合成氣裝置TSA運行分析與優(yōu)化

150廣州化工2011年39卷第7期合成氣裝置TSA運行分析與優(yōu)化劉成才(中國石化揚子石油化工有限公司芳烴廠(chǎng),江蘇南京210048)摘要:介紹了變溫吸附的工藝原理和流程根據生產(chǎn)實(shí)踐分析了合成氣裝置TA單元運行情況,針對TSA單元造成轉化爐爐溫和冷箱進(jìn)料波動(dòng)現象對程序進(jìn)行優(yōu)化,有效提高∫爐溫和冷箱進(jìn)料的穩定性。關(guān)鍵詞:合成氣裝置;變溫吸附;TA;優(yōu)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揚子石化50萬(wàn)va醋酸配套工程合成氣裝置是日前世界上資、操作和產(chǎn)品的質(zhì)量。揚子合成氣裝置TSA主要吸附水和二單套規模最大的裝置,主要以天然氣為原料,通過(guò)蒸汽轉化技氧化碳吸附器采用了雙層床結構,在吸附器底層裝一層活性氧術(shù)、脫碳凈化技術(shù)和深冷分離技術(shù),主產(chǎn)一氧化碳25萬(wàn)va,副產(chǎn)化鋁。它先將進(jìn)料氣體中所含的大部分水分吸附掉,而分子篩氫氣368萬(wàn)va,羥基合成氣(CO和H2約1:1混合氣體)8萬(wàn)則主要用于清除二氧化碳及其它有害物。同時(shí)活性氧化鋁還具a。TSA裝置位于脫碳凈化單元后端,主要是將含有微量水蒸的抗酸性,對分子篩具有保護作用,采用雙層吸附床,可以延長(cháng)汽以及約20mg/kg的二氧化碳脫除掉,保證后續深冷分離裝置純化器的使用周期。吸附劑具體參數見(jiàn)表1。的穩定運行。TSA運行的水平直接決定了深冷分離裝置的運行效果和裝置產(chǎn)品的質(zhì)量,在合成氣裝置中起著(zhù)關(guān)鍵作用。表1吸附劑具體參數一覽表沸石分子篩1TSA工藝原理及吸附劑選擇能活性氧化鋁1.1TSA工藝原理體積質(zhì)量/(kg·m-3)750~850500-800500-800TSA即變溫吸附,是氣體組分在固體材料上吸附能力的差空隙率/%異以及吸附容量在不同溫度下的變化實(shí)現分離。使用溫度升粒度/mm3~5降的循環(huán)操作低溫下能大量吸附強吸附組分,高溫時(shí)吸附容量比表面積/(m2·g-1)750~800800-1000降低使得吸附組分得以脫附,通過(guò)把加溫氣體通入吸附劑層使吸附劑溫度升高被吸組分解吸然后被加溫氣體帶出吸附器。熱導率/(W·mk-)0.13再生溫度越髙,解析越徹底。吸附劑得到再生后經(jīng)冷卻再在低質(zhì)量熱容/(k·kgK-)0.879溫下吸附強吸附組分。變溫吸附技術(shù)尤其適合在常溫狀態(tài)下強再生溫度/K423-573423573吸附組分不能良好解析的分離2機械強度/%12吸附劑的選擇吸附劑是多孔固體顆粒,它具有巨大的表面積。選擇一種吸附劑要考慮其對氣體中的不同組分具有選擇性吸附作用,有2TSA運行工藝流程較高的吸附傳質(zhì)速率,能簡(jiǎn)便經(jīng)濟地再生,且在使用過(guò)程中可以保持較高的濕容量,要具備良好的化學(xué)穩定性、熱穩定性機械2.1強度等物理性質(zhì),而且易獲得價(jià)格低廉中國煤化工主要氣體成分為:氫氣常用的吸附劑有:硅膠活性氧化鋁活性炭、分子篩CNMHGA(甲基二乙醉胺)溶劑外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料,它們均具脫除了絕大部戰化,丹理冷干機冷卻分液后進(jìn)入有較大的比表面積3。吸附性能的優(yōu)劣直接影響到裝置的投TSA吸附塔進(jìn)行凈化。進(jìn)吸附塔中的合成氣中還含有飽和的水作者簡(jiǎn)介:劉成才(1982-)男助理工程師主要從事制氫合成氣裝置技術(shù)工作。E-mail:lengel314@l63.com2011年39卷第7期廣州化工151蒸汽以及約20mg/kg的二氧化碳等雜質(zhì)這部分雜質(zhì)在后續冷熱才逐漸升高。當再生氣氣體出口溫度達到150℃時(shí),停止加箱進(jìn)行深冷分離過(guò)程中會(huì )凍結析出,造成冷箱設備和管道堵塞,熱,熱吹結束致使裝置無(wú)法正常生產(chǎn),所以在合成氣進(jìn)入冷箱之前必需要把冷吹過(guò)程:在冷吹階段所用再生氣體仍為冷箱釋放氣釋放這些物質(zhì)除去。吸附塔再生的氣體來(lái)自冷箱,該氣體主要為甲氣不經(jīng)過(guò)加熱。顯然,氣體進(jìn)入分子篩床層溫度迅速下降靠近烷、氫氣及少量氮氣。再生后的氣體送至蒸汽轉化系統作為轉人口側的床層溫度也隨之下降。由于熱向再生氣出口側推化爐的主要燃料。該裝實(shí)由兩臺吸附塔、再生加熱器、再生冷卻移,出口側床層將繼續升高這部分分子篩繼續再生。再生氣出器和再生水分離器組成。其中一塔吸附,另一塔冉生。簡(jiǎn)單的口溫度也將逐漸升高并達到溫度最高點(diǎn),即冷吹峰值冷吹峰偵工藝流程見(jiàn)圖1所示。溫度可達16℃以上?？刂评浯捣逯狄话憧勺鳛榉肿雍Y加熱再生完成的指標。過(guò)冷吹峰值后溫度又開(kāi)始下降,直到常溫。這說(shuō)明分子篩已再生完畢、待用。冷吹階段再生氣出口溫度也可能會(huì )出現兩個(gè)或三個(gè)峰值,這往往是由于分子篩床層不平整,有再生加熱器厚有薄所致。分子篩再生過(guò)程中溫度變化曲線(xiàn)如圖2所示。二m轉化爐燃料圖2分子篩再生過(guò)程中溫度變化曲線(xiàn)再生冷卻器223準備過(guò)程分為升壓、預浸并聯(lián)過(guò)程。升壓過(guò)程:吸附塔頂部通入凈圖1TA工藝流程圖化后的合成氣吸附床層內壓力升高至吸附壓力。升壓時(shí)由于微量的雜質(zhì)、水分、二氧化碳被吸附床層吸附,溫度將升高。如22運行過(guò)程果冷吹再生不徹底,此時(shí)溫度升高較高。預浸過(guò)程:其實(shí)就是一2.2.1吸附過(guò)程個(gè)吸附過(guò)程,由于吸附劑將吸附合成氣中的少量一氧化碳,這合成氣從吸附塔底由下至上通過(guò)吸附劑微量的水及二氧方面會(huì )導致吸附塔溫度上升另外會(huì )影響冷箱進(jìn)料組成及流量化碳被依次吸附。吸附理論上分為兩個(gè)階段。第一階段為外擴所以預浸時(shí)通過(guò)吸附床層的流量很小緩慢使吸附劑對一氧化散即吸附質(zhì)從氣體主流通過(guò)吸附劑顆粒周?chē)臍饽さ筋w粒表碳達到吸附飽和這樣就避免了以上的不良影響。并聯(lián)過(guò)程:就面而后發(fā)生吸附稱(chēng)作外表面吸附。第二階段為內擴散,即吸是合成氣同時(shí)通過(guò)兩個(gè)吸附塔每床的流量為0%由于新吸附附質(zhì)分子從顆粒外表面未被吸附而進(jìn)入顆粒內部被內表面吸塔床層出口溫度高并聯(lián)可以減小床層出口溫度過(guò)快上升以免附。而內擴散還分為表面擴散和孔擴散。表面擴散是吸附質(zhì)分影啊冷箱進(jìn)料溫度升高過(guò)快同時(shí)為切換吸附塔做準備。子沿著(zhù)粒內的孔向深處擴散,孔擴散是分向其它孔中擴散:3TSA運行情況及優(yōu)化逆向進(jìn)行。在吸附劑及吸附質(zhì)一定的情況下吸附容量與溫度、合成氣裝置在投料生產(chǎn)后,TSA程序自動(dòng)運行穩定吸附塔壓力或濃度有關(guān)。溫度降低吸附容量增加;壓力升高吸附容床層出口二氧化碳含量小于0.1mg/kg,達到了設計要求滿(mǎn)足量增加了生產(chǎn)需要。但TSA程序運行及切換過(guò)程中對上下游裝置的運22.2再生過(guò)程行產(chǎn)生了一些影響,使裝置穩定生產(chǎn)受到波動(dòng)。主要表現在降壓過(guò)程:在吸附進(jìn)行時(shí)操作壓力較高再生時(shí)通常為常壓TSA降壓步驟導致轉化爐爐溫的波動(dòng);TSA程序切換導致冷箱進(jìn)或抽真空,以降低吸附質(zhì)的分壓,改變條件破壞原有的吸附平料量和溫度的波動(dòng)。衡,使吸附質(zhì)的分子脫附。泄壓時(shí)分子篩吸附的水分、二氧化3.1轉化爐溫度波動(dòng)分析及優(yōu)化碳等分子會(huì )部分解析出來(lái);這利用了隨吸附質(zhì)分壓力下降吸附氧化碳量來(lái)自分子篩床層本身,因此床層溫度下降,氣體出口溫度下等分子會(huì )解析出來(lái),所以再生氣的組成發(fā)生變化燃料熱值變加熱過(guò)程加熱氣體采用冷箱再生釋放氣釋放氣通過(guò)蒸汽變了轉化氣組成,自接導致冷箱進(jìn)料組分改變,影響裝置穩定加熱器進(jìn)行加熱。對于雙層分子篩吸附塔,加熱溫度為200℃行。根據原因分析采取優(yōu)化措施如下:(1)將降壓程序時(shí)間由原左右。加熱氣體由吸附塔分子篩床層進(jìn)入,與合成氣逆向而行,設計20當率變緩減小再生氣對分子篩床層吸收熱量并溫度逐層下移,使之被吸附的雜質(zhì)解析,燃料熱中國煤化工壓步驟時(shí),操作員手動(dòng)并將熱貯存在床層中以再生氣出吸財塔溫度作為操作的依干預炒CNMHG轉化爐燃料熱值穩定據。加熱階段剛開(kāi)始加熱氣體使靠近工藝氣出口的分子篩床保證轉化爐溫穩足,確保裝置穩定運打。TSA優(yōu)化前后對轉化層溫度升高,并供給水分、二氧化碳脫附能,故本身溫度又迅速爐出口溫度影響對比見(jiàn)圖3下降,再生氣氣體出口溫度甚至會(huì )下降到-10℃,然后隨繼續加(下轉第167頁(yè)2011年3卷第7期廣州化工167的認識一些事物的時(shí)候,多媒體又體現出了它的優(yōu)越性。比如,貓畫(huà)虎的去完成。所以,針對這一問(wèn)題我們采用課前學(xué)生預在講通過(guò)雷諾實(shí)驗得出兩種流型——層流和湍流時(shí),采用nash習,寫(xiě)預習報告,課堂上老師先提問(wèn),再針對重要步驟進(jìn)行強調動(dòng)畫(huà)讓學(xué)生直接通過(guò)視覺(jué)去掌握;或者在介紹各種設備的時(shí)候,然后由學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗老師指導課后學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗報告。采用幻燈片的方式是再合適不過(guò)了。設計型實(shí)驗是讓學(xué)生靈活應用所學(xué)知識的非常重要的部傳統的黑板教學(xué)與多媒體教學(xué)相互配合,對提高教學(xué)質(zhì)量分我們采用開(kāi)放實(shí)驗室,讓學(xué)生先擬定實(shí)驗計劃,老師檢查其有明顯的效果?？尚行匀缓髮W(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)驗。2.4嚴格的教學(xué)管理,合理的考核方式實(shí)驗使學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力大大提高效果良嚴格的教學(xué)管理是保證教學(xué)工作順利有序進(jìn)行的必要條好。件,合理的考核方式是檢查教與學(xué)是否合格的有力手段。我們4結語(yǔ)有一套教學(xué)及教學(xué)研究、定期的學(xué)生輔導、中期的作業(yè)檢查教學(xué)與考試的分離、集體閱卷以及考試結束后的試卷分析這些手《化工原理》是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課程,也是一門(mén)應用性很段可以使我們及時(shí)發(fā)現問(wèn)題,調整方式來(lái)解決問(wèn)題強的課程。本文從提高學(xué)生的學(xué)習興趣,合理的教學(xué)手段以及加強教學(xué)實(shí)踐等方面作了介紹。希望通過(guò)交流,能提高化工原3加強實(shí)踐理課程的教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在課堂學(xué)習到的始終是理論的知識,作為鞏固理論知最有效的方法莫過(guò)于實(shí)踐了。我們安排學(xué)生進(jìn)行化工原理實(shí)參考文獻驗,使學(xué)生對自己所學(xué)知識的認識通過(guò)動(dòng)手驗證而進(jìn)一步加深。[1]陳敏恒叢德滋方圖南等化工原理(上冊)M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:65設計型實(shí)驗。而實(shí)驗室里大多是驗證型的實(shí)驗和綜合性的實(shí)2,男孫周2《百原理品課程建設的路與體會(huì )驗也是大綱要求學(xué)生必須完成的內容對學(xué)生掌握課本上的重[3]穆飛虎化工原理課程教學(xué)中的教學(xué)方法研究[].廣東化工,點(diǎn)知識非常有用。比如,伯努利實(shí)驗可以使學(xué)生在做實(shí)驗的時(shí)2010,37(11):196候對伯努利方程的物理意義進(jìn)一步掌握而在處理數據的時(shí)候[4]李志洲劉軍?！盎ぴ碚n程教學(xué)改革與探索[冂]廣東化工對公式的應用進(jìn)一步熟悉2010(1):186-187但是,大多數學(xué)生在做實(shí)驗的時(shí)候,主要靠老師的講解,照(上接第151頁(yè))中,冷箱進(jìn)料量短時(shí)間內減少約0.45%,影響了冷箱穩定運行裝置產(chǎn)品產(chǎn)量同比下降。通過(guò)改變TA程序時(shí)間來(lái)延長(cháng)升壓步序時(shí)間至60min,使其對冷箱進(jìn)料量影響幅度變小。優(yōu)化運行后,升壓步序對冷箱進(jìn)料量的影響降為0.22%,根據冷箱的運行一優(yōu)化后情況其影響范圍在冷箱自動(dòng)調節可控內。優(yōu)化后進(jìn)料量變化見(jiàn)圖4。4結語(yǔ)圖3TA優(yōu)化前后轉化爐出口溫度對比SA裝置的運行優(yōu)化基本上是通過(guò)增加降壓和升壓步序的32冷箱進(jìn)料影響及優(yōu)化時(shí)間來(lái)完成,所以導致另一吸附塔的吸附總時(shí)間相應增加1h,但通過(guò)合成氣裝置TSA的運行效果檢驗吸附塔出口的合成氣中二氧化碳含量小于0.1mg/kg同樣達到質(zhì)量要求,并未造成二氧化碳等雜質(zhì)發(fā)生穿透。通過(guò)對TSA運行程序的優(yōu)化,TSA程序自動(dòng)運行穩定,且分析結果表明其運行和切換步序對轉化爐和冷箱的影響都已經(jīng)明顯降低,確保了合成氣裝置的穩定長(cháng)周期運行參考文獻[1]楊涌源分子篩前端凈化中的PA和TA工藝[刀]深冷技術(shù),2001圖4TSA優(yōu)化前后冷箱進(jìn)料量對比中國煤化工TSA在切入升壓步序后,由于采用冷箱進(jìn)料氣作為升壓氣CNMHG體,原設計在20mm內床層壓力由00MMP升至30Ma過(guò)程[3]李曉光薛繼勇變溫吸附干燥技術(shù)在C2生產(chǎn)中的應用[,河南化工,23(11):33-34.