袋式除尘器在变压吸附装置CO气体净化中的应用

陈如意

(安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳 455133)

安阳化学工业集团有限责任公司20万t/a乙二醇生产装置气体净化工序变压吸附装置，采用变压吸附(简称PSA)技术对脱硫变换工序送过来的含有CO、H2、CO2、CH4、N2、Ar的净化气进行分离提纯。从半水煤气中提取一氧化碳和氢气，其基本原理是利用吸附剂对不同吸附质的选择吸附特性和吸附能力随压力变化而呈现差异的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。装置主要分为：变压吸附一段吸附CO2(PSA-Ⅰ)、精脱硫工序、变压吸附制CO工序(两套PSA-Ⅱ)、变压吸附制H2(PSA-H2)。本文讲述的内容主要涉及变压吸附制CO工序，该工序的主要作用是使CO进一步与其他组分如H2、N2和CH4等进行分离，得到高纯度的CO，再经过CO离心机进行加压后，作为后续工序的原料气使用。

1 装置运行状况及存在的问题

变压吸附制CO工序所使用的吸附剂为PU-1型CO吸附剂，由于工艺特点及运行需求，吸附塔要不断地进行吸附、连续均压降压、逆向放压、抽空、连续均压升压、产品气对吸附床的最终升压等步骤，从而造成吸附塔内部压力一直处于不断大幅变化的状态。吸附剂经过长时间运行后，容易出现粉化，存在气体挟带吸附剂粉尘现象。随着生产装置的负荷提升，粉尘挟带现象逐渐加重，对其关联工序的真空泵气阀和活塞环运行寿命、离心机一级水冷器换热效果、脱氢入口过滤器阻力、离心机干气密封运行以及乙二醇装置脱氢反应器阻力等造成较大影响。装置运行过程中存在的问题主要有以下几个方面：①离心机出口压力超过设计值，设计出口压力为0.4～0.6 MPa，实际运行过程中在系统未达到满负荷的状况下，长期处于0.59～0.6 MPa。②脱氢反应器堵塞严重，阻力超过设计值，设计指标≤60 kPa，在系统未达到满负荷，同时打开反应器副线的情况下反应器压差在160 kPa以上。③脱氢前过滤器阻力严重超标，设计指标≤20 kPa，实际运行过程中已达到35 kPa以上。④离心机一级水冷器经常性堵塞，换热效果差，二级入口温度偏高，需要每两个月进行停机更换一次换热器内芯。

变压吸附装置是向后续乙二醇装置提供合格稳定的CO及H2产品气的关键装置，因其不能够满足后续系统的满负荷长周期运行，从而造成生产系统需要经常性地停运进行处理或者被迫长时间减负荷运行。每次系统停运造成的损失均高达数百万元，甚至超过1 000万元，严重制约乙二醇系统长周期、高负荷、稳定生产。因此如何解决该工序CO产品气中吸附剂粉尘挟带问题，就成了保证系统高负荷、长周期、稳定运行的关键。

2 吸附剂粉尘挟带问题解决方案

为了彻底解决吸附剂粉尘挟带问题，经过对整个系统流程的分析，认为可在变压吸附制CO工序后系统中增加除尘装置。通过对气体中的吸附剂粉尘实现连续性的不间断去除，从而降低CO离心机出口压力及脱氢反应器阻力，解决水冷器堵塞、换热效果差的问题。

2.1 改造实施方案

经过对各类除尘设备的对比分析，综合考虑，计划选用袋式除尘器。在CO离心机一级出口至一级水冷器前，增加一台布袋除尘器；通过布袋除尘器将CO产品气中吸附剂粉尘脱除后，经CO离心机一级出口水冷器进行冷却，冷却后的气体进入CO离心机二级、三级进行加压，送后续工序。

袋式除尘系统由除尘、清灰、卸灰、仪电部分组成。喷吹用CO气，卸灰置换用氮气，气动阀用仪表空气。氮气置换放空、防爆装置放空接至火炬总管。含有吸附剂粉尘的CO气体从布袋除尘器入口进入，经过布袋进行物理过滤；截留粉尘在布袋的外表面，洁净气体穿过布袋后，从除尘器出口流出。整个系统由PLC控制系统自动控制。正常运行一段时间后，布袋上的粉尘会不断进行累积；当除尘器压差达到设定的阈值时，脉冲阀自动投运；开始使用离心机三级出口的洁净CO气体进行反吹清灰，直到压差小于设定值，脉冲电磁阀停运。底部设置收灰舱，当灰仓内积灰达到设定高料位时输灰阀联动开始输灰，将收集到的粉尘密闭输送至底部料斗。

2.2 袋式除尘器主要参数

设备型号，AP-DMC-500；清灰方式，在线脉冲清灰；灰斗数1个；处理风量22 000 Nm3/h；设备阻力≤2 000 Pa；设计烟气温度<120 ℃；入口含尘浓度≤25 g/Nm3；出口含尘浓度<2 mg/Nm3；过滤器设计压力-0.01～0.4 MPa；过滤精度≤1 μm。

2.3 袋式除尘系统主要操作指标

布袋除尘器压力120～150 kPa，氮气压力0.4～0.45 MPa，仪表空气压力0.5 MPa，喷吹用CO压力0.49～0.5 MPa，除尘器运行阻力<2 000 Pa，进口、出口气动圆顶阀密封用氮气压力0.415～0.420 MPa。

3 改造后运行情况及运行效果

袋式除尘器自投运以来，CO离心机出口压力达到安全指标以下，后续脱氢系统阻力大幅下降，并持续保持平稳，离心机各段水冷器出口温度达到工艺指标要求，真空泵气阀和活塞环运行寿命明显提升，脱氢入口过滤器阻力显著下降、干气密封运行平稳。改造前后具体运行状况对比如表1所示。

表1 改造前后运行状况对比

根据工艺需求，逐步提升系统负荷进行满负荷测试，CO离心机出口流量19 000 Nm3/h送界内，5 000 Nm3/h送PSA二段置换，共计24 000 Nm3/h(满负荷)，离心机出口压力基本保持在0.50 MPa左右，到达预期目标。

经过改造后，水冷器换热效果明显好转。出口温度下降的同时，换热器阻力也明显下降，使用周期也明显增加。之前需要两个月进行停机更换换热器内芯，增加袋式除尘器之后，连续运行两个月，对内芯进行检查，基本上未见有积灰的情况。

4 结论

通过在变压吸附装置后CO离心机一段出口增加袋式除尘器后，经过三个月的连续运行，通过对各项数据的对比分析，改造前存在的CO离心机出口压力及脱氢反应器阻力超过设计值，离心机一段水冷器经常性堵塞、换热效果差等问题均得到了明显改善。通过对系统负荷的逐步提升测试，满足了系统满负荷长周期安全稳定运行的要求。各项指标均达到工艺指标要求并保持稳定，彻底解决了制约系统高负荷、长周期安全稳定运行的瓶颈问题。