PSA氢回收装置工艺优化简介

毛司理，冯 建，胡 明，陈 勇，钟国强

（中海石油化学股份有限公司，海南 东方 572600）

中海石油建滔化工有限公司600kt／a天然气制甲醇装置于2006年9月投产，是我国最先利用国外先进技术建成的大型中压合成甲醇生产装置。其PSA氢回收系统自投产以来，随着技术与操作人员对工艺掌握程度的提高，以及生产工况的不断变化，对工艺操作指标进行了一系列调整，对操作规程进行了多次优化，在工艺指标调节及操作细化上逐渐形成了特有的思路；本文着重探讨通过现场数据与理论参数的对比，评估主要操作参数如原料天然气组分波动、操作系数低、吸附剂吸附效果变差等对PSA单元回收氢气的影响，从而优化工艺指标，达到增产降耗、提高经济效益的目的。

1 影响PSA单元氢气产量的主要因素

1.1 操作系数

吸附时间的控制方式有自动和手动（或能力和局部）两种控制方式。自动方式控制时，吸附时间作为进料流率的一个函数自动计算得出，吸附时间可以随进料流率的变化及时自动地调整，而且可以通过调整控制系数使得吸附时间与进料流量相匹配，使氢回收率保持在一个高水平上。因此，正常生产中自动（或能力）控制方式是优先选择的操作方式。

手动（或局部）控制时，吸附时间的控制由操作员利用控制台键盘输入新的吸附时间来实现。一般应用于开停车或者进料组成急剧变化和怀疑进料流量计有故障等异常情况下，操作员根据需要或实际进料量的大小，输入合适的吸附时间，以便尽快地得到合格产品或防止杂质超载现象的发生。

PSA单元回收的氢气的纯度必须大于98.0%。其操作系数是一个可访问的显示电，允许手动调整吸附时间，即操作人员可通过调整操作系数来调整PSA步骤时间。它能有以下几个值：

操作系数＝1 吸附时间（周期）与设计指标相同

操作系数＞1 延长PSA周期、延长吸附时间

操作系数＜1 缩短PSA周期、缩短吸附时间

笔者在系统负荷为100%（氢气设计产量16 430m3／h），其他参数大致不变的情况下调整操作系数到稳定状态，并记录了相关的数据，见表1。

表1 氢气纯度及实际产量与PSA操作系数的关系

由表1可以看出，在设计指标范围内，保证PSA装置所产氢气纯度大于98.0%的情况下，适当调节PSA操作系数对氢气实际产量有明显的影响。

1.2 原料天然气组分

笔者在系统负荷为100%，其他参数大致不变的情况下，观察原料天然气组分波动对PSA单元氢气产量的影响，见表2。

表2 原料天然气组分波动对PSA单元氢气产量的影响

由表2可以看出，在设计指标范围内，保证PSA装置所产氢气纯度大于98.0%的情况下，原料天然气甲烷含量的波动，对PSA系统氢气产量有直接的影响。原料天然气组分由上游供气公司控制，我们只能加强与上游供气公司的联系，尽量稳定天然气组分，保证PSA装置的产氢量正常。

1.3 吸附剂老化

笔者在系统负荷为100%，其他参数大致不变情况下，对PSA操作系数进行分析（因操作系数是反映PSA吸附剂吸附能力的重要指标），即将以往数据和设计指标进行对比，见表3。

表3 吸附剂老化对PSA操作系数及氢气产量的影响

由表3可以看出，在设计指标范围内，保证PSA装置所产氢气纯度大于98.0%的情况下，随着PSA吸附剂吸附效果的减弱，氢气产量逐渐下降。

2 工艺操作优化

2.1 优化调整的数据记录（表4、表5）

表4 9月3日优化调整数据记录表

由表4可以看出，操作系数在0.68～0.64之间变化时，对PSA装置的产氢量及氢气纯度的影响不大；当操作系数从0.64降至0.63时，氢气纯度上升较多，而产氢量开始下降。

表5 9月6日优化调整数据记录表

由表5可以看出，操作系数在0.63～0.64之间变化时，对PSA装置的产氢量及氢气纯度影响不大；当操作系数从0.64提高到0.65时，氢气纯度开始下降，而产氢量开始上升；操作系数在0.66～0.70之间变化时，对产氢量及氢气纯度影响不大；当操作系数从0.70提高到0.71时，氢气纯度下降较多，而产氢量上升较多。PSA装置的运行状态分两个阶段发生着比较大的变化。

2.2 工艺优化调整的成果

工艺优化前后各相关数据见表6。

表6 工艺优化前后系统各相关数据

由表6可见，产氢量从优化前的16 960m3／h上升到优化后的18 550m3／h。因氢气在我部门没有进行定价，所以不能直接进行经济效益的计算，但可以通过平时向外部的送氢量（见表7）来进行诂算。

表7 PSA氢回收装置工艺优化后系统的运行状况

由外送氢量与甲醇产量的对应关系，据表7可计算出生产甲醇所需的氢气量为2 500m3／h×24h／d÷（1 802t／d－1 784t／d）＝3 333.33m3／t。产氢量由16 960m3／h上升到18 550m3／h，则可多产甲醇（18 550m3／h－16 960m3／h）×24h／d÷3 333.33m3／t＝11.15t／d；甲醇价格以2 500元／t计，则效益为11.15t／d×2500元／t＝27875元／d。

产氢量的增加，使作为燃料的尾气减少，为保持系统平衡必须加入天然气（增产氢气量的1／3）。天然气价格为0.58元／m3，则增加的燃气成本为（18 550m3／h－16 960m3／h）÷3×0.58元／m3×24h／d＝7 377元／d。

上述两项合计，综合效益为（27 875元／d－7 377元／d）×365d／a＝748万元／a。

3 结束语

操作系数调整后，PSA氢回收系统运行状况颇佳，产氢能力有了一定的提高，运行较为稳定，并降低了系统的能耗，为公司创造了可观的效益。

［1］张魁.PSA制气装置运行现状及优化措施 ［J］.天津科技，2012，39 （5）：32～34.

［2］夏青，陈常贵主编.化工原理 ［M］.天津：天津大学出版社，2005.

［3］天津大学物理化学教研室编.物理化学 （第四版） ［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［4］天津碱厂.合成氨装置变压吸附提氢工序岗位操作法.