朱俊永，王玮
（河南平煤神马聚碳材料有限责任公司，河南 平顶山467000）
［摘 要］河南平煤神马聚碳材料有限责任公司CO提纯装置采用“焦炭+CO2+O2”造气、湿法脱硫、MDEA脱碳、PSA-CO工艺制取高纯度CO。实际生产中，存在粗煤气气量及气质不稳定、PSA-CO系统干燥单元出口工艺气水含量高、气体成分不佳等问题。经技术交流、认真探讨与充分论证，通过实施加焦系统、CO发生炉、PSA-CO系统干燥单元技改及增设在线露点仪实时监控水分等，CO发生炉出口粗煤气CO含量约由60%提升至65%，CO产品气纯度约由99.0%提升至99.96%，成功地解决了高含水煤气（脱碳气）用于PSA-CO系统存在的问题，技改取得了明显的经济效益和社会效益。
［关键词］CO发生炉；PSA-CO系统；运行问题；原因分析；技改方案；运行情况；效益分析
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）02-0015-03
0 引 言
河南平煤神马聚碳材料有限责任公司（简称神马聚碳）CO提纯装置生产的CO输送至光气合成装置合成光气，光气再与双酚A钠盐反应生成聚碳酸酯（PC）产品；中间各反应步骤均要求严控原料中的水、甲烷含量。神马聚碳的CO提纯装置造气系统采用“焦炭+CO2+O2”造气工艺制取CO含量为67%的粗煤气，粗煤气经湿法脱硫、MDEA脱碳后，利用变压吸附系统（PSA-CO）将CO提纯至99.96%以上；PSA-CO系统制取高纯度CO的关键在于铜系吸附剂，铜系吸附剂极易吸水，且主要活性成分Cu+若遇到一定量的水分会迅速被氧化而失去活性。实际生产中，由于种种原因，PSA-CO系统干燥单元出口工艺气的水分严重超标，神马聚碳光气车间技术人员通过与设计院、工艺相近的生产厂家进行技术交流，自行拟定技改方案并自主实施了造气系统与PSA-CO系统的优化改造，取得了显著成效。以下对有关情况作一介绍。
1 运行问题
1.1 粗煤气气量及气质不稳定
CO发生炉（造气炉）采用“焦炭+CO2+O2”造气工艺制取粗煤气，实际生产中CO发生炉存在火层燃烧不均、灰渣层和气化层温度不易控制、炉渣易结块且破渣能力差等缺陷，造气系统难以安全稳定运行，粗煤气气量及气质不稳定。
1.2 PSA-CO系统干燥单元出口工艺气水含量高
PSA-CO系统吸附剂要在低水含量下运行，脱碳气需先进行干燥净化。脱碳气在干燥前先进入两级换热器降温，换热器管程脱碳气与壳程-15 ℃的40%乙二醇溶液换热后，脱碳气温度由40 ℃降至5～10 ℃，其饱和水含量由1.5%降至0.2%，之后工艺气进入由1台冷却器、1台复热器、2台干燥塔、1台蒸汽加热器等组成的干燥单元。干燥单元运行时一台干燥塔处于吸附状态、另一台干燥塔处于再生状态，2台干燥塔交替操作，干燥塔再生气气源采用PSA-CO系统一段PSA尾气，气量约280 m3/h（标态，下同），每台干燥塔一个再生循环时间约18 h。实际生产中，含水量约0.2%的工艺气进入再生好的干燥塔后，前10 h内干燥后其水含量在50×10-6以内，10 h后干燥后的工艺气水含量逐渐增加，干燥塔在转入再生状态前其出口脱碳气水含量会升至150×10-6，远超干燥后脱碳气水含量＜50×10-6的指标要求。
1.3 气体成分不佳
1）粗煤气（温度40 ℃，干基）典型成分（体积分数，下同）为H2 0.8%、CO 60.0%、CO2 37.0%、CH4 0.1%、（N2+Ar）0.8%、O2 0.1%、（H2S+COS）0.2%，粗煤气中的CO含量低于设计值67%、CO2含量高于设计值30%，不利于系统的优质运行。
2）PSA-CO系统入口原料气典型成分为H2 0.63%、CO 97.16%、CO2 80×10-6、CH4 0.08%、（N2+Ar）0.61%、O2 10×10-6、H2O 1.50%、（H2S+COS）0.1×10-6，PSA-CO系统入口原料气CO含量偏低、水含量偏高，不利于系统的优质运行。
2 原因分析
2.1 粗煤气气量及气质不稳定原因
1）CO发生炉点火烘炉时，由炉底东、西两侧灰斗检查孔进空气自然通风时，空气不能均匀分布，造成偏烧现象，火层燃烧不均匀。
2）CO发生炉炉底下灰口间隙过大，致使下灰速度过快、下灰量过多，易出现灰渣层减薄和局部塌焦现象，造成燃烧层偏烧，造气炉局部温度升高，易造成设备损坏（烧坏温度计套管及炉箅等），操作人员不易控制灰渣层和气化层温度，工况异常，不能确保系统稳定运行。
3）CO发生炉底部炉壁周长7 536 mm，原有破渣条44个，由于炉箅呈宝塔形状，较大的渣块不易下到炉箅下层与炉壁之间的空隙，影响破渣效果，大的渣块不易破碎，继而易导致出现如下问题：① 气化剂分布不均，影响气质；② 易出现偏流、下红火现象，严重时造成设备损坏；③ 大渣块容易堵塞排渣口，影响出渣量，造成渣层增高、火层上移，浇注料处易挂疤，出口粗煤气温度升高，热损失增大，原料消耗增多。
2.2 CO提纯干燥单元出口工艺气水含量高原因
干燥塔吸附阶段后期，CO提纯干燥单元出口工艺气水含量高达150×10-6，远超50×10-6的限值要求。分析认为原因有二：一方面，干燥单元再生气量较小，吸附剂再生不彻底，导致干燥塔吸附效果不好；另一方面，高压蒸汽经减压后（由4.2 MPa减至2.5 MPa），蒸汽加热器出口再生气温度不高，最高只能达到152 ℃左右，远低于设计值170 ℃，从而使再生加热、吹冷时间过长，变相延长了吸附时间，造成脱碳气中的水分穿透干燥塔吸附床层而进入后工序，最终导致CO产品气水含量超标。
3 技改方案及实施情况
更多内容详见《中氮肥》2024年第2期