變壓吸附提純CO裝置技術(shù)改造研究

吳紅勇

（安陽(yáng)九天精細(xì)化工有限責(zé)任公司，河南安陽(yáng) 455133）

變壓吸附提純CO裝置是變壓吸附提純技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)保障，隨著科技水平的提高與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的累積，對(duì)于變壓吸附提純CO裝置技術(shù)的改造方案逐步優(yōu)化，在確保裝置運(yùn)行安全穩(wěn)定的情況下，提高提純度，降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益增加是裝置技術(shù)改造的根本目的。

1 變壓吸附技術(shù)特點(diǎn)

Pressure Swing Adsorption，中文名為變壓吸附技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)PSA，是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最廣泛，接受程度最高的新型氣體吸附分離技術(shù)。這主要是因?yàn)樽儔何郊夹g(shù)在應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)突出，特點(diǎn)明確，具體表現(xiàn)在原料氣適用范圍廣、預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單、滿足常溫運(yùn)行條件、配套裝置自動(dòng)化程度高、運(yùn)行成本低、節(jié)能環(huán)保、提純度高等方面。特別是在提純CO時(shí)，能夠在CO含量極低的原料氣中實(shí)現(xiàn)高回收率的CO回收，這是低溫法、電解法等傳統(tǒng)方法所不具備的技術(shù)特點(diǎn)。

2 變壓吸附提純CO裝置技術(shù)改造解決的問(wèn)題

車(chē)間內(nèi)現(xiàn)有的PSA-Ⅱ的抽真空分為三步，第一步是抽真空一，第二步是沖洗抽真空，第三步是抽真空二。經(jīng)過(guò)進(jìn)行取樣分析，PSA-Ⅱ在抽真空一時(shí)的氣體組分中CO含量達(dá)到了50%以上，大量的CO被放空，不僅降低了PSA的回收率，而且還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

上述情況是對(duì)變壓吸附提純CO裝置進(jìn)行技術(shù)改造的出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)于此對(duì)PSA進(jìn)行的改造，主要是將原來(lái)的抽真空一進(jìn)行回收。在PSA-Ⅱ的真空泵出口增加兩臺(tái)程控閥，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間在抽真空一時(shí)新增程控閥1打開(kāi)，新增程控閥2關(guān)閉，將CO含量較高的抽真空氣回收。當(dāng)運(yùn)行時(shí)間在沖洗抽真空或抽真空二時(shí)，程控閥2打開(kāi)，1閥關(guān)閉，此時(shí)將CO含量較低且沒(méi)有回收價(jià)值的抽空氣進(jìn)行放空。

抽真空一時(shí)間的長(zhǎng)短取決于抽空氣的組分，只要CO含量在50%以上可回收，如果低于50%，可適當(dāng)縮短抽真空一的吸附時(shí)間。否則將會(huì)對(duì)原料粗煤氣造成影響。

經(jīng)過(guò)測(cè)算，抽真空一每小時(shí)回收氣體1 170m3，CO氣體組分在50%～55%。也就是每小時(shí)增加產(chǎn)品氣量約為585m3。每千立方CO可以降低焦炭消耗69kg，全月可節(jié)約焦炭成本約43萬(wàn)元左右。

由于PSA系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)產(chǎn)品氣純度和產(chǎn)品氣回收率較好，也能避免雜質(zhì)穿透事故。雖然在實(shí)際過(guò)程中原料氣、產(chǎn)品氣壓力、流量會(huì)呈現(xiàn)一些小的波動(dòng)，但每一個(gè)分周期內(nèi)其趨勢(shì)應(yīng)該是保持一致的，但是實(shí)際情況是一個(gè)周期與正常趨勢(shì)有偏差，為此懷疑可能有故障存在。

3 變壓吸附提純CO裝置技術(shù)改造引用的工藝方法

3.1 均壓工藝

均壓工藝，即需降壓解吸的吸附床分別向需升壓的不同的吸附床充壓，需降壓解吸的吸附床壓力逐級(jí)下降，而需升壓的吸附床的壓力得到逐級(jí)升高，從而使吸附床降壓排出的有用氣體得到有效利用，提高回收率。均壓步驟的主要作用就是回收吸附床降壓時(shí)排出的有用氣體。所以均壓工藝的使用一定要規(guī)范到位，因?yàn)榫鶋汗に嚨氖褂檬翘岣弋a(chǎn)品CO回收率的最有效工藝。

3.2 順?lè)艢夤に?/h3>

為了充分回收床層死空間內(nèi)的有效氣體組分CO，除均壓工藝外，還引用了順?lè)艢夤に?，根本目的是充分回收吸附塔床層上部的有效氣體CO組分，從而提高CO的提純率。

在順?lè)胚^(guò)程中，順?lè)艢庵蠧O組分含量較高，其含量大于或等于粗煤氣中的CO含量，直接返回原料氣緩沖罐與粗煤氣進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)原料氣壓縮機(jī)壓縮后作為原料氣重復(fù)繼續(xù)使用，最大限度提高產(chǎn)品CO的回收率。

PSA-Ⅰ順?lè)攀峭ㄟ^(guò)程控閥KV406和順?lè)帕髁空{(diào)節(jié)閥HV-402，將順?lè)艢庵杏行ЫM分CO含量較高的部分返回到原料氣壓縮機(jī)入口進(jìn)行回收再利用。

3.3 均壓工藝與順?lè)艢夤に嚨慕Y(jié)合點(diǎn)

順?lè)殴に嚨牟叫蛟O(shè)置應(yīng)在兩次均壓的中間，通過(guò)使用色譜分析儀對(duì)順?lè)艢獾那捌?、中期、后期的分析?shù)據(jù)得出，順?lè)徘皦毫?.28MPa，順?lè)沤Y(jié)束后壓力是0.15MPa左右。順?lè)艍毫Φ陀?.15MPa以后，順?lè)艢庵械碾s質(zhì)會(huì)逐漸增多，最終影響原料粗煤氣的質(zhì)量，所以必須要嚴(yán)格控制順?lè)艜r(shí)間。

4 變壓吸附提純CO裝置技術(shù)改造的關(guān)鍵指標(biāo)

4.1 產(chǎn)品氣質(zhì)量

產(chǎn)品氣質(zhì)量與回收率的關(guān)系根據(jù)變壓吸附技術(shù)原理可知，產(chǎn)品氣質(zhì)量與回收率呈反比關(guān)系，產(chǎn)品氣質(zhì)量越高產(chǎn)品組分回收率相應(yīng)降低。反之，產(chǎn)品氣質(zhì)量要求越低，CO回收率越高。在實(shí)際生產(chǎn)中，不應(yīng)片面追求產(chǎn)品氣純度，而應(yīng)結(jié)合當(dāng)時(shí)實(shí)際工況及實(shí)際需要出發(fā)來(lái)調(diào)整純度，得到較好的CO回收率，以獲得較高的收率和效益。

4.2 塔的再生情況

PSA過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常關(guān)鍵是看塔的再生狀況是否良好，系統(tǒng)操作失誤會(huì)立即或逐漸使吸附器再生惡化，由于PSA是周期性循環(huán)過(guò)程，因此只要一個(gè)塔再生惡化，就會(huì)很快波及和污染到其他塔，最終導(dǎo)致氣質(zhì)的下降。吸附塔內(nèi)的吸附劑對(duì)雜質(zhì)的吸附能力是有限的，一旦處理氣量增大就應(yīng)該相應(yīng)縮短吸附時(shí)間，氣質(zhì)不合格時(shí)一定要立即縮短吸附時(shí)間，以提高吸附壓力。如果不及時(shí)調(diào)整吸附時(shí)間，雜質(zhì)就會(huì)很快污染產(chǎn)品氣，造成產(chǎn)品不合格。吸附劑的再生方式主要是順?lè)?、逆放、抽真空、沖洗抽真空，如果由于設(shè)置的抽空時(shí)間不夠或真空系統(tǒng)出現(xiàn)故障和其他原因，使吸附塔真空度不夠，會(huì)造成吸附塔中的雜質(zhì)未能徹底解吸，最終影響吸附劑再生效果，從而影響氣質(zhì)和回收率，這時(shí)可相應(yīng)調(diào)整時(shí)間，使抽真空時(shí)間加長(zhǎng)，或檢查真空系統(tǒng)確定是否存在問(wèn)題。

吸附時(shí)間越長(zhǎng)，消耗越低，PSA出口的雜質(zhì)含量越高，則吸附塔的再生需要更長(zhǎng)的時(shí)間。如果再生時(shí)間不夠，吸附劑中所吸附的分子沒(méi)有完全解析出來(lái)，會(huì)造成穿透事故，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)縮短吸附劑的使用壽命。吸附時(shí)間越短，消耗越高，PSA出口的雜質(zhì)含量越低。

4.3 操作時(shí)間設(shè)定

操作時(shí)間的設(shè)定直接影響產(chǎn)品回收率的高低，正確的操作時(shí)間設(shè)定，可獲得最大的經(jīng)濟(jì)利益。例如PSA-Ⅱ抽真空二的時(shí)間設(shè)定取決于抽真空的壓力，在真空末期，真空泵的抽氣量最小，此時(shí)真空泵做的功可以忽略為零。所以在抽真空末期，如果真空度不再變化，那么剩余的抽真空時(shí)間就是多余的，可以將這部分時(shí)間移至其他步驟，如均壓、沖洗、置換等步驟。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于變壓吸附提純CO裝置技術(shù)的改造，要從實(shí)際情況出發(fā)，通過(guò)科學(xué)的理論指導(dǎo)與大量實(shí)踐試驗(yàn)確定改造方向與技術(shù)方案，從而實(shí)現(xiàn)變壓吸附提純CO裝置技術(shù)改造后，能夠帶來(lái)更好的提純效果，實(shí)現(xiàn)更高的提純效率。