变压吸附工艺

变压吸附工艺变压吸附工艺在国内已经有20年的发展历程，由最初的技术水增低下，收 率低导致推广不利的局面，到逐渐更新技术，提高收率。目录1原理2用途-脱除变换气中的二氧化碳-用在尿素生产中3装置生产运行表明4去掉动力设备的全吹扫工艺5装置改进状况6优化后数据7全吹扫工艺已经开车运行企业8与传统比较1原理PSA装置的设计其实取决于净化气要求的CO2的百分比（V），越高则可在均 压设计上加多，以多回收气，尽量做到放空压力低，气体损失小。一段法因为要 求PSA装置就将出口 CO2控制在0.2%以下，均压次数过多将直接污染吸附器出 口，导致难以控制CO2浓度，所以一段法均压数不宜过多。这样，一段法放空压 力高，气体中CO2浓度不高，有效的减少气体损失大。在次种情况下，经过大时 的实地工作，从理论到实际试验，成都天立化工科技有限公司开发出了两段法， 将PSA装置分为第一段和第二段两段独立的装置，在第一段中间气出口控制在 7%-8%，可以多设定均压次数以降低逆放压力和提高放空气体中CO2浓度，有效 的减少气体。第二段将出口 CO2控制在2%以下，且将第二段放空气体返回到第 一段吸附器回收。这样就达到了提高放空气中CO2浓度的问题，相应的减少了有 效气体损失。在两段法推出后，在化肥厂得到了广泛的应用。2用途目前，变压吸附工艺在化肥厂主要用于以下两种用途。脱除变换气中的二氧化碳一种是脱除变换气中的二氧化碳，生产液氨和联醇，这种方法不回收二氧化 碳，而且应用较为普遍。用在尿素生产中另一种工艺是用在尿素生产中，除了要将变换气中的二氧化碳脱至0.2%以下 夕卜，还必须把二氧化碳提纯到98.5%以上送尿素生产，此种工艺要求比第一种要 高，因为在保证有效气体收率下又要提纯二氧化碳，难度相对大一些。但是，不 管是哪种脱碳，为提咼有效气体收率，就必须提咼解吸收空气中的二氧化碳的浓 度，减少其中有效气体的含量。所以，前述两种工艺，设计思路上是完全一样的。3装置生产运行表明该装置自2000年11月23日投运一次成功，2H后得到合格的氢氮气和二氧 化碳气体，生产运行表明：1）装置采用DCS控制，增强了稳定必减轻了劳动强度。2）C02在压缩二出口被脱除，同等气量下4M20压缩机智负荷下降（吨氨节电 40KWh）,解决了三段PC脱碳中超压问题。3）净化气中的总硫在吸咐床中被脱除，省去了二次脱硫。4）净化气中CO20.2%，降低了精炼负荷。5）因在吸附过程中损失约3.5%的氮气，使造气制气效率提高，煤耗约有降低。6）由传统的湿法脱碳改为干法脱碳后，消除了溶剂损耗，而吸附剂使用寿命 长，进一步降低了操作费用。（注：全国吸附剂生产商中，山东辛化集团与四川 某科技股份有限公司联手协作开发的变压吸附专用硅胶，针对变压吸附气体分离 技术研究开发的专用吸附剂。通过特殊的吸附剂生产工艺，控制吸附剂的孔径分 布和孔容，改变吸附剂的表面物理化学性质，使其具有吸附容量大，吸附、脱碳 速度快，吸附选择性强，分离系数高的特点，包装和规格可根据用户需求定制。 本产品由四川某科技股份有限公司监制。）7）工艺简单，开停车方便，设备维修费用低。在本装置中，无任何气体返回系统，吨氨电耗在98KWH左右，在无任何气体 返回系统的情况下，氢气收率97%,氮气收率为92%：在气体返回系统的情况下， 氢气收率99%，氮气收率为96%。两段法变压吸附尿素脱碳工艺的优势已经体现 出来，变压吸附尿素脱碳工艺的优势已经体现出来，变压吸附尿素脱碳在低压下 (如0.65MPA)也能很好地将净化气中的二氧化碳控制在0.1%-0.2% (V)以内， 操作稳定方便。而湿法脱碳需要在较高压力下(如1.6MPA)才能将净化气中的 二氧化碳控制在0.2% (V)以内，碳丙脱碳需要在更高压力下(一般2.7MPA)才 能将净化气中的二氧化碳控制在0.2% (V)以内。湿法脱碳需要把变换气中的硫 化氢脱到20-30mgNm3以下，而变压吸附尿素脱碳则不需要对变换气进行脱硫， 变换气可直接进入变填充吸附尿素脱碳装置。变压吸附尿素脱碳所用的吸附剂对 人体没有毒性，对脱碳设备也没有腐蚀性。所有湿法脱碳均有不同程度的损耗， 因此而增加的操作过程中，不会消耗吸附剂，因操作失误使吸附剂失活，可通过 加温活化恢复到原来的性能。对湿法脱碳而言，操作一段时间后，溶剂将发生起 泡和降解，脱碳效果降低，操作费用增高。变压吸附尿素脱碳所用的吸附剂在正 常操作条件下，其性能不会下降，非常稳定。在本工艺中，变压吸附的优势已经 一展无余，保证了性能，运行费用大大优于湿法脱碳。4去掉动力设备的全吹扫工艺为了进一步提高有效气体收率以及降低运行成本，成都天立化工科技有限公 司技术人员又从吸附剂选型，工艺技术，程控阀寿合等方面进行深入细致的开发 研究和不断改进，在宜化的几个PSA装置上反复论证，不断实验，开发出了成熟 的去掉所有动力设备的变压吸附工艺。本新工艺，在原来的专利技术的两段法变 压吸附尿素脱碳工艺基础上，减少了无用气体的排放量，降低了排放气体中有效 气体的含量，利用本身气体压变的动能化替真空设备，从而达到了进一步提高有 效气体的收率和吨氨消耗想当于原来十分之一的效果。并且，新工艺已经成功运 用在了目前世界上最大气量的装置上。山东瑞星生物化工股份有限公司14600NM3/H变压吸附脱附装置，是成都天 立化工科技有限公司建成的世界上最大的和技术最先进的变压吸附脱碳置，装置 于2005年1月投产，一次开车成功，产品二氧化碳纯度98.2%-98.5%。整装置 去掉了所有的动力设备，除仪表和液压泵站处，没有任何电耗，PSA尿素脱装置 工艺简单，操作稳定，能耗低，维修费用低，净化提纯指标好而稳定。5装置改进状况本装置的流程之前工艺的基础上有了以下改进：1）提纯段通过调整优化流程，达到了可以回必净化段更多气体以及保证产品 气CO2纯度的；2）提纯段去掉了所有动力设备，完全依靠自身解吸和净化段放空气体过来吹 扫解吸，达到了降低动力消耗的目的：低动力消耗的目的，实现了重大的技术突 破；3）提纯段的均压方式进行了调整优化，且取得了良好的效果，使得有效气体 回收的更充分；4）净化段根据净化气要求来设置合理的均压次数，目的是为自身吹扫的气源 得到保证以及保证净化气指标；5）净化段对均压的方式也进行了调整优化，使得有效气体回收的更充分；6）净化段设置了吹扫这一全新的工序，利用本身的气体对自身进行吹扫解 吸，其作用完全代替了动力设备，而且实践证明效果更优于动力设备。6优化后数据经过以上的改进优化，开车后本装置运行稳定，气体放空的气量减少，放空 气体中的有效气体减少，而且送尿素用的产品气二氧化碳指标稳定，净化气的二 氧化碳指标控制灵活。实际运行吨氨电耗4度左右，冷却水每小时1T左右。合 成氨产量与原来的碳丙相比提高2%左右。于2005年8月开车的渤海化工集团天 津碱厂处理变换4000NM3/H变压吸附脱碳装置（生产纯碱），比之前的全吹扫工 艺流程进行了细节调整。本装置难度相对大，因为原料组成CO224.13%， H236.9%CH22.33%，N24.03%，可以看到CO含量很高,而CO2的含量低于CO含量， 对于脱碳工艺来说，这种成分最不利因为CO2的分才低于CO分压，这样，CO被 大量吸收，直接带来整个装置CO收率相当。CO的收率问题，一直是个难题，多 年来难参摆脱收率低的局面，特别是针对上述气体成分，更加困难，成都天立化 工科技有限公司在山东瑞星装置的基础上，又时流程加以优化，天津碱厂处理变 换气40000NM3/H变压吸驸脱碳装置开车后，COH2收率达到了 98%。经过不断的总结经验，及时纠正思路不当之处，调整，优化工艺。湖北宜化 集团贵州兴义化肥厂设计的处理变换气12000NM3/H变压吸附脱附脱碳装置（生 产尿素）变换压力为2.0MPA变压吸附第一段和第二段吸附压力为1.8-1.9MPA， 净化气中二氧化碳含量0.5% （V）第二段的放空气基本上完全返回逢一段回收， 而第一段的放空气体中二氧化碳浓度又在新工艺的调整下又有增高，大幅度减速 少了有效气体的排放量。7全吹扫工艺已经开车运行企业除上述装置之外，目前国内多装置采用此全吹扫工艺已经开车运行的有：湖 北枝江三宁化工有限公司处理变换气30000NM3/H变压附脱碳装置（生产液氨）， 辽宁风城化肥厂处进变换气21000NM3/H变压吸附脱碳装置（生产液氨），湖南 安乡化肥厂处进变换气1500NM3/H变压吸附脱碳装置（生产液氨），其中年产量 过16万T的装置有：内蒙乌拉山化肥厂处理变换气96000NM3/H变压吸附脱碳装 置、湖南当阳华强化工有限公司处理变换气88000nm3/H变压吸附脱附碳装置， 净化气中二氧化碳含量一般在0.2% （V），氢气回收率大于99.5% （V）氮气回收 率大于98%（V），没有动力设备电耗。8与传统比较在近几年不断的技术创新中，两段法变压吸附专利技术应用遍及全国，与传 统的NHD法，改良碳丙法（PC），改良MDEA法及改良热钾碱法等相比，具有流 程简单，工艺操作简便弹性大，运行费用低自动化程度等优点，两段法变压吸附 技术取代正在运行的上述湿法脱碳装置，不到两年的时间内即可收回全部投资， 随着能源的紧张，两段法变压吸附专利技术省电和节煤的优势更趋明显。