PSA脱碳装置优化及运行总结
袁 帅
（河南能源化工集团安化公司，河南 安阳455133）
［摘 要］针对PSA脱碳装置扩能改造后出现的产品气CO2气量不足、CO2纯度偏低导致尿素产量偏低的问题，采取了一系列措施对PSA操作程序及真空泵抽真空周期进行优化及整改后，问题得到有效解决，减少了气损，提高了尿素产量。
［关键词］ 脱碳装置；PSA操作程序；抽真空时间；吸附剂床层；优化方案；整改措施
［中图分类号］ TQ 113.26+4 ［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2016）
河南能源化工集团安化公司合成氨、尿素新系统采用煤制气生产原料气。为降低能耗、提高效益，合成氨新系统净化工序将原有的压缩三出煤气经中串低变换、变脱、脱碳、氧化锌脱硫、甲烷化工艺技改为中串低变换、NDC脱硫、PSA脱碳、精脱硫、低压醇烃化甲醇联产合成氨工艺，其中变压吸附（PSA）脱碳装置产出的纯度≥98%的CO2作为尿素生产的原料。优化后的系统，压缩机由原来的四机运行调整为目前的六机运行，装置由120 kt/a合成氨生产模式调整为25 kt/a精甲醇、150 kt/a合成氨生产模式。但2012年PSA脱碳装置扩能改造以来，CO2产品气气量不足且纯度偏低，致使尿素产量偏低，尿素产品生产成本升高。经研究，公司制定了解决方案，实施后PSA脱碳装置出口CO2储罐压力由（2.4±2） kPa上涨至（5±1） kPa，CO2纯度由（97.9±0.1）%提高至不小于98.0%，达到了工艺控制指标要求，提高了尿素产量，吨尿氨耗明显下降。以下对PSA脱碳装置的优化及运行情况进行总结。
1 工艺流程及设备情况
1.1 工艺流程
PSA脱碳装置采用两段法工艺，由PSA-Ⅰ和PSA-Ⅱ两部分组成。自变换、NDC脱硫系统来的1.8 MPa的原料气进入PSA-Ⅰ系统，从吸附塔下部经程控阀KV101进入吸附塔中，原料气中吸附容量较大的强吸附组分CO2等被吸附剂吸附停留在床层中，而吸附容量较小的弱吸附组分H2、N2、CH4、CO等从床层出口端经程控阀KV106输出，再经程控阀KV107进入另一吸附塔预吸附进一步脱除CO2，最后经程控阀KV102输出半成品气，送入PSA-Ⅱ系统，进一步脱出CO2，得到合格的净化气经醇烃化、压缩、合成工段生产合成氨，PSA-Ⅱ逆放气返回PSA-Ⅰ。在抽真空状态下，吸附剂解吸释放出的一段解吸气去往尿素系统作为尿素生产的原料气。尿素生产需较高纯度的CO2气及稳定的CO2压力，即CO2纯度的高低及CO2压力稳定与否是影响尿素产量的关键因素。
1.2 主要设备
（1）PSA-Ⅰ吸附器（18台）
规格φ2 800 mm×24 mm×10 353 mm
体积 44.3 m3
设计压力 2.26 MPa/FV
工作压力 -0.08～2.0 MPa
设计温度 50 ℃
操作温度 40 ℃
介质 变换气
设备材质 16MnR
设备形式 立式
（2）PSA-Ⅱ吸附器（16台）
规格φ2 600 mm×22 mm×9 929 mm
体积 44.3 m3
设计压力 2.26 MPa/FV
工作压力 -0.08～2.0 MPa
设计温度 50 ℃
操作温度 40 ℃
介质 变换气
设备材质 16MnR
设备形式 立式
（3）一段逆放气缓冲罐（0817-V102）
规格φ3 000 mm×14 mm×15 678 mm
体积 100 m3
设计压力 0.4 MPa
工作压力 0.3～0.2 MPa
设计温度 50 ℃
操作温度 40 ℃
介质 一段逆放气
设备材质 16MnR、16MnⅡ
设备形式 立式
（4）二段逆放气缓冲罐（0817-V201）
规格φ3 200 mm×16 mm×20 170 mm
设计压力 0.4（-0.1） MPa
工作压力 0.3～-0.08 MPa
设计温度 50 ℃
操作温度 40 ℃
介质 二段逆放气
设备材质 16MnR、16MnⅡ
设备形式 立式
（5）真空泵（1#～8#）
型号 2BE10403
转速 420 r/min
极限真空度 3.3 kPa（A）
配套电机功率 160 kW
电机转速 1 485 r/min
电机额定电压 380 V
电机额定电流 284 A
（6）9#真空泵
型号 2BE3-42
最大抽气量 38 m3/min
转速 407 r/min
极限压力 16 kPa
2 脱碳装置存在的问题
脱碳装置的控制指标为：产品气CO2压力为（5±1） kPa，产品气CO2纯度≥98.0%。自2012年7月份扩能后，因PSA脱碳装置设计存在缺陷，加之缓冲储罐缓冲能力小，导致产品气CO2气量不足且纯度偏低，造成尿素产量波动大，影响尿素装置的稳定运行。在PSA脱碳装置保证气量的情况下，需加大放空量，导致系统消耗偏高，而尿素装置必须减量才能维持生产，直接影响公司的经济效益。具体而言，PSA脱碳装置主要存在如下几方面的问题。
更多内容详见《中氮肥》2016年第2期