變壓吸附脫碳

1、山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))股份有限公司臨猗分公司50000 m 3/h變壓吸附脫碳變壓吸附裝置在我公司的應(yīng)用山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司臨猗分公司 摘要：介紹了我公司變壓吸附脫碳工藝的流程和裝置的亮點(diǎn)及變壓吸附工藝節(jié)能環(huán) 保的、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，對(duì)新建合成氨廠的凈化工藝的選擇提供了借鑒。關(guān)鍵詞：變壓吸附脫碳；裝置的亮點(diǎn)；節(jié)能環(huán)保；投資1 變壓吸附脫碳項(xiàng)目簡(jiǎn)介1.1 概述臨猗分公司50000m 3/ h變壓吸附裝置由成都華西化工科技有限公 司設(shè)計(jì)并負(fù)責(zé)提供界區(qū)內(nèi)的程控閥、吸附劑及真空泵等設(shè)備，項(xiàng)目于 2008年三月份動(dòng)工， 2009年7月投運(yùn)，總投資約 2700萬(wàn)元。裝置投運(yùn) 后整體運(yùn)行

2、良好， 各項(xiàng)主控指標(biāo)均能達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求， 有效氣體的 回收率達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。1.2 裝置的亮點(diǎn)1.2.1 吸附塔分布器結(jié)構(gòu)合理，減少了床層死空間，有利于提高有 效氣體的回收率；1.2.2 兩段運(yùn)行采用同步工藝，在設(shè)備數(shù)量和管道不增加的前提 下，多了一次均壓，有利于提高有效氣體的回收率；1.2.3 兩段采用雙塔同時(shí)抽真空， 同單塔抽真空相比， 抽空時(shí)間長(zhǎng)， 吸附劑的解吸時(shí)間長(zhǎng)， 吸附劑利用率高， 真空泵的能耗分布更合理， 有 利于控制產(chǎn)品二氧化碳的品質(zhì)。2 變壓吸附脫碳主要指標(biāo)本裝置以變換氣為原料，采用兩段變壓吸附工藝分離并提純變換氣中 CO2 的成套裝置。裝置設(shè)計(jì)處理能力：5000

3、0Nrr/h設(shè)計(jì)壓力：1.7MPa凈化氣中CO含量：w 0.4%全系統(tǒng)壓差：w 0.08MPaCO氣體純度：98.5%3流程簡(jiǎn)述3.1流程簡(jiǎn)圖PSA- U次順?lè)艢?.2文字流程本裝置采用兩段VPSA工藝流程，第一段PSA-I工序采用12-2- 11D-12R/ VPSA流程用于變換氣中 CO提純；第二段 PSA-II工序 采用12-2- (11D+PP1+PP) -11R/VPSA流程用于脫除變換氣中的剩余CG。3.2.1 PSA -I 工序流程PSA-I工序采用12-2- 11D-12R/ VPSA流程，由12臺(tái)吸附塔、3臺(tái)CO緩沖罐、1臺(tái)分液罐、4臺(tái)均壓罐、3臺(tái)真空泵組成，其工作過(guò)程包 括

4、吸附、均壓、逆放、真空、升壓等過(guò)程，具體描述如下：a. 吸附過(guò)程壓力為1.7Mpa的變換氣自裝置外來(lái)，經(jīng)分液罐中分離掉其中夾帶 的液滴，然后自塔底進(jìn)入 PSA-I工序中正處于吸附狀態(tài)的吸附塔（同時(shí)有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在多種吸附劑的依次選擇吸附下， 其中的HOCO等組分被吸附下來(lái)，未被吸附的中間凈化氣從塔頂流出， 經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后去 PSA-II工序進(jìn)一步脫出CO2當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿（稱為吸附前沿）到達(dá)床層出口預(yù)留段 時(shí)，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進(jìn)料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附。吸附 床開(kāi)始轉(zhuǎn)入再生過(guò)程。b. 均壓降壓過(guò)程這是在吸附過(guò)程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氮 氣

5、及一氧化碳放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過(guò)程，該過(guò)程 不僅是降壓過(guò)程，更是回收床層死空間氫氮?dú)饧耙谎趸嫉倪^(guò)程，本 流程共包括11次均壓降壓過(guò)程以保證氫氮?dú)饧耙谎趸嫉某浞只厥?。c. 順?lè)胚^(guò)程均壓結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)余壓氣體順著吸附方向進(jìn)行順?lè)呕厥眨樂(lè)艢夥祷貧夤瘛. 逆放過(guò)程這是在均壓過(guò)程結(jié)束后，逆著吸附方向進(jìn)行減壓，使被吸附的CO 減壓解吸出來(lái)的過(guò)程。逆放解吸出來(lái)的產(chǎn)品CQ進(jìn)緩沖罐，采用分級(jí)逆放及調(diào)節(jié)，可保證輸出的 CQ壓力及純度穩(wěn)定。e. 真空過(guò)程這是在逆放過(guò)程結(jié)束后，逆著吸附方向?qū)ξ剿檎婵眨M(jìn)一步 降低壓力，使被吸附的 CO完全解吸出來(lái)的過(guò)程。真空解吸出來(lái)氣體進(jìn) CO進(jìn)緩沖罐

6、。f. 預(yù)升壓過(guò)程在真空再生過(guò)程完成后，用來(lái)自二段吸附塔的較高壓力氫氮?dú)饧?一氧化碳對(duì)該吸附塔進(jìn)行預(yù)升壓的過(guò)程，這一過(guò)程與均壓降壓過(guò)程相 對(duì)應(yīng)，不僅是升壓過(guò)程，而且更是回收二段吸附塔的床層死空間氫氮 氣及一氧化碳的過(guò)程。其目的是盡可能提高氫氮?dú)饧耙谎趸嫉幕厥?率。g. 均壓升壓過(guò)程用來(lái)自其它吸附塔的較高壓力氫氮?dú)饧耙谎趸紝?duì)該吸附塔進(jìn)行 升壓的過(guò)程，這一過(guò)程與均壓降壓過(guò)程相對(duì)應(yīng)，不僅是升壓過(guò)程，而 且更是回收其它塔的床層死空間氫氮?dú)饧耙谎趸嫉倪^(guò)程，為保證氫 氮?dú)饧耙谎趸嫉幕厥章?，本裝置包括12次均壓升壓過(guò)程。h. 產(chǎn)品氣升壓過(guò)程在12次（含預(yù)升壓過(guò)程）均壓升壓完成后，利用二段吸附塔的高

7、壓氣對(duì)一段一均升結(jié)束后的吸附塔進(jìn)行預(yù)終充，接著進(jìn)行終充。為了 使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過(guò)程中 不發(fā)生波動(dòng)，需要通過(guò)升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用中間凈化氣將吸附 塔壓力升至吸附塔的工作壓力。經(jīng)這一過(guò)程后吸附塔便完成了一個(gè)完整的“吸附-再生”循環(huán)，又 為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。12個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作（始終有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）即可實(shí)現(xiàn)CO氣體的連續(xù)分離與提純。322 PSA- H段工序流程PSAI 工序采用 12-2- （11D+P1+PP -11R/VPSA流程，由 12 臺(tái)吸 附塔、4臺(tái)均壓罐、1臺(tái)順?lè)呕厥展蕖?臺(tái)真空泵等設(shè)備組成，其工作 過(guò)程包括

8、吸附、均壓、順?lè)牛≒P）、逆放、真空、升壓等過(guò)程，具體描述 如下：a. 吸附過(guò)程來(lái)自PSA-I工序的中間凈化氣自裝置外來(lái)，自塔底進(jìn)入PSA-II工序中正處于吸附狀態(tài)的吸附塔（同時(shí)有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在CQ專用吸附劑的選擇吸附下，其中剩余的CQ被吸附下來(lái)，未被吸附的氫氮?dú)饧耙谎趸嫉茸鳛閮艋瘹鈴乃斄鞒觯细駳怏w經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后送出界區(qū)。當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿（稱為吸附前沿）到達(dá)床層出口預(yù)留段 時(shí)，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進(jìn)料閥。b. 一次順?lè)胚^(guò)程將吸附塔內(nèi)高壓氣體送至一段， 給一段一均升結(jié)束后的吸附塔進(jìn)行 預(yù)終充，預(yù)終充完成后吸附床開(kāi)始轉(zhuǎn)入再生過(guò)程。c. 均壓降壓過(guò)程這是在吸附過(guò)程結(jié)

9、束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氮 氣及一氧化碳放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過(guò)程，該過(guò)程 不僅是降壓過(guò)程，更是回收床層死空間氫氮?dú)饧耙谎趸嫉倪^(guò)程，本流程共包括11次均壓降壓過(guò)程以保證氫氮?dú)饧耙谎趸嫉某浞只厥?。d. 二次順?lè)胚^(guò)程均壓結(jié)束后，將余壓氣體順著吸附方向進(jìn)行順?lè)呕厥?，順?lè)艢夥祷匾欢危瑢?duì)一段再生完成的吸附塔進(jìn)行預(yù)升壓。e. 逆放過(guò)程順?lè)沤Y(jié)束后，逆著吸附方向?qū)⑺?nèi)余壓降至常壓。f. 真空過(guò)程這是在逆放過(guò)程結(jié)束后，逆著吸附方向?qū)ξ剿檎婵?，進(jìn)一步 降低壓力，使被吸附的 CO完全解吸出來(lái)的過(guò)程。真空解吸氣放空。g. 均壓升壓過(guò)程在真空再生過(guò)程完成后，用來(lái)自其它吸附塔的較高壓力

10、氫氮?dú)饧?一氧化碳對(duì)該吸附塔進(jìn)行升壓的過(guò)程，這一過(guò)程與均壓降壓過(guò)程相對(duì) 應(yīng)，不僅是升壓過(guò)程，而且更是回收其它塔的床層死空間氫氮?dú)饧耙?氧化碳的過(guò)程，為保證氫氮?dú)饧耙谎趸嫉幕厥章剩狙b置包括11次均壓升壓過(guò)程。h. 產(chǎn)品氣升壓過(guò)程在均壓升壓過(guò)程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次 吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過(guò)程中不發(fā)生波動(dòng)，通過(guò)升壓調(diào)節(jié)閥緩慢 而平穩(wěn)地用凈化氣將吸附塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)這一過(guò)程后吸附塔 便完成了一個(gè)完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了準(zhǔn) 備。12個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作（始終有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）即可實(shí)現(xiàn)CQ氣體的連續(xù)分離與凈化。4裝置運(yùn)行情況分

11、析4.1變壓吸附脫碳和MDEA脫碳主要工藝運(yùn)行參數(shù)對(duì)比項(xiàng)百單位MDEA脫碳變壓吸附脫碳處理氣量（Nm3）4000040000原料氣進(jìn)口壓力（MPa）1.71.7原料氣中CO 2含量（）25 2725 27系統(tǒng)壓差（MPa）0.030.05凈化氣中CO 2含量（）1.10.8CO2純度（）97.898.54.2各項(xiàng)消耗及成本對(duì)比變壓吸附脫碳和MDEA脫碳主要消耗對(duì)比冰消耗、電耗KWh/tNH汽耗T/tNH循環(huán)水消耗T/tNH油耗k g/tNH變壓吸附脫碳6400.40.3MDEA脫碳901.020消耗差士261.01.6-0.3變壓吸附脫碳和MDEA脫碳消耗成本對(duì)比項(xiàng)”電成本元/tnh3汽成本元

12、/tnh3循環(huán)水消耗元/tnh3油耗元/tnh3變壓吸附脫碳17.9200.0440.48MDEA脫碳25.21080.220成本差士7.281080.176-0.484.3運(yùn)行情況對(duì)比4.3.1所用吸收劑對(duì)比(1) MDEA脫碳所用吸附溶液MDEA單耗為0.29 kg / TN H 3,單價(jià)15.8元/ kg,活化劑單耗 0.058 kg / TNH 3，單價(jià)22.21 元/ kg,噸氨液成本 6.87元/ TNH 3；(2) 變壓吸附所用吸附劑單耗為0.2 kg / TNH 3,單價(jià)6元/ k g,噸氨吸附劑成本1.2元/ TNH 3，比MDEA脫碳吸收劑噸氨成本 減少5.67元。4.3.2氣體損失對(duì)比(1)變壓吸附裝置投運(yùn)后，氫氮?dú)怏w損失略有增加，二分廠綜合 氨日產(chǎn)量由同期236噸降為233噸，噸氨成本增加(236-233 ) X 1732 一 233= 22.3 元；合計(jì)：7.28+108+0.176-0.48+5.67-22.3= 98.346 元/ 噸年效益增加：98.346