PSA技术在大庆甲醇生产中的应用

第2期张俊庆等:SA技术在大庆甲醇生产中的应用51PSA技术在大庆甲醇生产中的应用张俊庆刘成河大庆油田甲醇厂二甲醇车间大庆163411)摘要以天然气为原料的大庆油田甲醇厂10万ta甲醇装置利用变压吸刚A肢术联产氢气通过对PSA工艺过程的改造和完善提高了联产氢气的质量和产量并优化了甲醇生j关键词甲醇氢气联产;SA技术扰化中图分类号:mQ21文献标识码文章编号:1001-92192004)2-51-040前言杂质组分提高吸附压力是为了提高杂质组分的分压从而提高了吸附剂对杂质组分的吸附能力泜压天然气蒸汽转化制备生产甲醇用的合成气转下进行杂质组分的解吸和吸附剂的再生尽量降低化气中氢含量明显过剩影响合成反应的合理优化。吸附剂再生压力是为了尽量减少杂质在吸附剂上的为解决这一不足,一般采用联产氢气工艺方法、加残余吸附量。两个压力之间的差值越大获得的氢CO的一段转化法、加纯氧的二段转化法等手段进气纯度越高氢气回收率也更高。行调节。联产氢气的甲醇生产工艺方法是以一段蒸PSA技术的工艺控制步骤按照运行模式分为多汽转化后转化气为原料利用变压吸附(PA技术种。本装置采用以6-2-3运行方式此运行模式制取氢气作为甲醇装置的副产品外输同时将制氢下同时有二台吸附器处于吸附步骤其余四台吸附系统的释放气返回甲醇合成系统用以补充甲醇生器处于再生的不同过程而每台吸附器都经历相同产过程中所缺碳源。作为一套生产装置的两种产的步骤不过在执行时间上相互错开保证原料气不品氳气产量与甲醇产量相互影响主副产品的配比断输入氲气不断输出。每一个吸附器在一次循环直接影响整套装置的能耗和经济效益。在保证甲醇中需经历吸败A一均ED人三均降E2D)顺主产品正常生产的前提下通过优化调整变压吸附放P三均降(E3D入逆放(D入冲洗(P三均升制氢系统提高氢气的产量和质量同时优化调整生(E3R二均升E2R隔离)-均刑ER)最终产甲醇所用工艺气的HC比以使装置的经济效升氐(R12个步骤依靠56个程控阀的定时切益达到最大化换来实现整个循环过程。保证氩气的生产过程连续进行。典型的PSA系统运行方式见表1。1A装置的生产原理表1典型的A系统运行方式在传统的一段蒸汽转化法中转化压力一般为Table 1 The typical running mode of PSA system1.5~2.0MPa出口甲烷一般为3.0%~3.5%。出口运行方式在线吸附器数同时吸附器数均压次数吸附器再生方式转化气的HC比R=n(H2-CO2)n(CO+CO2)值6236逆放、冲洗为2.9左右。利用此转化气的一部分作为原料气逆放、冲洗经过FSA系统生产纯氢气作为副产品同时将变压中国煤化工逆放、冲洗吸附产生的释放气富含CO+CO胙作为碳源补回合CNMHG成工艺回路之前与转化气汇合可以使合成新鲜气2影啊制虽余犹生广的因素的H/C比约等于2.1~2.2符合甲醇合成反应的需2.1生产操作的基本原则作为甲醇装置的副产品氢气产品的产量调整PSA冠程柄个压力等级下运行高压下吸附主要是以调整甲醇合成反应的HC比为目的同天然气化工2004年第29卷时因市场因素也可以反过来在优化甲醇合成反空速是指单位时间内单位体积的催化剂所通应的前提下以提高氬气产品的产量和质量为目的。过气体体积数对于制氢吸附过程实际的原料气处即通过HC比在一定幅度方面的调整保持甲醇产理量代表了一定的空速其符合以下公式量和氢气产量的合理配比以适应市场的需要达到吸附时间=设计负荷ⅹ220/实际的处理量最大程度的获利目的。每一套甲醇联产氢气的生产从上述公式可以看出制氢系统的实际处理量装置因工艺路线不同操作条件不同调整方法各有(即空速决定于设定的吸附时间。吸附时间是根据千秋但通过对ⅨSA制氬系统的优化操作,调整甲工艺需要设计的是制氬工艺调整的主要手段。吸醇产量和氢气产量的合理配比是优化生产操作的附时间=2×(E+E2+PP)吸附时间的调整一般基本原则。这也是保证氢气产品产量和质量的基本通过调整PP时间来进行生产原则。在一定条件下吸附时间与流量和压力成线性比2.2影响氢气生产的基本因素例关系制氢系统的生产能力主要决定于两个方面氢0=n×c%×t气产量与质量这两个因素相互制约在特定的工艺式中:Q-杂质吸附量;-原料气流量;c%-杂质条件下一般成反比例关系含量-吸附时间1温度影响在吸附过程中,原料气中的强吸附组份COⅣSA是一纯物理过程吸附现象主要决定于气CO2、N、C、HO、硫化物等被选择性地吸附在吸附体本身的分子特性温度对物理吸附现象有一定的剂上并随吸附时间的增加吸附前沿逐渐向吸附器影响。在一定的祭件下温度与吸附能力成反比。出口端推移弱吸附组份氬流出吸附器此时吸附前对于以转化气为原料气的制氬变压吸附系统温度沿至塔出口端之间还有一段吸附剂未使用。吸附时变化不大不是影响制氢系统吸附能力的主要控制间的调整直接代表了制氢系统的生产能力,同时间因素在一定的条件下(温度不宜定得太高)可以忽接决定了其它各塔的部分步骤时间见表2)影响略不计。氢气产品的产量和质量2.2.2压力影响2.2.5气体成分影响操作压力吸附压力)提高有利于吸附过程向良好的气体成份是保证制氢系统正常进行的正方向移动更有利于氢气与其它杂质的分离。但个重要条件。气体成分与制氢系统的收率密切相提高压力也有下述3个缺点关。对于以转化气为原料气的变压吸附系统分子1湜提高了压缩机等的动力消耗筛、AlO3及活性炭3种吸附剂的装填高度具有一定2影响前部转化及合成工序的正常生产;的比例此比例主要是由转化气中的一氧化碳、二氧3)从一定的程度上增加设备磨损化碳、氢气的含量来决定的。不同的转化气体成分吸附压力应该设定在一合理的范围之内。吸附对应不同吸附剂裝填高度和装填比例。器处于吸附步骤时,只有在吸附压力下才能满足吸2.2.6工艺过程控制设计因素影响附剂吸附杂质的要求。若吸附压力偏低,吸附剂吸变压吸附的工艺过程的调整主要是通过程序附杂质的能力也降低不能保证提取的氬气纯度和设计时间来控制各步骤的程序时间设计及调整是装置处理能力因此处于吸附步骤的吸附器压力要否合理直接影响氬气产品的质量和纯度。以六塔求相对稳定三均工艺过程为例每一个吸附器在一个周期内要2.2.3吸附剂的影响经历1个运行步骤这所有的12个步骤工艺设计制氢吸附剂分子筛对水、二氧化碳杂质气体吸是否中国煤化于并依次进入下一次循附能力强不易解吸易产生积累因此影响了分子环CNMHG能够连续进行。此12筛的使用寿命。一般同时配备AlO3及活性炭吸附个运行步骤的程序设计时间一般如表2所示。但是剂保护分子筛吸附剂。如这3种吸附剂有一种损实际应用到各装置时因实际工艺条件的变化程序坏或部分失活将大大降低制氬系统的生产能力。控制的时间需要重新进行优化设计,以适合氢气产2.2.4空速影品的质量和纯度的要求。第2期张俊庆等:SA技术在大庆甲醇生产中的应用53在吸附过程的调节中顺放、终充过程的设计是此外在变压吸附的顺放过程和终充过程的工艺保证氢气产量、质量和收率的关键,它也是优化FSA设计中为了更合理的控制吸附过程和吸附剂的再工艺系统的主要途径。顺放过程的工艺控制直接决生效果还可通过将顺放、终充调节阀线性调整的方定吸附剂的再生效果及氢气的质量和收率。方法一法进一步使流量变化均匀达到提高氢气产量和质般有以下几种:一是顺放压差的调整,△P=E2-量的目的。具体方法是通过设计b值和k值按照PP,般△P控制在0.2MPa左右。顺放压差主要y=b+k(y代表阀门开度,代表时间,bk代表是通过顺放调节阀的开度来调整的。二是顺放时间可变系数)公式设计调节阀门的开度将调节阀开度的设定顺放工艺时间的设定一般根据吸附系统的设计与程序时间设计紧密结合通过仪表自动的控生产规模、吸附剂情况及其它工艺条件计算而来。制完成在流量均匀状态下的顺放和终充过程。三是顺放压降的设定。顺放过程是否均匀是衡量2.2.7其它因素影响个制氢系统工艺调整是否合理的重要标志。而终充在氢气生产中除上述几大因素外还有水冷效过程是直接决定吸附剂的冲洗效果的关键步骤,它率分离效率分离器液位闪蒸槽液位与压力及其的过程设计与顺放过程类似终冲时间的调整直接它诸因素在实际生产中,但对这些因素加以忽决定FSA系统的产品氢气的产量和质量。视其就可能上升为主要因素表2典型的6-2-3运行方式工艺步骤表Table 2 Working procedure of PSA system for typical 6-2-3 running mode步序时间/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装置运行情况间、二均时间及顺放时间保证吸附过程中压力升降均匀、合理外送氢气压力平稳吸附剂再生彻底大庆油田甲醇厂10万t/a甲醇联产7000Nm3h4珈加强对岗位人员的培训请专家针对实际操氬气装置制氢系统采用西南院变压吸附技术利用作进行讲课强化了技术人员及操作人员的理论水转化气做原料所产氬气供应炼化公司及本厂合成平并规范了操作方法制定了完善的、具有实际指氨装置。该裝置1998年投产。在开车运行过程中导生产操作意义的《制氢操作法》。西南院变压吸附所有关专家与我们一起对装置进行在完成上述改造工作的同时我们又采取了以了更进一步的完善工作使装置运行更加稳定下优化调整措施1)改造原解吸气系统工艺流程重新设计逆放A.通过对转化和合成两个工序进行工艺参数过程逆放过程由一步分为两步并新加一调节阀组优化提高裝置的工艺气系统压水调整压缩机压缩及解吸气缓冲罐配合调整,分步降低解吸气系统压比及相关参数)从而保证制氢系统吸附压力在差提高了氢气收率中国煤化工王06M提高了制氳2)修改制氢系统程序改变程序切换方式对关系统CNMHG装置的生产能力键性工艺点组态进DCS优化操作界面使装置始终B.提高吸附剂再生能力。从提高吸附剂再生在最优化状态下运行提高了裝置的平稳率效果方面来保证氩气产品质量。根据实际生产情3厘重新调整有关分步步骤时间,以达到最佳化况调整顺放过程、终充过程时间压差变化速率及顺运作根掂装髑实际吸附过程重新设计了一均时放、终充调节阀的调节过程同时改进解吸气压缩机天然气化工2004年第29卷回流系统优化调整解吸气量。经过理论计算和实验的方法设计了合理的再生时间控制程序保证了表3甲醇、氬气产量配比表氢气的质量。Table 3 Ratio of methanol and hydrogen outputC.对相关的转化、合成、压缩工序进行重新核制氢投料量合成投料量甲醇产量氢气产量算计算制氢系统工艺、设备改动后对其的影响并Nm/ht/hNm'/h进行部分调整保证制氢系统达到最大负荷生产。12000440007500D.在制氢系统改造完成后氢气生产与甲醇生11300445002.10产同步提负荷通过实验的方法摸索出在不同工艺443002.1513.70条件下的甲醇、氬气产量配比表。主要是通过氩碳102002.2013.60比微调的方法通过原料气配比的不同确定产量分5000配表似以达到适应市场的要求。如下表所示通过采取上述措施SA系统满负荷生产甲醇生产装置也得到了优化整套生产装置步入良性循环氢气的产量和质量都有了很大的提高。氢气产经过完善,A系统每小时多产氢气1000量最高达到7500Nm3/h达到设计负荷的110%氢2000Nm3。以装置年生产330天计算每年至少多产气质量合格率达到了100%纯度达到999%以氢气792万m。以氢气年平均价格0.70元/Nm3计上并且保证了甲醇装置氢碳比的正常调整确保甲算每年可多创利润560万元经济效益显著。醇合成反应在优化状态下进行。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动态简讯行的可行性研究结果显示这种新型柴油的性能几乎在各个南非从大豆生产生物柴油方面均优于目前的普通柴油。另外在经济回报方面完成南非萨索尔公司正在开发从大豆生产生物柴油的新型的评估也十分乐观萨索尔公司认为该项目甚至不需要政府能源项目。这种新型柴油是以大豆作为原料混合甲醇和其进FV凵中国煤化工他化工原料后再经提炼而成尽管新型燃料中大豆的比例只CNMHG量为8万t这需要每年40占5%但却能够有效改善发动机的润滑性能、降低尾气排万t大豆的供应量该项目一旦实施可为农村地区创造大量放同时还可以生产饲料等副产品。该公司花两年半时间进的就业机会