1、2022-10-72022-10-7 与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术之所以能得到如此迅速的发展是与其具有的下列特点分不开的。之所以能得到如此迅速的发展是与其具有的下列特点分不开的。产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎可除去其中的所有杂质，产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎可除去其中的所有杂质，得到纯度大达得到纯度大达90-99.999%90-99.999%的产品。的产品。工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下变压吸附都可工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下变压吸
2、附都可以一步将各种杂质脱除而获得所需产品。以一步将各种杂质脱除而获得所需产品。原料气适应性强：对于杂质包括原料气适应性强：对于杂质包括H H2 2O O、N N2 2、O O2 2、COCO、COCO2 2、烃类、硫化物、烃类、硫化物、氮氧化物等多种组分的复杂气源，均可利用变压吸附予以提纯。氮氧化物等多种组分的复杂气源，均可利用变压吸附予以提纯。操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达3030120%120%产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装置即可得到各产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装置即可得到各种不同纯
3、度的产品以用于不同的目的。种不同纯度的产品以用于不同的目的。操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全部是自动化操操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全部是自动化操作，开停车一般只需作，开停车一般只需0.50.52 2小时。小时。能耗低、运行费用小：变压吸附装置一般都在常温和中、低压力下进行，能耗低、运行费用小：变压吸附装置一般都在常温和中、低压力下进行，且正常操作下吸附剂可与装置同寿命。且正常操作下吸附剂可与装置同寿命。2022-10-7 吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。其实质就是在两相的交界面上，物质的
4、浓度会自动发生变化的现象和过程。化学吸附：化学吸附：有化学反应，有化合物生成。活性吸附：活性吸附：有络合化合物生成。毛细管凝缩：毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。物理吸附：物理吸附：无化学反应，依靠分子力进行吸附，速度很快，吸附热很小，吸附过程完全可逆。变压吸附（变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。吸附。吸附剂2022-10-7活性氧化铝活性氧化铝硅胶硅胶活性炭活性炭沸石分子筛沸石分子筛碳分子筛碳分子筛2022-10-7氦气氦气 弱弱氢气氢气 氩气氩气 氧气氧气 氮气氮气 甲烷甲烷 一氧化碳一氧化碳 二氧化碳二氧化碳 乙烷乙烷 乙烯乙烯 丙烷
5、丙烷 异丁烷异丁烷 丙烯丙烯 硫化氢硫化氢 硫醇硫醇 苯苯 甲苯甲苯 乙基苯乙基苯 苯乙烯苯乙烯 水水 强强2022-10-7Langmuir 吸附等温方程来描述：PXiKPXiKAi211 （Ai：吸附质 i 的平衡吸附量，K1、K2：吸附常数，P：吸附压力，Xi：吸附质 i 的摩尔组成）。C CB BD DT2T1Qtp变压吸附变温吸附温度 T2T1QpP1P2吸附量Qt组分分压A A几种常见组分的吸附等温线几种常见组分的吸附等温线2022-10-7Adsorption Isthern(STATIC SORB AT 38C)10100200300400500600700800吸附分压P/P
6、 0(KPa)Volume AdsorptionH2ArO2N2COCH4CO2C2C32022-10-72022-10-7真空再生流程的特点：真空再生流程的特点：优点是操作压力低，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵和能耗。冲洗再生流程的特点：冲洗再生流程的特点：优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分有效气体；究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、回究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、回收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。本装置为油田伴生气回收本装置为油田伴生气回收CH4，脱除，脱除CO2装置；装置；需要较高的需要较高的CH4回收率，
7、回收率，CO2不易解析；故采用真空在不易解析；故采用真空在生流程。生流程。2022-10-7传质区冲洗或抽真空解吸气纯净区逆向减压解吸气传质区均压减压减压气饱和区传质区均压减压减压气传质区饱和区吸附末产品传质区饱和区原料纯净区吸附中产品饱和区原料纯净区产品原料吸附初纯净区传质区传质区纯净区N 2、COC H 4、C02 CO2C2.C3再生前的吸附塔状态2022-10-71.1装置处理能力装置处理能力 4000Nm3/d1.2装置设计操作弹性装置设计操作弹性 50110%1.3设计条件设计条件 原料气名称：原料气名称：油田油田 伴生气伴生气 原料气进装置压力：原料气进装置压力：40-100KP
8、a(G)原料气进装置温度：原料气进装置温度：40 原料气体组成：原料气体组成：项目项目 含量含量 甲烷甲烷 15.640.4 乙烷乙烷 0.250.45 氮气氮气 8.8 氧气氧气 0.35二氧化碳二氧化碳 5075 1.4 净化气规格净化气规格 净化气中净化气中CO2 20%装置装置CH4收率收率 90%2022-10-72022-10-72022-10-72022-10-7主 要 参 数操作条件吸附压力（MPa）0.35MPa（G）吸附温度（）40（或环境温度）再生压力（MPa）0.020.05MPa（G）再生温度（）进口160再生温度（）出口120切换时间（h）10A:吸附 D:逆放 H
9、:加热 C:冷却 FR：升压2022-10-7来自压缩工序的气体进入预处理塔，在吸附剂的选择吸附下，原料气中的绝大部分C5+被脱除，再进入变压吸附单元。变温吸附的工作过程包括：吸附过程原料气中C5+重烃类杂质在常温下被吸附下来，净化后的气体去变压吸附提浓CO2吸附塔。当预处理塔吸附饱和后即转入再生过程。降压过程吸附塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体去放空管。加热脱附杂质装置采用净化后气体加热至160,逆着吸附方向吹扫吸附层，使吸附杂质在加温下得以完全脱附，再生后的解吸气冷缺后并至净化气体。冷却吸附剂脱附完毕后，停止加热再生气，用常温再生气逆着进气方向吹扫吸附床层，使之冷却至吸附温度。吹冷后
10、的解吸气也冷却后并至净化气体。升压过程用处理后的气体逆着吸附方向将吸附塔加压至吸附压力，至此吸附塔就又可以进行下一次吸附了。预处理单元、2台吸附罐、1台电加热器、1台冷却器构成。2022-10-7主 要 参 数操作条件吸附压力（MPa）0.35MPa（G）吸附温度（）40（或环境温度）操作压力（MPa）0.35-0.07MPa（G）切换时间（min）10(一个吸附周期）A:吸附 1D、2D:均压降 1R、2R:均压升 D:逆放 V:抽真空 FR：升压 O:隔离2022-10-7变压吸附单元由4台吸附罐、2台缓冲罐、1台真空泵构成。在吸附塔中原料气中CO2被选择性吸附下来，净化后的气体去燃烧。当
11、吸附塔中吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生过程。吸附剂的再生过程依次如下：a.均压降压过程这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更是增浓CO2的过程，本流程共包括了二次连续的均压降压过程。b逆放过程在均压结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的CO2开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气放空。c真空过程逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用真空泵对床层抽真空，进一步降低吸附质组分的分压，并将吸附质解吸出来。解吸气放空。20
12、22-10-7d均压升压过程真空过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力气体依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是回收其它塔的床层死空间气体的过程，本流程共包括了连续两次均压升压过程。e产品气升压过程在两次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用富甲烷气将吸附塔压力升至吸附压力。经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附 做好了准备。一个循环周期为10分钟。四个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有一个吸附塔处于吸附状态)即可实现气体的连
13、续分离与提纯。自动控制说明自动控制说明PIC-1102控制说明控制说明:在自动控制状态下，PIC-1102压力给定值越高，PV-1102开启度越小，输出由PLC自动PID完成。在手动控制状态下，PV-1102的开启度可人工在0100%灵活开启。PALL-1102压力低低报警发生时，当压缩机停止后，PV-1102开启度为全开。PIC-1108控制说明控制说明:在自动控制状态下，PIC-1108压力给定值越高，VFD-1108频率越高，输出由PIC自动完成PID控制。在手动控制状态下，VFD-1108的频率可人工在0100%灵活开启。FIC-2112控制说明控制说明:在自动控制状态下，FIC-21
14、12流量给定越高，FV-2112开启度越小，输出由PLC自动完成PID控制。在手动控制状态下，FV-2112的开启度可人工在0100%灵活开启。在预处理时序联锁状态下，当预处理塔两台均未处于加热或冷吹状态时，FIC-2112流量控制自动切换到手动控制，并且强制全开FV-2112。自动控制说明自动控制说明TIC-2114、HS-2114控制说明：控制说明：在自动控制状态下，TIC-2114温度给定越高，TY-2114越高，输出由PLC自动完成PID控制。在手动控制状态下，TY-2114的值可人工在0100%灵活开启。在预处理时序联锁状态下，当预处理塔两台均未处于加热状态时，强制关闭电加热炉电源。
15、在电加热炉出口温度联锁状态下，当TAHH-2114高高报发生时，强制关闭电加热炉电源。当电加热炉表温度TAHH-2113高高报发生时，强制关闭电加热炉电源。当再生气流量度FALL-2112低低报发生时，强制关闭电加热炉电源。在手动控制状态下，HSO-2114可人工远程开启加热器，HSC-2114可人工远程关闭加热器。在按下紧急停车按钮后，HSC-2114远程关闭加热器。PIC-3112控制说明：控制说明：在自动控制状态下，PIC-3112压力给定越高，PV-3112开启度越小，输出由PLC自动完成PID控制。在自动控制状态下，PV-3112的开启度可人工在0100%灵活开启。工艺设备一览表20
16、22-10-7 1)由于吸附剂均具有较强的吸水性，特别是分子筛吸附剂的吸水性极强，一旦吸水，在常温下无法再生。所以在吸附剂运输过程中，应保证吸附剂的完好 密封和干燥状态。2)在吸附剂装填前，应严格检查吸附塔底部分布器的完好性，然后采用干燥的仪表空气进行彻底置换。3)装填吸附剂必须选择晴天进行，每当装填作业结束时，必须封闭吸附塔，以免吸附剂受潮，性能下降。4)一旦吸附剂装填完成，置换氮气和吹扫气就必须采用干燥、无油气源，并且只允许从吸附塔底部进入。5)为减少吸附塔内的死空间，提高装置回收率，PSA装置内的吸附剂应采用密相装填技术。6)吸附剂装填过程中应特别注意，各吸附塔的装填量和装填比例必须完全
17、相同，以保证气流的平均分配。7）预处理吸附剂使用周期为2年；变压吸附吸附剂使用寿命为15年。2022-10-71)系统严禁将机械水和油带入PSA部分，否则将损坏吸附剂，尤其是严禁从塔顶部带入，所以空气或氮气置换都必须从塔底进气空气或氮气置换都必须从塔底进气。2)在生产过程中，如须检修与工艺气接触的任何设备均应先进行置换3)在作故障塔切除、放空等会影响后工段的处理前，应确定故障的真实性。4)逆放、均压、产品气升压过程均应平稳缓慢进行，其控制应坚持这样的原则：在保证能达到压力要求的条件下应尽量缓慢进行。否则可能影响再生效果和吸附剂使用寿命。5)在设定吸附时间时，逆放、抽真空过程的时间应尽量延长。6)在整个正常停车后，氢提纯系统应处于正压状态，且与界区隔断。这样，系统可较长时间地处于安全停车状态。但由于停车后系统内仍然是易燃、易爆气体，所以整个界区仍然是防爆界区，严禁动火。吸附剂装填量吸附剂装填量2022-10-7序号 名 称 规 格 用途 用量1W H B C 2-4 柱 状 黑 色 吸 附 大 分 子 物 质(预 处 理 塔)1.1x2m32WHAL3-5球状 白色吸附H2O(吸附塔塔下部)0.11x4m33WHSI2-4球状 白色吸附C2O(吸附塔上部)0.99x4m34WHCD8-10mm球形 气体分布（各填料的最下面）0.9m3 谢谢大家！2022-10-7
