PSA装置运行中存在的问题及解决对策

陈 雷

（中国石油哈尔滨石化分公司，黑龙江哈尔滨150056）

哈尔滨石化分公司的20000 m3/h PSA 装置由变压吸附提氢、解吸气缓冲系统及产品脱氧精制系统组成。装置的建设规模为处理催化裂化干气20000 m3/h，装置负荷范围：60%～120%（12000～24000 m3/h）。由于原料不足，设备按10000 m3/h负荷设计，年运行8000 h。该装置自2001年建成后一直没有开工，2010年委托四川天一科技股份有限公司基于原料实际情况对装置设备进行必要改造、完善设计，恢复PSA 装置运行。该装置于2011年8月4 日一次开车成功，主要生产氢气，副产品为解吸气［1]。

1 工业装置

1.1 原材料

PSA装置变压吸附技术是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加（吸附组分）、减压下吸附量减少（解吸组分）的特性。将原料气在高压下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，再次进行吸附分离杂质。这种高压力下吸附杂质提纯氢气、减压下解吸杂质使吸附剂再生的循环便是变压吸附过程［2]。

1.2 工艺流程

原料气在0.80 MPa、45 ℃下进入该装置，在冷却器中冷却到-30 ℃后，通过气液分离混合器除去液态物质后经流量控制进入由8 个吸附器组成的变压吸附系统。系统采用8-2-3/VP工艺运行时序，系统内始终有2个吸附器从其下部（入口端）进入原料气，吸附器内装填有吸附剂，气体自下而上通过吸附床，杂质组份被吸附剂选择性吸附，未被吸附的半产品氢气从吸附器上部（出口端）流出，经加热器达到80 ℃。催化除氧和冷却分离除去冷凝液后，经产品缓冲罐送往氢气增压机使氢气在2.0 MPa下输出界区。变压吸附系统排出的解吸气来自某吸附器的逆放和抽空步骤。在逆放步骤开始压力较高部分的解吸气先进入1 台解吸气缓冲罐，再经调节降压与逆放压力较低的解吸气、以及在抽空步骤由真空泵机组抽吸出的解吸气一起通过另外3 台并列的解吸气混合罐，经过压缩达到0.8 MPa后，进入厂区燃料管网［3]。

2 存在的问题及解决措施

2.1 精制干气杂质超标

2018年8～9月，由于双脱装置出现波动，造成精制干气中硫化氢含量经常发生波动。进而解吸气中硫化氢含量增高，由于解吸气作为全厂加热炉耗用高压瓦斯的重要来源，造成了连续重整装置落地省煤器管束、加氢裂化瓦斯加热器管束均发生泄漏，见图1，2。

图1 连续重整装置落地式省煤器泄漏

图2 加氢裂化装置瓦斯加热器泄漏

根据以上原因双脱装置采取6项措施：

（1）预先提高干气脱硫塔液气比，平稳胺液再生负荷。

（3）投运三级过滤流程，过滤系统内杂质与漂浮物。

（4）建议公司协调质检计量部增加贫胺液分析，争取2 次/月增加到4 次/月，掌握真实数据，为操作提供数据支持。

（5）建议公司开展胺液在线净化工作，通过在线净化，提升胺液品质，重点是降低胺液中的热稳盐含量，为各个用胺装置创造条件。

（6）建议公司在汽油加氢富胺液返回流程上增加过滤器，过滤在生产过程中产生的各类杂质与粉末。

上游双脱装置通过调整后，PSA精制干气中硫化氢含量满足了工艺条件。

2.2 程控阀故障频率高

程控阀是PSA 装置的关键设备，阀门出现内漏会降低PSA 装置的产品回收率，阀门外漏会造成气体燃烧甚至爆炸的危害。PSA 装置的特点决定了程控阀动作频繁，1只程控阀每年动作接近10万次，阀门还要受到气流来回的强烈冲刷。哈尔滨石化分公司PSA 装置程控阀为天科股份“第二代”程控阀，在使用过程中主要存在冬季-30 ℃低气温条件下程控阀打开、关闭延时造成均压不彻底，以及频繁出现外漏造成装置切塔及停工处理。

采取3项措施：

（1）对KV-501/1-8、KV-503/1-8、KV-507/1-8、KV-512/A-B、KV-513/A-B，共计28 个程控按照就近原则配置10 组电伴热，解决了以上程控阀在冬季启闭延时的问题。

（2）加强程控阀回讯管理，一旦发生回讯异常，及时维修，为装置分析、解决生产问题起到了快速、准确的支持［4]。

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（3）对装置开关次数频繁的程控阀进行升级换代，天科股份“第六代”高效能气动程控截止阀，保证了开关速度≤2 s，易损件使用寿命达到6 a 以上，与装置检维修周期同步的目的，满足装置生产需求。

2.3 压缩机负荷不够

PSA 装置的建设规模为处理催化裂化干气量20000 m3/h，负荷范围：60%～120%。由于原料不足，动力设备按10000 m3/h负荷设计。

哈石化公司自2013年900 kt/a汽油加氢装置、2014年1000 kt/a 柴油加氢装置陆续开工，酸性气量变大，PSA 装置解吸气压缩机、氢气压缩机运行负荷不够。当原料压力升高时，在原料压力高于瓦斯管网压力时，可通过原料压力调节阀PV501将部分气体转入瓦斯管网，这样就造成精制干气中的氢气直接当加热炉瓦斯烧掉，浪费了氢资源。

针对设备瓶颈，结合现有管网流程，采取PSA氢气压缩机入口增设1 条至柴油加氢装置膜分离的氢气管线，以减少PSA 氢气压缩机负荷，实现了加工量及产氢量最大化的目的。并且PSA 装置原先需要运转两台氢气压缩机，优化后只需运转1台氢气压缩机即可，能耗有较大幅度的下降，见表1。

表1 PSA氢气流程优化前、后能耗对比

2.4 真空泵噪音大

水环真空泵作为PSA 装置抽真空的重要设备，直接影响氢气的品质及吸附剂的使用寿命。PSA 装置原设计采用的是2BE1403-0BG3 型号水环真空泵，由于该泵型号比较陈旧，在实际运行中经常发生密封面泄露，给机泵维修和装置安全运行带来非常大的压力和考验，结合PSA 装置大修，委托东北炼化锦州设计院对真空泵进行改造。采用山东淄博真空设备厂有限公司的2BE3520-340液环真空泵。

真空泵项目改造后，真空泵数量由原来的6台泵减少至3 台泵，分别为P501/A、B、C，入口程控阀分别为KV514/1、2、3、4，单双系中间联通线程控阀为KV511，P501/A入口通过程控阀KV514/1接入双系，P501/C 入口通过程控阀KV514/4 接入单系，P501/ B 入口通过程控阀KV514/2 接入双系，通过程控阀KV514/3 接入单系。因此正常生产时单系运行P501/C，双系运行P501/A，当单系泵P501/C 出现故障时，则打开KV514/3，运行P501/B，当双系泵P501/A出现故障时，则打开KV514/2，运行P501/B。当真空泵3台中有2台都损坏时则需要切为7塔运行，打开KV511。

由于真空泵、程控阀数量减少，PSA 泵房内噪音大的问题得到解决。

2.5 停工不放火炬

PSA装置正常停工的基本顺序为切进料，停程序，停真空泵、压缩机，将PSA 切出系统、泄压。但是在实际操作中将程序由“AUTO”改为“MAN”后所有程控阀联锁全部关闭，停运解吸气压缩机后，将造成大部分精制干气被截留在吸附塔内，系统低压系统压力大幅增加。

在对PSA 装置停工步骤仔细研究后，优化停工步骤，在装置停程序后，手动将吸附塔至解吸气缓冲罐相关程控阀打开，利用解吸气压缩机将吸附塔内的瓦斯可以压入到高压瓦斯管网内，减轻了后续装置泄压至低压瓦斯系统的压力［5]。

3 结束语

（1）加强双脱装置操作，严格控制精制干气中H2S含量消除了对下游设备的腐蚀。

（2）对重点程控阀增加电伴热和更换新型程控阀减少了PSA装置波动以及泄漏。

（3）PSA 产品氢气配至膜分离流程解决了氢气压缩机负荷不够的难题。

（4）PSA 装置更换新型真空泵解决了泵房噪音大的问题。

（5）优化停工操作，最大化降低吹扫泄压量，减少了吹扫气放火炬。