尾氣吹掃法變壓吸附技術的應用

郭向東 包磊磊 梁 群 顧 群

（兗礦國泰化工有限公司，山東 滕州 277527）

經(jīng)驗交流

尾氣吹掃法變壓吸附技術的應用

郭向東 包磊磊 梁 群 顧 群

（兗礦國泰化工有限公司，山東 滕州 277527）

應用尾氣吹掃法變壓吸附技術凈化醋酸生產(chǎn)用水煤漿氣化爐氣源，分析了裝置運行中氣源（環(huán)境）溫度、再生吹掃氣量、接收原料氣組分對系統(tǒng)收率及分離效果的影響。結果表明，在保證小于50℃的情況下，氣源溫度適當?shù)奶岣哂欣谔岣呦到y(tǒng)有效氣的收率；在吹掃階段700～900 m3（標準狀態(tài)）的吹掃氣體體積流量為合適；氣源有效氣組分含量越高收率越高。

變壓吸附；吹掃；溫度；組分

煤制工藝氣的凈化分離方法很多，目前國內(nèi)外采用的方法大多為聚醇醚（NHD）法、低溫甲醇洗、深冷法、膜分離法和變壓吸附（PSA）法等。某公司的300 kt/a醋酸生產(chǎn)裝置，通過多次考察和論證，最終決定采用工藝簡單、操作方便、自動化程度高、運行費用低的尾氣吹掃法PSA氣體分離技術凈化水煤漿氣化爐氣源。

尾氣吹掃法PSA氣體分離技術，不僅能滿足醋酸生產(chǎn)CO的需要，同時還向甲醇系統(tǒng)提供氫氣混合氣進行CO、H2的工藝配比，減輕甲醇變換系統(tǒng)的負荷，并向富氧造氣爐供CO2，實現(xiàn)CO2氣的資源化利用。

1 工藝流程

氣體凈化分離單元采用尾氣吹掃法PSA工藝，屬PSA工藝的拓展開發(fā)。該技術利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過周期性的壓力變換過程實現(xiàn)氣體的分離或提純。由于采取了尾氣吹掃技術，裝置3級分離沒有采用常規(guī)的抽真空工藝，因此減少了項目在動力設備上的投資，節(jié)約了運行費用。流程如圖1。

進入氣體凈化分離單元原料煤氣主要來自1 kt/d水煤漿加壓四噴嘴氣化爐裝置，其溫度≤40℃，壓力3.5 MPa（表壓），平均組成見表1。

尾氣吹掃法PSA凈化后可提供的氣體規(guī)格見表2。

表1 原料煤氣組成Tab 1 Gas composition

表2 凈化氣體規(guī)格Tab 2 The standard of cleaned gas

2 運行分析

為提高裝置的產(chǎn)能，使之能夠安全、穩(wěn)定、高效、長周期運行，對裝置運行后相關數(shù)據(jù)進行了收集、分析，以優(yōu)化裝置處理能力。

2.1 氣源溫度的影響

氣源溫度對PSA裝置分離有很大的影響，如果產(chǎn)品為非吸附項，溫度越低，吸附劑的吸附能力增大，（相同氣量、相同氣體組成）循環(huán)時間可以適當延長，放空頻次減少，尾氣損失減少；如果產(chǎn)品為吸附項，則反之。同時氣源溫度對吸附劑的解析也有很大影響，溫度適當提高，吸附項的解析更徹底，吸附劑再生會更好，利于吸附循環(huán)的進行。

PSA I和PSA II主要是為了脫除CO2和H2S+COS 等氣體，非吸附項為有效氣（CO＋H2），PSA III的目的是對CO和H2進行分離，吸附項為CO，非吸附項為H2。在進入裝置氣體相同流量、組成的情況下，冬天溫度低，有利于吸附劑的吸附但不利于非吸附項的解析；夏天溫度高，影響了吸附劑的吸附能力，但非吸附項解析徹底又增加了吸附劑的吸附能力。圖2是根據(jù)收集的2010年裝置運行數(shù)據(jù)處理后，得出的月份與有效氣平均收率關系。

圖2 2010年月份與有效氣平均收率關系Fig 2 The effective average gas absorbing in every month of 2010

由圖2可知，溫度變化會對吸附劑的解析能力和吸附能力產(chǎn)生影響，解析能力對收率和產(chǎn)能的影響要高于吸附能力的變化造成的影響。冬季有效氣收率偏低，同時在其他條件一致的情況下CO的產(chǎn)率也偏低；夏季有效氣收率較高，同時CO氣的產(chǎn)量也容易提高。

季節(jié)的變化對裝置的收率產(chǎn)能有很大的影響，同樣白天和夜晚溫差的變化對系統(tǒng)也有一定的影響，裝置中的緩沖罐內(nèi)為PSA III吸附項解析產(chǎn)出的CO氣，其向后輸送氣量恒定，在循環(huán)時間等一切條件不變的情況下，白天氣溫偏高裝置產(chǎn)能提高，緩沖罐壓力較高，夜晚相反。

2.2 吹掃氣量的影響

一般的PSA裝置為了保證吸附劑的有效再生，多選用真空泵抽真空的形式。本裝置為了減少動力設備投資，節(jié)約運行中的電耗，主要采用了尾氣吹掃再生法。為保證吸附劑再生效果，試車階段針對每一級的吹掃氣量和效果進行了分析，得出了最佳的再生吹掃氣量，見圖3。由圖3可知，無論是三吹二、二段自身吹掃還是二吹一，加大吹掃流量有利于解析雜質(zhì)，提高吸附劑的再生效果，但吹掃過量又會影響系統(tǒng)整體收率。

圖3 三吹二氣體流量與收率的關系Fig 3 The relationship of gas flow and its yeild

同時吹掃氣的質(zhì)量對吹掃效果影響也很大，質(zhì)量越高吹掃效果越好。

2.3 原料氣組分的影響

入裝置原料氣體組分對PSA氣體分離有直接的影響，原料氣體有效氣純度越高，收率相應增高，同時裝置處理氣量能力增大。如表1所示，為氣化爐煤種及配比較好時產(chǎn)出工藝氣的組分，相應本PSA裝置處理能力和收率較好。但當氣化爐所燒煤種較差時，工藝原料氣組分中的CO2含量較大，有時能達到體積分數(shù)19%，這時裝置的收率會受到很大影響，同時CO的產(chǎn)量降低。

3 結論

通過對尾氣吹掃法PSA裝置近2年的運行工藝數(shù)據(jù)的收集和分析，得出如下結論：

1)在保證小于50℃的情況下，氣源溫度適當?shù)奶岣哂欣谔岣呦到y(tǒng)有效氣的收率。不能片面的認為溫度越低越利于PSA系統(tǒng)。

2)尾氣吹掃法PSA系統(tǒng)，吹掃氣量對有效氣收率來說具有雙重性。吹掃氣量的選擇是一個長期的逐漸的摸索確定過程，最佳的吹掃氣量才能對應最高的氣體收率。就本裝置而言，在吹掃階段700～900 m3（標準狀態(tài)）的吹掃氣體體積流量最合適。

3)氣源組分及其組分的穩(wěn)定對PSA系統(tǒng)也很重要，有效氣組分含量越高，收率的控制才能越高，同時也要防止因組分不穩(wěn)定操作頻繁造成不必要的放空浪費。

該公司的PSA裝置，氣源壓力3.5 MPa（表壓），是國內(nèi)吸附壓力最高的PSA裝置之一，同時也是國內(nèi)首套以水煤漿氣化爐為氣源的PSA裝置。作為煤炭資源豐富的我國，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源的需求會越來越高，煤制氣的需求也會越來越高，同時傳統(tǒng)高耗的、有效氣產(chǎn)出比低的造氣方式會逐漸淘汰，先進的水煤漿和粉煤氣化裝置會得到快速的發(fā)展，本裝置的運行成功，對國內(nèi)煤化工的氣體分離工藝選擇及PSA裝置使用，起到一定的借鑒作用。

The Application of End Gas Purge Method Pressure Swing Adsorption

Guo Xiangdong,Bao Leilei,Liang Qun,Gu Qun

(Yancon Cathay Coal Chemicals Co,Ltd,Tengzhou,Shandong 277527)

Using end gas purge method pressure swing adsorption technology to purify the source gas which produced from coal slurry gasifier used in ethylic acid production.And analyzed the effect of source gas temperature,regeneration air flow,feed gas absorbing component on system absorb rate and separating effect.The result shows that when the temperature below than 50℃，the higher of the source gas temperature，the better the absorbing rate is.And the best gas flow is under the standard purging situation of 700～900 m3.Effective gas component content of source gas is proportionate to the yield.

PSA;Purging gas;Temperature;Component

TQ

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.04.016

2011-05-04；

2011-06-08