童鑫
弛源化工 重庆市涪陵区 408017
摘要：介绍弛源化工制氢装置中变及变压吸附（PSA）氢气提纯单元的运行情况，对降低氢气单产成本原因进行了分析。通过采取降低汽气比、回收膜放空气回收、BDO放空气回收、修改PSA运行程序、及优化操作流程等改造措施,降低产氢气成本措施。
关键词：氢气单产成本；汽气比；放空气回收；优化操作
制氢装置以预处理处理过后的乙炔尾气为原料,用蒸汽转化法制取氢气，再经过变压吸附法（PSA）加以提纯。PSA氢气提纯设计处理能力为 6648.92kg/h,主要为BDO加氢、PT装置、甲醇合成装置提供体积分数大于99. 9%的高纯度氢气。但近年来，中变反应加入的中压蒸汽与工艺气摩尔比大于1，又一段PSA放空尾气中氢气含量偏高远高于设计值。为降低氢气成本，对汽气比降低及PSA提纯单元实施了优化改造，回收放空气，改善中变反应及装置PSA单元的运行状况。
1中低变及PSA单元吸附工艺介绍
制氢装置以乙炔尾气经过预处理处理过后的工艺气为原料经过中变加2.7Mpa蒸汽做原料反应除去一部分一氧化碳生成氢气，在经过底变反应除去剩余的一小部分的一氧化碳生成氢气，出来后的低变气经过精馏回收热量在进入PSA，原料气先经过气液分离罐分离掉游离水之后进入PSA脱碳，从吸附塔顶得到脱碳气去PSA提氢工段使用。来自PSA脱碳工段的脱碳气经中间罐缓冲之后进入PSA提氢段，脱碳气从吸附塔底部进入，顶得到产品氢气出界区。逆放得到的解吸气经逆放罐缓冲之后和抽空气在混合气罐混合之后经解吸气压缩机压缩至压力为0.3MpaA之后送出界区。
PSA氢气提纯技术是基于氢气在固体吸附剂上的物理吸附平衡原理，以吸附剂在不同压力条件下对气体混合物中不同组分平衡吸附量 的差异为基础，有选择地在高压下对杂质气体进行吸附，在低压下予以解吸，使吸附剂得到再生。与膜分离、变温吸附等其他氢气提纯技术 相比,PSA技术具有操作简单、工艺条件缓和、适用气源广、自动化程度高以及节能效果显著等特点⑴。
本装置采用两段变压吸附法，一段变压吸附系统将大量的二氧化碳脱除后直接放空，含有少量二氧化碳的富氢气体作为半成品气再进入第二段变压吸附提纯氢气；二段变压吸附系统采用抽空工艺，延长了抽空时间，再生时间延长让吸附剂再生更彻底，保证了吸附剂的再生效率，吸附剂的动态吸附能力提高；另一方面也减少了真空泵和燃料气压缩机功耗，同时提高了燃料气的热值；
一段变压吸附采用8T-2A-5E/V的工艺， 8台吸附塔，2塔吸附，5次均压，抽空再生，多次均压并抽空的流程，流程简单，回收率高（其中氢气回收率可以达到99.5%以上）；
二段变压吸附采用8T-2A-5E/V/P的工艺， 8台吸附塔，2塔吸附，5次均压，抽空再生，多次均压并抽空的流程，流程简单，回收率高（其中氢气回收率可以达到95%以上）；也可以根据实际情况，选择冲洗再生运行。以保证原料气的不断输入和产品气的连续、稳定输出。
2制氢装置运行现状
自2014年开车运行以来,汽气比一直控制在1.0以上，PSA单元负荷基本维持在30% -105%，一段废气放空氢气成分在40%左右,远高于设计1.44%的指标。合成膜回收放空气中氢气含量在30%左右及一氧化碳在9%左右，直接放空到乙炔焚烧炉。BDO高纯度氢气一处于放空阶段，没有回收造成浪费。
3氢气成本原因分析
目前汽气比设计为1，通过与催化剂厂家及同行交流，降低汽气比可以减少蒸汽消耗；在一段废气中有很多的氢气远高于设计的1.44%，提高氢气收率可直接降低成本；回收膜回收放空气到中变入口，在中变处理后可产出膜回收放空气投用量的40%左右氢气，节约预处理投用原料气量，节约成本；回收BDO富氢气放空气量，可直接节约成本。
3.1汽气比的影响
制氢中变入口加入的蒸汽在100%负荷下蒸汽用量在6950kg/h，在高负荷下蒸汽用量在7200kg/h左右。汽气比过高会使蒸汽消耗量过大直接影响氢气成本。
3.2 PSA工艺的影响
相对于膜分离等其他的分离方法,PSA工艺 的缺点是氢气收率偏低，而提高氢气收率的有效手段是优化PSA工艺⑵。
开发的变压吸附自适应控制软件，可根据变化中的工艺条件进行预估,随工艺状况的改变,自动生成控制操作曲线，按此曲线自动控制变压吸附装置的均压、逆放、抽空、充压过程，可最大限度地接近于理想过程。
本装置的自适应控制软件可根据装置进料量的大小原料气组成，与产品气H2分析的变化，适时地自动调整系统运行参数，优化PSA的运行状况，而无须操作人员调整。该功能可保证装置在处理量变化时、原料气组成、压力和温度变化时，均能自动保证产品的质量并获得最高的氢回收率。从而大大提高了装置在运行过程中的经济性。
可实现任意故障情况下的程序切换及在线维修，保证PSA装置长周期稳定运行。但是制氢装置PSA一段程控阀较多程控阀开关速率、程控阀密封状态,影响了氢气的收率进而影响氢气单产成本。
3.2膜回收放空气的影响
膜回收放空气量直接燃烧，造成氢气的浪费，回收到中变后可节约预处理过来的原料气，节约成本。
4改造措施
将汽气比下调到0.9-0.95，到目前的0.82，减少蒸汽消耗；回收膜回收放空气；受进料气组成通过分析数据调整优化PSA运行步骤；优化程控阀开关速率；消缺时调整、检查各程控阀密封，减少氢气内漏等诸多因素的影响。
4.1降低汽气比
在2020年11月3日车间试探性降低制氢装置的气汽比，由1逐渐降至现在运行0.85运行，将制氢气汽比降低前后数据进行分析对比和总结。反应器热点温度回收驰放气时：汽气比最低可达到0.82；床层温度420左右，可控；未回收驰放气：汽气比最低可达到0.90；最高床层热点温度451℃，温度可控；从中低变出口CO含量分析数据来看，中低变反应器反应良好，CO含量低于设计要求，且同之前的日常分析数据无出入。
4.2修改运行程序
对PSA一段的运行程序进行了改进,将原来五均升（E5R）时间由20S增加到21S、逆放（D）由20S减少到19S,从而缩短了吸附剂的逆放洗时间。有利于提高氢气收率。
4.3检查各程控阀密封
1月消缺期间仪表对全部的PSA程控阀橡胶圈进行更换、动作及气密性进行了检查，存在的安全隐患和漏点得到改善，在运行期间全部查漏，无法处理的漏点已全部堵漏。
4.4回收膜回收放空气
增加管线回收膜回收放空气到中变入口，节约原料气投到制氢量降低氢气产成本。
4.5回收BDO放空富氢气
增加一套装置洗涤塔及氢气压缩机把富氢气回收到PSA入口，经过PSA提纯后继续使用。
5改造效果
通过调整汽气比后少排出去污水1吨/小时,按照2020年生产装置实际运行数据和财务数据计算，节约蒸汽年增加效益165万元。
优化调整PSA运行程序、检查程控阀气密性等一段尾气中氢气浓度比调整前由较大的降低，节约一部分原料气量。现在还是高于设计的1.44%，还需进一步的探究。
膜回收正常投用到制氢量在450kg/h左右，节约原料气投到制氢量为约200kg/h，可降低氢气产成本。在合成催化剂后期，膜回收放空量还有大幅提升近800M3/h左右，会照成大幅度浪费。
回收BDO富氢气到PSA入口，经过提纯后增加氢气量，减少原料气的消耗。富氢气回收量约90kg/h,含量为95% 的氢气，按PSA当前收率可回收氢气700NM3/h，节约原料气约620kg/h。
由以上可节约原料气投到制氢的量节约到820kg/h。合成催化剂后期将进一部增加。
参考文献
1李欣，王刚.科学利用提纯技术优化氢气资源[J].化工设 计通讯,2006,32(3) ；55 -59.
2张志刚，姜锐，张月胜，等.浅谈我国变压吸附技术的进展 [J].气体分离,2012(2):14 - 20.
3甲醇制氢装置操作规程.