(jì)中為了更合理的控制吸附過程和吸附劑的再工藝系統(tǒng)的主要途徑。順放過程的工藝控制直接決生效果還可通過將順放、終充調(diào)節(jié)閥線性調(diào)整的方定吸附劑的再生效果及氫氣的質(zhì)量和收率。方法一法進(jìn)一步使流量變化均勻達(dá)到提高氫氣產(chǎn)量和質(zhì)般有以下幾種:一是順放壓差的調(diào)整,△P=E2-量的目的。具體方法是通過設(shè)計(jì)b值和k值按照PP,般△P控制在0.2MPa左右。順放壓差主要y=b+k(y代表閥門開度,代表時(shí)間,bk代表是通過順放調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)整的。二是順放時(shí)間可變系數(shù))公式設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥門的開度將調(diào)節(jié)閥開度的設(shè)定順放工藝時(shí)間的設(shè)定一般根據(jù)吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與程序時(shí)間設(shè)計(jì)緊密結(jié)合通過儀表自動的控生產(chǎn)規(guī)模、吸附劑情況及其它工藝條件計(jì)算而來。制完成在流量均勻狀態(tài)下的順放和終充過程。三是順放壓降的設(shè)定。順放過程是否均勻是衡量2.2.7其它因素影響個(gè)制氫系統(tǒng)工藝調(diào)整是否合理的重要標(biāo)志。而終充在氫氣生產(chǎn)中除上述幾大因素外還有水冷效過程是直接決定吸附劑的沖洗效果的關(guān)鍵步驟,它率分離效率分離器液位閃蒸槽液位與壓力及其的過程設(shè)計(jì)與順放過程類似終沖時(shí)間的調(diào)整直接它諸因素在實(shí)際生產(chǎn)中,但對這些因素加以忽決定FSA系統(tǒng)的產(chǎn)品氫氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。視其就可能上升為主要因素表2典型的6-2-3運(yùn)行方式工藝步驟表Table 2 Working procedure of PSA system for typical 6-2-3 running mode步序時(shí)間/s303030303030303030303030303030303030303030ID E2D PPB床EIRAEIDE3D DP E3R E2R ISE3R E2RISEIRElD E2DD床E3DDP E3R E2R ISFREID E2D PPE床EDE2DPE3D DEIRFR床EID E2D PPP E3R E2R IS El3A裝置運(yùn)行情況間、二均時(shí)間及順放時(shí)間保證吸附過程中壓力升降均勻、合理外送氫氣壓力平穩(wěn)吸附劑再生徹底大慶油田甲醇廠10萬t/a甲醇聯(lián)產(chǎn)7000Nm3h4珈加強(qiáng)對崗位人員的培訓(xùn)請專家針對實(shí)際操氬氣裝置制氫系統(tǒng)采用西南院變壓吸附技術(shù)利用作進(jìn)行講課強(qiáng)化了技術(shù)人員及操作人員的理論水轉(zhuǎn)化氣做原料所產(chǎn)氬氣供應(yīng)煉化公司及本廠合成平并規(guī)范了操作方法制定了完善的、具有實(shí)際指氨裝置。該裝置1998年投產(chǎn)。在開車運(yùn)行過程中導(dǎo)生產(chǎn)操作意義的《制氫操作法》。西南院變壓吸附所有關(guān)專家與我們一起對裝置進(jìn)行在完成上述改造工作的同時(shí)我們又采取了以了更進(jìn)一步的完善工作使裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定下優(yōu)化調(diào)整措施1)改造原解吸氣系統(tǒng)工藝流程重新設(shè)計(jì)逆放A.通過對轉(zhuǎn)化和合成兩個(gè)工序進(jìn)行工藝參數(shù)過程逆放過程由一步分為兩步并新加一調(diào)節(jié)閥組優(yōu)化提高裝置的工藝氣系統(tǒng)壓水調(diào)整壓縮機(jī)壓縮及解吸氣緩沖罐配合調(diào)整,分步降低解吸氣系統(tǒng)壓比及相關(guān)參數(shù))從而保證制氫系統(tǒng)吸附壓力在差提高了氫氣收率中國煤化工王06M提高了制氳2)修改制氫系統(tǒng)程序改變程序切換方式對關(guān)系統(tǒng)CNMHG裝置的生產(chǎn)能力鍵性工藝點(diǎn)組態(tài)進(jìn)DCS優(yōu)化操作界面使裝置始終B.提高吸附劑再生能力。從提高吸附劑再生在最優(yōu)化狀態(tài)下運(yùn)行提高了裝置的平穩(wěn)率效果方面來保證氬氣產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情3厘重新調(diào)整有關(guān)分步步驟時(shí)間,以達(dá)到最佳化況調(diào)整順放過程、終充過程時(shí)間壓差變化速率及順運(yùn)作根掂裝髑實(shí)際吸附過程重新設(shè)計(jì)了一均時(shí)放、終充調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)過程同時(shí)改進(jìn)解吸氣壓縮機(jī)天然氣化工2004年第29卷回流系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整解吸氣量。經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)了合理的再生時(shí)間控制程序保證了表3甲醇、氬氣產(chǎn)量配比表氫氣的質(zhì)量。Table 3 Ratio of methanol and hydrogen outputC.對相關(guān)的轉(zhuǎn)化、合成、壓縮工序進(jìn)行重新核制氫投料量合成投料量甲醇產(chǎn)量氫氣產(chǎn)量算計(jì)算制氫系統(tǒng)工藝、設(shè)備改動后對其的影響并Nm/ht/hNm'/h進(jìn)行部分調(diào)整保證制氫系統(tǒng)達(dá)到最大負(fù)荷生產(chǎn)。12000440007500D.在制氫系統(tǒng)改造完成后氫氣生產(chǎn)與甲醇生11300445002.10產(chǎn)同步提負(fù)荷通過實(shí)驗(yàn)的方法摸索出在不同工藝443002.1513.70條件下的甲醇、氬氣產(chǎn)量配比表。主要是通過氬碳102002.2013.60比微調(diào)的方法通過原料氣配比的不同確定產(chǎn)量分5000配表似以達(dá)到適應(yīng)市場的要求。如下表所示通過采取上述措施SA系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)甲醇生產(chǎn)裝置也得到了優(yōu)化整套生產(chǎn)裝置步入良性循環(huán)氫氣的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了很大的提高。氫氣產(chǎn)經(jīng)過完善,A系統(tǒng)每小時(shí)多產(chǎn)氫氣1000量最高達(dá)到7500Nm3/h達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%氫2000Nm3。以裝置年生產(chǎn)330天計(jì)算每年至少多產(chǎn)氣質(zhì)量合格率達(dá)到了100%純度達(dá)到999%以氫氣792萬m。以氫氣年平均價(jià)格0.70元/Nm3計(jì)上并且保證了甲醇裝置氫碳比的正常調(diào)整確保甲算每年可多創(chuàng)利潤560萬元經(jīng)濟(jì)效益顯著。醇合成反應(yīng)在優(yōu)化狀態(tài)下進(jìn)行。Application of Psa in a Methanol PlantZHANG Jun-qing, LU Cheng-heMethanol Plant of Daqing Oilfield, Daqing 163411, ChinaAbstract: In Methanol Plant of Daqing Oilfield, pressure swing adsorption( PSA ) technics has been used for co-production of hydrogen and methanol from the methanol unit of 100 000t/y with natural gas as feedstock. Through retrofiting the quality and output of product H2 have been heightened while the methanol production has also been optimizeKey words: methanol hydrogen i co-production PSA動態(tài)簡訊行的可行性研究結(jié)果顯示這種新型柴油的性能幾乎在各個(gè)南非從大豆生產(chǎn)生物柴油方面均優(yōu)于目前的普通柴油。另外在經(jīng)濟(jì)回報(bào)方面完成南非薩索爾公司正在開發(fā)從大豆生產(chǎn)生物柴油的新型的評估也十分樂觀薩索爾公司認(rèn)為該項(xiàng)目甚至不需要政府能源項(xiàng)目。這種新型柴油是以大豆作為原料混合甲醇和其進(jìn)FV凵中國煤化工他化工原料后再經(jīng)提煉而成盡管新型燃料中大豆的比例只CNMHG量為8萬t這需要每年40占5%但卻能夠有效改善發(fā)動機(jī)的潤滑性能、降低尾氣排萬t大豆的供應(yīng)量該項(xiàng)目一旦實(shí)施可為農(nóng)村地區(qū)創(chuàng)造大量放同時(shí)還可以生產(chǎn)飼料等副產(chǎn)品。該公司花兩年半時(shí)間進(jìn)的就業(yè)機(jī)會