淺談變壓吸附提氫裝置的操作要點

摘 要：兩股原料氣在3.2MPa（G）、溫度40℃經(jīng)混合器混合，進(jìn)入氣液分離器分離氣體中可能夾帶的游離液體后，由入口端自下而上通過正處于吸附步驟的兩臺吸附器（T0101A～L），在多種吸附劑組成的復(fù)合吸附床層的依次選擇吸附下，一次性除去氫以外的幾乎大部分雜質(zhì)，直接獲得純度大于99.9%的產(chǎn)品氫從吸附塔出口端流出，經(jīng)吸附壓力調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后，通過調(diào)節(jié)閥和管道分流50Nm3/h左右氫氣，與來自氮氣在混和器進(jìn)行混和，再進(jìn)入脫氧反應(yīng)器進(jìn)行脫氧，剩余氫氣與脫氧后的氮氣混合，經(jīng)冷卻、干燥得到合格的合成氨原料氣送入后續(xù)工段。

關(guān)鍵詞：馳放氣； 氫含量； 解析壓力； 收率

中圖分類號：TQ116.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）10-177-001

變壓吸附原理

變壓吸附技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點組份、不易吸附低沸點組份和高壓下吸附量增加（吸附組份）、減壓下吸附量減?。ń馕M份）的特性。將原料氣在壓力下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點雜質(zhì)組份被選擇性吸附，低沸點組份的氫不易吸附而通過吸附劑床層，達(dá)到氫和雜質(zhì)組份的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質(zhì)組份，使吸附劑獲得再生，以利于下一次再次進(jìn)行吸附分離雜質(zhì)。這種壓力下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)，使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸附過程。

1.產(chǎn)品氫氣控制指標(biāo)

產(chǎn)品氫氣組成：H2+N2≥99.9%（v%），Σ（CO+CO2+H2O+O2）≤10ppm；輸出壓力：≥3.00MPa（G）；輸出溫度：≤40℃

2.解吸氣控制指標(biāo)

輸出壓力：≥0.02MPa（G）；輸出溫度：≤40℃

3.工藝條件與裝置處理能力的關(guān)系原料氣組成

（1）吸附塔的處理能力與原料氣組成的關(guān)系：原料氣中氫含量越高時，吸附塔的處理能力越大；原料氣雜質(zhì)含量越高，特別是凈化要求高的有害雜質(zhì)含量越高時，吸附塔的處理能力越?。?/p>

（2）原料氣溫度：原料氣溫度越高，吸附劑的吸附量越小，吸附塔的處理能力越低；

（3）吸附壓力：原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高；

（4）解吸壓力：解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動態(tài)吸附量越大，吸附塔的處理能力越高；

（5）產(chǎn)品純度：產(chǎn)品純度越高，吸附劑的有效利用率就越低，吸附塔的處理能力越低。

4.氫氣回收率影響因素

由于PSA裝置的氫氣損失來源于吸附劑的再生階段，因而吸附塔的處理能力越高，則再生的周期就可以越長，單位時間內(nèi)的再生次數(shù)就越少，氫氣損失就越少，氫回收率就越高。

（1）不同工藝流程下的氫氣回收率

在不同的工藝流程下，所能實現(xiàn)的均壓次數(shù)不同，吸附劑再生時的壓力降也就不同，而吸附劑再生時損失的氫氣量隨再生壓力降的增大而增大。一般來講，PSA流程的均壓次數(shù)越多，再生壓力降越小，氫氣回收率越高。但從另一方面考慮，均壓次數(shù)如果過多，容易將部分雜質(zhì)帶入下一吸附塔，并在吸附塔頂部形成二次吸附，從而使該塔在轉(zhuǎn)入吸附時因頂部被吸附的雜質(zhì)隨氫氣帶出而影響產(chǎn)品氫純度。

（2）吸附壓力對氫氣回收率的影響

在一定的范圍內(nèi)，吸附壓力越高，吸附劑對各種雜質(zhì)的動態(tài)吸附量越大。在原料氣處理量和產(chǎn)品氫純度不變的情況下，吸附循環(huán)周期越長，單位時間內(nèi)解吸次數(shù)越少，氫氣回收率越高。

（3）沖洗過程對氫氣回收率的影響

由于被吸附的大量雜質(zhì)是通過產(chǎn)品氫的回流沖洗而解吸，故沖洗時間的長短、沖洗氣量的大小、沖洗速度的快慢都將影響氫氣的回收率。一般來講，沖洗時間越長，沖洗過程越均勻，沖洗氣量越大，吸附劑的再生越徹底，在純度不變的情況下，吸附時間越長，氫氣回收率越高。

（4）吸附時間（或吸附循環(huán)周期）對氫氣回收率的影響

在原料氣流量和其他工藝參數(shù)不變的條件下，延長吸附時間就意味著單位時間內(nèi)的再生次數(shù)減少，再生過程損失的氫氣也就越少，氫氣回收率越高。但是，在同樣條件下，吸附時間越長，進(jìn)入吸附劑床層的雜質(zhì)量越大，因吸附劑動態(tài)吸附量不變，故穿透進(jìn)入產(chǎn)品氫的雜質(zhì)量將增大，這勢必會使產(chǎn)品氫純度下降。由此可見，吸附時間的改變將同時影響產(chǎn)品氫的純度和收率。

5.正常運行下的操作

變壓吸附氫提純裝置在正常運行過程中的操作是非常少的，幾乎所有的調(diào)節(jié)均由計算機(jī)自動完成，應(yīng)經(jīng)常檢查所有工藝條件的準(zhǔn)確性。當(dāng)原料氣組成、壓力或流量發(fā)生變化時，應(yīng)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使產(chǎn)品氣質(zhì)量盡快達(dá)到正常狀態(tài)。

產(chǎn)品氣純度的調(diào)整

變壓吸附工藝具有產(chǎn)品純度范圍寬、且易于調(diào)整的特點。由于產(chǎn)品純度與產(chǎn)品回收率是成反比關(guān)系的，即在原料氣條件不變和吸附、解吸壓力一定的情況下，產(chǎn)品純度越高、氫氣回收率越低；產(chǎn)品純度越低、氫氣回收率越高。

調(diào)整產(chǎn)品氫純度的方法就是：延長吸附時間，則降低產(chǎn)品純度；縮短吸附時間，則提高產(chǎn)品純度；減少原料氣流量，則提高產(chǎn)品純度，當(dāng)進(jìn)行縮短吸附時間操作時，必須保證逆放過程和終充過程所需的最少時間。

結(jié)束語：在原料氣流量一定的情況下，盡量提高吸附壓力，延長吸附時間，降低解析壓力，是提高產(chǎn)品純度的最好方法。

參考文獻(xiàn)：

劉厚陽.四川天一科技股份有限公司變壓吸附技術(shù)