往复式纯氢压缩机进口工艺优化_林洪祥.pdf

化学工程与装备 2022 年 第 12 期 168 Chemical Engineering&Equipment 2022 年 12 月 往复式纯氢压缩机进口工艺优化往复式纯氢压缩机进口工艺优化 林洪祥（福建省福化鲁华新材料有限公司，福建 漳州 363216）摘摘 要要：公司 1,4-丁二醇（BDO）装置采用改良炔醛法生产工艺，该工艺中 BDO 合成工段高压氢气由两台往复式纯氢压缩机提供。原料氢气由烧碱电解产生，管送至往复式纯氢压缩机进口，由于原料氢气中含有饱和水，进入往复式压缩机后影响机组运行，鉴于此提出了往复式纯氢压缩机进口工艺优化，即在往复式纯氢压缩机氢气进口管线上增加分子筛除水系统。关键词：关键词：分子筛；压缩机；除水 1 1 装置简介装置简介 公司1,4-丁二醇(简称BDO)装置采用美国INVISTA改良炔醛法生产工艺。主要工艺流程：甲醛和乙炔在乙炔铜/铋催化剂作用下反应生成 1,4-丁炔二醇，反应物经过滤后送BDO 合成工序。在 BDO 合成工序 1,4-丁炔二醇经雷尼镍催化剂两级高压加氢，生成 52%的 1,4-丁二醇，再经浓缩、精制得到 BDO 产品。BDO 合成工序为 1,4-丁炔二醇与氢气在高压反应器中进行两段加氢反应生成 BDO，其中高压氢气由公司电解装置0.8kg/cm2g氢气经S6D20型活塞式压缩机压缩至300kg/cm2g送至反应器，流程如下：图图 1 1 BDOBDO 合成工艺合成工艺流程流程 2 2 运行现状运行现状 该工艺流程运行存在的主要的问题有：（1）往复式纯氢压缩机高压段出现超温超压现象，需进行干预调整；（2）往复式纯氢压缩机高压段活塞杆填料易发生内漏；（3）往复式纯氢压缩机输送氢气量降低，即机组运行效率降低；（4）各级分离器排液频繁。以上因素导致往复式纯氢压缩机运行周期短，检修频繁，对装置连续稳定运行和生产安全极为不利。3 3 优化思路优化思路 公司炔醛法生产 BDO 原料氢气由离子膜烧碱电解产生，供应温度为 2530，对应饱和蒸汽压较大，水分含量为0.81.2%（wt）。原料氢气进入 BDO 装置经冷却分离后，温度为 810，水分含量为 0.61.0%（wt），再经压缩机七级压缩送入合成反应系统。往复式纯氢压缩机检修后运行 7 天左右就会出现级间超温超压现象，通过调整各级排油水阀以控制机组各级压力，该调整操作进而影响往复式纯氢压缩机氢气输送量。经过对每次检修情况进行总结和对超温超压原因进行分析，认为是由于原料氢气中携带较多水分进入氢压机产生冲刷腐蚀并在缸体内部有粉末状固体异物形成，造成各级进DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.104 林洪祥：往复式纯氢压缩机进口工艺优化 169 出口气阀和缸体内部脏，气阀、填料、活塞环容易损坏，级间会出现超温超压现象。为了在保证往复式纯氢压缩机氢气输送量的同时提高机组的运行周期，提出了在往复式纯氢压缩机进口增加分子筛除水系统工艺优化方案。4 4 优化方案优化方案 除水系统工艺流程分为三步，第一步为冷却分离除水：来自烧碱的氢气首先进入前置冷却器及前置分离器，利用冷冻水（5）冷却氢气，降低水的饱和蒸汽压，并在分离器中将凝液分离排出；第二步为水雾捕集器除水：分离器顶部出来的氢气进入水雾捕集器以除去氢气中夹带的凝液，以确保氢气中夹带尽量少的水分进入分子筛系统；第三步为分子筛除水：利用 13X APG 球型分子筛吸附水分的特点，除去氢气中气态水分。分子筛设置两台，一开一备，定期再生，定期切换。原料氢气经过分子筛除水系统，含水量降至 50ppm 以下。除水后的氢气进入往复式纯氢压缩机经压缩后送入反应系统。分子筛除水系统工艺流程图如下：图图 2 2 分子筛除水系统工艺分子筛除水系统工艺流程流程 工艺流程图中，在分子筛切换和再生管线上均设置气动切断阀，以便操作。5 5 运行分析运行分析 （1）分子筛除水系统设计条件与实际运行条件对比见表 1。表表 1 1 除水系统设计条件与实际运行条件对比表除水系统设计条件与实际运行条件对比表 设计条件 实际运行条件 前置分离器 出口温度 15 6-13 前置分离器 排水频次 1 次/2 小时 1 次/2 小时 再生气体温度 140-150 140 再生气体流量 600-700m3/h 300m3/h 再生时间 4 天 10 天 从以上条件对比可以看出，分子筛系统再生氮气量不足导致分子筛再生时间较设计时间有偏差，对分子筛系统使用效果有一定影响。（2）分子筛实际运行效果分析 分子筛除水系统投用前后原料氢气含水量对比见表 2。表表 2 2 陈水系统投用前后原料氢气含水量对比表陈水系统投用前后原料氢气含水量对比表 时间 原料氢气 PPM 分子筛前 PPM 分子筛后 PPM 投用前 8000-12000 6000-10000 投用后 800-1000 50 注：投用前分子筛前即为往复式纯氢压缩机一级进口。通过对运行数据进行跟踪分析，分子筛投入前 3-4 天，进出气温差能维持在 5以上，除水效果较好；4-7 天时除水效果逐步变差至水饱和状态，往复式纯氢压缩机排油水次数增加；分子筛使用 7 天以后基本处于水饱和状态运行。（3）分子筛除水效果对氢压机影响 分子筛系统设计再生氮气量为 600-700m3/h，再生时间为 4 天，由于氮气供应受限，实际再生氮气用量约 300m3/h，再生时间需要 10 天左右。为了跟踪分子筛运行对往复式纯氢压缩机影响，公司在170 林洪祥：往复式纯氢压缩机进口工艺优化 其他氮气用户检修期间将分子筛再生氮气量提高至600-700m3/h，分子筛再生时间缩短至 4 天，跟踪往复式纯氢压缩机运行情况，结果如下：分子筛再生氮气量 300-400m3/h 运行，分子筛再生周期约 10 天，即分子筛运行 10 天进行切换操作，根据运行跟踪，分子筛投入运行后 4 天左右除水效果变差（即达到水饱和状态），该工况下往复式纯氢压缩机稳定运行时间为15-20 天。分子筛再生氮气量达到 600-700m3/h 运行，分子筛切换周期为 4 天，往复式纯氢压缩机稳定运行时间可以达到30 天以上，基本可以满足生产要求。再生氮气量大，分子筛切换周期短有利于纯氢压缩机的稳定运行。6 6 小小 结结 分子筛除水系统投入使用后，运行情况良好，通过对往复式纯氢压缩机各级油水分离器液位、分子筛进出口温度等参数进行跟踪，分离器定期排液，分子筛定期切换，往复式纯氢压缩机的运行情况得到了很大改善，可以连续运行 20天以上，且未出现级间超压的现象。从往复式纯氢压缩机检修时气阀的情况来看，系统相比以前干净很多，除七级进口气阀略含水外，其他各级基本没有水，氢气净化系统基本达到了预期的效果。在再生氮气量充足，再生效果可以保证的前提下，分子筛的除水效率高，往复式纯氢压缩机运行基本可以满足生产要求。7 7 建建 议议 （1）由于再生氮气量对分子筛除水效果有较大影响，进而影响往复式纯氢压缩机运行情况，建议在运行过程中尽可能提高再生氮气量以确保分子筛除水效果，或后期考虑其他方式进行分子筛再生；（2）分子筛系统只是影响氢压机运行周期的一个因素，要确保机组长周期稳定运行，在确保分子筛系统运行效果的基础上还需要对其他影响因素进行分析解决。参考文献参考文献 1 高冠英,马正勇.氢气除水干燥工艺改进J.氯碱化工,2021,57(02).2 刘金鑫,裴月中.氢气压缩输送除水及节能改造J.中国氯碱,2012(10).3 靳岩.分子筛脱除 2-甲基四氢呋喃中微量水的研究D.太原理工大学.4 王晓梅,张建荣.分子筛脱除碳酸酯中微量水的应用研究J.河北化工,2012,35(10).（上接第（上接第 181181 页）页）_ 备注：以上检测流程中的所有动作均须轻微缓慢，以免密封圈遭受冲击，损伤密封圈。2.2.2 安装前的准备工作 安装前应对封气管道进行吹扫，吹扫气体必须干净、整洁，并确保管路内不允许有其他污物、颗粒的产生。彻底清洁安装密封所经过的腔体及轴表面，不能有尘土、污垢等污物。仔细检查装配紧密所需要的腔体和轴承的外缘，锐边应倒钝，且表层上不能有毛刺、划伤等问题。仔细检查密封壳体外侧和轴套内侧的零形圈，若有问题则进行调换。仔细衡量了密封腔的装配长度，并确定了密封腔与轴线的相对位移关系，与图中所标注一致。确认密封壳体上标注的旋转方向与主轴的旋向一致。适量涂上一点硅脂保护剂，在轴套的 O 形圈外表面上。2.2.3 密封的安装 密封安装前注意其螺栓孔应与泵壳体上的连接螺栓孔相对应，管接头部位也应与泵体的进气管部位一致。由于密封为集装箱构造，在装配时可作为一个零件的整体放入泵体内。故可将密封的装配可看作泵的安装过程中的一部分。密封装入轴上，固定好压盖和轴套后取下 3 件定位块。将两处管接头分别与进、出气管相连，锥管螺纹处可以用聚四氟乙烯生料带密封，但应注意管接头端部不可缠绕。确保泵轴线和泵壳体都处在正常的工作位上。这是密封系统能否正常工作的重要基础。参考文献参考文献 1 龚大强.化工机械密封技术应用研究J.化工设计通讯,2021(06).2 廉鑫,张伟.化工机械密封故障原因及对策研究J.中国设备工程,2021(18).3 张玉海.化工机械密封故障原因及解决策略J.中国设备工程,2020(12).