随着变压吸附(PSA)吹扫脱碳工艺在合成氨生产中的广泛应用，如何更好地回收再生过程中的有效气体、降低消耗及提高装置效能，成为广大用户越来越关心的问题。湖北宜化集团有限责任公司针对该问题，在集团下属合成氨类子公司中进行了优化改造，取得了良好的经济效益。

湖北宜化化工股份有限公司813厂区新系统合成氨装置设计产能为420 t/d，PSA脱碳装置采用最新的吹扫净化流程，其设计二段逆放气回收至煤气柜。PSA脱碳装置运行初期，合成氨产量仅为410 t/d，且吸附压力偏低(16.9 MPa，设计值17.0 MPa)。合成氨装置未达设计产能，PSA脱碳装置吸附压力偏低是主因。二段逆放气和煤气柜煤气成分见表 1。

由表 1可以看出：二段逆放气中的有效气成分(CO+H₂)含量偏低，其体积分数仅28.8%；二段逆放气中N₂和CO₂含量相对于煤气柜煤气偏高。逆放气压力约为0.1 MPa，远高于煤气柜压力，净化逆放气流量2 250 m³/h(标态)。

逆放气回收至煤气柜对合成氨系统的影响：①逆放气反复回收和压缩，降低了压缩机一段的有效做功量；②CO₂含量偏高，增大了PSA脱碳装置入口CO₂分压，提高了一段吸附负荷；③进入PSA脱碳装置的氢氮气含量偏低，导致进入压缩机后工段的气量偏少，进而引起PSA脱碳压力下降，不利于PSA脱碳装置的运行。针对该问题，对二段逆放气的回收进行了优化改造，即将二段逆放气由回收至煤气柜改为回收至PSA脱碳装置一段。

结合逆放气特点，本次优化改造增加了1台100 m³逆放气回收缓冲罐，将二段逆放气部分回收至一段均升段。

优化改造之前和之后二段逆放气回收流程见图 1。

图 1

优化改造之前和之后二段逆放气回收流程

变压吸附脱碳装置主要是根据硅胶对CO₂的选择吸附特性，在压力变化的工况下，利用硅胶对CO₂吸附容量的变化，达到将CO₂从合成气中净化脱除并回收CO₂作为尿素生产原料的目的。

变压吸附工艺调整具有以下特点：①在相同温度下，吸附压力越高，单位吸附剂吸附CO₂容量越大^[1]；②压力越高，空速和空塔气速均下降，气体在吸附塔内有效停留时间延长，有利于CO₂气体的吸附^[2]；③补入系统的煤气量越多，越有利于系统压力的提高，对吸附越有利。

改造后，达到了预期目标，变压吸附脱碳装置压力上升、步时延长、气体损失减少、压缩机电耗下降(表 2)，合成氨装置得到有效优化。

湖北宜化化工股份有限公司813厂区新系统合成氨装置的压缩机一段进口新鲜煤气打气量增加2 250 m³/h(标态)，煤气中φ(CO+H₂)提高3%，氨产量由410 t/d提高至420 t/d，年因合成氨产量增加产生的效益为143万元左右；吨氨压缩机电耗下降21 kW·h，年节电效益为191万元左右；合计年增加效益334万元左右。优化改造措施实施前、后工艺参数对比见表 3。