合成气装置TSA运行分析与优化

150广州化工2011年39卷第7期合成气装置TSA运行分析与优化刘成才(中国石化扬子石油化工有限公司芳烃厂,江苏南京210048)摘要:介绍了变温吸附的工艺原理和流程根据生产实践分析了合成气装置TA单元运行情况,针对TSA单元造成转化炉炉温和冷箱进料波动现象对程序进行优化,有效提高∫炉温和冷箱进料的稳定性。关键词:合成气装置;变温吸附;TA;优化Operation Analysis and Optimization of TSA in HYCO PlantLU Cheng-caiAromatic Plant, Sinopec Yangzi Petrochemcial Co, Ltd, Jiangsu Nanjing 210048, China)Abstract: The principle and process of TSA technology were described and operation for tSa process was analyzedReducing the temperature oscillation of reformer and feed oscillation of coldbox, optimal operation was presented. Resultsshowed that the reliability of plant was enhancedKey words TSA; optimization; HYCO扬子石化50万va醋酸配套工程合成气装置是日前世界上资、操作和产品的质量。扬子合成气装置TSA主要吸附水和二单套规模最大的装置,主要以天然气为原料,通过蒸汽转化技氧化碳吸附器采用了双层床结构,在吸附器底层装一层活性氧术、脱碳净化技术和深冷分离技术,主产一氧化碳25万va,副产化铝。它先将进料气体中所含的大部分水分吸附掉,而分子筛氢气368万va,羟基合成气(CO和H2约1:1混合气体)8万则主要用于清除二氧化碳及其它有害物。同时活性氧化铝还具a。TSA装置位于脱碳净化单元后端,主要是将含有微量水蒸的抗酸性,对分子筛具有保护作用,采用双层吸附床,可以延长汽以及约20mg/kg的二氧化碳脱除掉,保证后续深冷分离装置纯化器的使用周期。吸附剂具体参数见表1。的稳定运行。TSA运行的水平直接决定了深冷分离装置的运行效果和装置产品的质量,在合成气装置中起着关键作用。表1吸附剂具体参数一览表沸石分子筛1TSA工艺原理及吸附剂选择能活性氧化铝1.1TSA工艺原理体积质量/(kg·m-3)750~850500-800500-800TSA即变温吸附,是气体组分在固体材料上吸附能力的差空隙率/%异以及吸附容量在不同温度下的变化实现分离。使用温度升粒度/mm3~5降的循环操作低温下能大量吸附强吸附组分,高温时吸附容量比表面积/(m2·g-1)750~800800-1000降低使得吸附组分得以脱附,通过把加温气体通入吸附剂层使吸附剂温度升高被吸组分解吸然后被加温气体带出吸附器。热导率/(W·mk-)0.13再生温度越髙,解析越彻底。吸附剂得到再生后经冷却再在低质量热容/(k·kgK-)0.879温下吸附强吸附组分。变温吸附技术尤其适合在常温状态下强再生温度/K423-573423573吸附组分不能良好解析的分离2机械强度/%12吸附剂的选择吸附剂是多孔固体颗粒,它具有巨大的表面积。选择一种吸附剂要考虑其对气体中的不同组分具有选择性吸附作用,有2TSA运行工艺流程较高的吸附传质速率,能简便经济地再生,且在使用过程中可以保持较高的湿容量,要具备良好的化学稳定性、热稳定性机械2.1强度等物理性质,而且易获得价格低廉中国煤化工主要气体成分为:氢气常用的吸附剂有:硅胶活性氧化铝活性炭、分子筛CNMHGA(甲基二乙醉胺)溶剂外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料,它们均具脱除了绝大部戰化,丹理冷干机冷却分液后进入有较大的比表面积3。吸附性能的优劣直接影响到装置的投TSA吸附塔进行净化。进吸附塔中的合成气中还含有饱和的水作者简介:刘成才(1982-)男助理工程师主要从事制氢合成气装置技术工作。E-mail:lengel314@l63.com2011年39卷第7期广州化工151蒸汽以及约20mg/kg的二氧化碳等杂质这部分杂质在后续冷热才逐渐升高。当再生气气体出口温度达到150℃时,停止加箱进行深冷分离过程中会冻结析出,造成冷箱设备和管道堵塞,热,热吹结束致使装置无法正常生产,所以在合成气进入冷箱之前必需要把冷吹过程:在冷吹阶段所用再生气体仍为冷箱释放气释放这些物质除去。吸附塔再生的气体来自冷箱,该气体主要为甲气不经过加热。显然,气体进入分子筛床层温度迅速下降靠近烷、氢气及少量氮气。再生后的气体送至蒸汽转化系统作为转人口侧的床层温度也随之下降。由于热向再生气出口侧推化炉的主要燃料。该装實由两台吸附塔、再生加热器、再生冷却移,出口侧床层将继续升高这部分分子筛继续再生。再生气出器和再生水分离器组成。其中一塔吸附,另一塔冉生。简单的口温度也将逐渐升高并达到温度最高点,即冷吹峰值冷吹峰偵工艺流程见图1所示。温度可达16℃以上。控制冷吹峰值一般可作为分子筛加热再生完成的指标。过冷吹峰值后温度又开始下降,直到常温。这说明分子筛已再生完毕、待用。冷吹阶段再生气出口温度也可能会出现两个或三个峰值,这往往是由于分子筛床层不平整,有再生加热器厚有薄所致。分子筛再生过程中温度变化曲线如图2所示。二m转化炉燃料图2分子筛再生过程中温度变化曲线再生冷却器223准备过程分为升压、预浸并联过程。升压过程:吸附塔顶部通入净图1TA工艺流程图化后的合成气吸附床层内压力升高至吸附压力。升压时由于微量的杂质、水分、二氧化碳被吸附床层吸附,温度将升高。如22运行过程果冷吹再生不彻底,此时温度升高较高。预浸过程:其实就是一2.2.1吸附过程个吸附过程,由于吸附剂将吸附合成气中的少量一氧化碳,这合成气从吸附塔底由下至上通过吸附剂微量的水及二氧方面会导致吸附塔温度上升另外会影响冷箱进料组成及流量化碳被依次吸附。吸附理论上分为两个阶段。第一阶段为外扩所以预浸时通过吸附床层的流量很小缓慢使吸附剂对一氧化散即吸附质从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒表碳达到吸附饱和这样就避免了以上的不良影响。并联过程:就面而后发生吸附称作外表面吸附。第二阶段为内扩散,即吸是合成气同时通过两个吸附塔每床的流量为0%由于新吸附附质分子从颗粒外表面未被吸附而进入颗粒内部被内表面吸塔床层出口温度高并联可以减小床层出口温度过快上升以免附。而内扩散还分为表面扩散和孔扩散。表面扩散是吸附质分影啊冷箱进料温度升高过快同时为切换吸附塔做准备。子沿着粒内的孔向深处扩散,孔扩散是分向其它孔中扩散:3TSA运行情况及优化逆向进行。在吸附剂及吸附质一定的情况下吸附容量与温度、合成气装置在投料生产后,TSA程序自动运行稳定吸附塔压力或浓度有关。温度降低吸附容量增加;压力升高吸附容床层出口二氧化碳含量小于0.1mg/kg,达到了设计要求满足量增加了生产需要。但TSA程序运行及切换过程中对上下游装置的运22.2再生过程行产生了一些影响,使装置稳定生产受到波动。主要表现在降压过程:在吸附进行时操作压力较高再生时通常为常压TSA降压步骤导致转化炉炉温的波动;TSA程序切换导致冷箱进或抽真空,以降低吸附质的分压,改变条件破坏原有的吸附平料量和温度的波动。衡,使吸附质的分子脱附。泄压时分子筛吸附的水分、二氧化3.1转化炉温度波动分析及优化碳等分子会部分解析出来;这利用了随吸附质分压力下降吸附氧化碳量来自分子筛床层本身,因此床层温度下降,气体出口温度下等分子会解析出来,所以再生气的组成发生变化燃料热值变加热过程加热气体采用冷箱再生释放气释放气通过蒸汽变了转化气组成,自接导致冷箱进料组分改变,影响装置稳定加热器进行加热。对于双层分子筛吸附塔,加热温度为200℃行。根据原因分析采取优化措施如下:(1)将降压程序时间由原左右。加热气体由吸附塔分子筛床层进入,与合成气逆向而行,设计20当率变缓减小再生气对分子筛床层吸收热量并温度逐层下移,使之被吸附的杂质解析,燃料热中国煤化工压步骤时,操作员手动并将热贮存在床层中以再生气出吸财塔温度作为操作的依干预炒CNMHG转化炉燃料热值稳定据。加热阶段刚开始加热气体使靠近工艺气出口的分子筛床保证转化炉温稳足,确保装置稳定运打。TSA优化前后对转化层温度升高,并供给水分、二氧化碳脱附能,故本身温度又迅速炉出口温度影响对比见图3下降,再生气气体出口温度甚至会下降到-10℃,然后随继续加(下转第167页2011年3卷第7期广州化工167的认识一些事物的时候,多媒体又体现出了它的优越性。比如,猫画虎的去完成。所以,针对这一问题我们采用课前学生预在讲通过雷诺实验得出两种流型——层流和湍流时,采用nash习,写预习报告,课堂上老师先提问,再针对重要步骤进行强调动画让学生直接通过视觉去掌握;或者在介绍各种设备的时候,然后由学生动手实验老师指导课后学生撰写实验报告。采用幻灯片的方式是再合适不过了。设计型实验是让学生灵活应用所学知识的非常重要的部传统的黑板教学与多媒体教学相互配合,对提高教学质量分我们采用开放实验室,让学生先拟定实验计划,老师检查其有明显的效果。可行性然后学生进入实验室进行实验。2.4严格的教学管理,合理的考核方式实验使学生分析问题和解决问题的能力大大提高效果良严格的教学管理是保证教学工作顺利有序进行的必要条好。件,合理的考核方式是检查教与学是否合格的有力手段。我们4结语有一套教学及教学研究、定期的学生辅导、中期的作业检查教学与考试的分离、集体阅卷以及考试结束后的试卷分析这些手《化工原理》是化工类专业的必修课程,也是一门应用性很段可以使我们及时发现问题,调整方式来解决问题强的课程。本文从提高学生的学习兴趣,合理的教学手段以及加强教学实践等方面作了介绍。希望通过交流,能提高化工原3加强实践理课程的教学质量。学生在课堂学习到的始终是理论的知识,作为巩固理论知最有效的方法莫过于实践了。我们安排学生进行化工原理实参考文献验,使学生对自己所学知识的认识通过动手验证而进一步加深。[1]陈敏恒丛德滋方图南等化工原理(上册)M].北京:化学工业出版社,2006:65设计型实验。而实验室里大多是验证型的实验和综合性的实2,男孙周2《百原理品课程建设的路与体会验也是大纲要求学生必须完成的内容对学生掌握课本上的重[3]穆飞虎化工原理课程教学中的教学方法研究[].广东化工,点知识非常有用。比如,伯努利实验可以使学生在做实验的时2010,37(11):196候对伯努利方程的物理意义进一步掌握而在处理数据的时候[4]李志洲刘军海“化工原理课程教学改革与探索[冂]广东化工对公式的应用进一步熟悉2010(1):186-187但是,大多数学生在做实验的时候,主要靠老师的讲解,照(上接第151页)中,冷箱进料量短时间内减少约0.45%,影响了冷箱稳定运行装置产品产量同比下降。通过改变TA程序时间来延长升压步序时间至60min,使其对冷箱进料量影响幅度变小。优化运行后,升压步序对冷箱进料量的影响降为0.22%,根据冷箱的运行一优化后情况其影响范围在冷箱自动调节可控内。优化后进料量变化见图4。4结语图3TA优化前后转化炉出口温度对比SA装置的运行优化基本上是通过增加降压和升压步序的32冷箱进料影响及优化时间来完成,所以导致另一吸附塔的吸附总时间相应增加1h,但通过合成气装置TSA的运行效果检验吸附塔出口的合成气中二氧化碳含量小于0.1mg/kg同样达到质量要求,并未造成二氧化碳等杂质发生穿透。通过对TSA运行程序的优化,TSA程序自动运行稳定,且分析结果表明其运行和切换步序对转化炉和冷箱的影响都已经明显降低,确保了合成气装置的稳定长周期运行参考文献[1]杨涌源分子筛前端净化中的PA和TA工艺[刀]深冷技术,2001图4TSA优化前后冷箱进料量对比中国煤化工TSA在切入升压步序后,由于采用冷箱进料气作为升压气CNMHG体,原设计在20mm内床层压力由00MMP升至30Ma过程[3]李晓光薛继勇变温吸附干燥技术在C2生产中的应用[,河南化工,23(11):33-34.