第一篇：變壓吸附工藝分析

變壓吸附工藝分析

變壓吸附（PSA）技術(shù)是近3多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型氣體分離與凈化技術(shù)。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。變壓吸附氣體分離工藝過(guò)程的實(shí)現(xiàn)主要是依靠吸附劑在吸附過(guò)程中所具有的兩個(gè)基本性質(zhì)：一是對(duì)不同組分的吸附能力不同，而是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合氣體中某些組分的分離、提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫高壓下吸附、在高溫低壓下解吸再生。

一．基本原理

任何一種吸附對(duì)于同一被吸附氣體（吸附質(zhì)）來(lái)說(shuō)，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過(guò)程。

如果壓力不變，在常溫或低溫的情況下吸附，用高溫解吸的方法，稱為變溫吸附（簡(jiǎn)稱TSA）。顯然，變溫吸附是通過(guò)改變溫度來(lái)進(jìn)行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫（常溫）吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進(jìn)行，由于吸附劑的比熱容較大，熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）較小，升溫和降溫都需要較長(zhǎng)的時(shí)間，操作上比較麻煩，因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。

如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。變壓吸附操作由于吸附劑的熱導(dǎo)率較小，吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其看成等溫過(guò)程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進(jìn)行，在較高壓力下吸附，在較低壓力下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進(jìn)行，從靜態(tài)吸附平衡來(lái)看，吸附等溫線的斜率對(duì)它的是影響很大的。

吸附常常是在壓力環(huán)境下進(jìn)行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結(jié)合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng)。在等溫的情況下，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過(guò)程。吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加，并隨著壓力的降低而減少，同時(shí)在減壓（降至常壓或抽真空）過(guò)程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生，外界不需要供給熱量便可進(jìn)行吸附劑的再生。因此，變壓吸附既稱等溫吸附，又稱無(wú)熱再生吸附。

在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)原料氣的組成、壓力機(jī)產(chǎn)品凈化要求的不同可選擇PSA、TSA或PSA+TSA工藝。變壓吸附根據(jù)降壓解吸方式的不同分為兩種工藝：PSA與真空變壓吸附（VPSA）。在實(shí)際生產(chǎn)種，究竟采用何種吸附工藝，主要根據(jù)原料氣的組成性質(zhì)、壓力、流量、產(chǎn)品的要求等決定。

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)分離技術(shù)是一種低能耗的氣體分離技術(shù)。變壓吸附（PSA）工藝所要求的壓力一般在0.1～2.5MPa，允許壓力變化范圍較寬，一些有壓力的氣源，如氨廠弛放氣、變換氣等，本身的壓力可滿足變壓吸附(PSA)工藝的要求，可省去再次加壓的能耗。對(duì)于處理這類氣源，PSA制氫裝置的消耗僅是照明、儀表用電及儀表空氣的消耗，能耗很低；PSA裝置壓力損失很小，一般不超過(guò)0.05MPa。

變壓吸附循環(huán)是吸附和再生的循環(huán)，吸附過(guò)程是吸附劑在加壓時(shí)吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過(guò)吸附器層流出，當(dāng)吸附劑被強(qiáng)吸附組分飽和以后，吸附塔需要進(jìn)入再生過(guò)程，也就是解吸或脫附過(guò)程。在變壓吸附過(guò)程中吸附器內(nèi)吸附劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實(shí)現(xiàn)的，在工業(yè)裝置上可以采用的方法有： 1)降低吸附器壓力(泄壓)2)對(duì)吸附器抽真空 3)用產(chǎn)品組分沖洗

l 常壓解吸：

升壓過(guò)程(A-B): 經(jīng)逆放解吸再生后的吸附器處于過(guò)程的最低壓力P1、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點(diǎn)).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點(diǎn)).吸附過(guò)程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時(shí)輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(shí)(C點(diǎn))停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時(shí)吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點(diǎn))。

順?lè)胚^(guò)程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過(guò)程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開(kāi)吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點(diǎn)時(shí)，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過(guò)程(D-E): 開(kāi)始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過(guò)程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

沖洗過(guò)程(E-A): 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用別的吸附器順向降壓過(guò)程排出的產(chǎn)品組分，在過(guò)程最低壓力P1下進(jìn)行逆向沖洗不斷降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨沖洗氣帶出吸附器.經(jīng)一定程度沖洗后，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量降低到過(guò)程的最低量Q1時(shí)，再生終止.至此，吸附器完成了一個(gè)吸附—解吸再生過(guò)程，再次升壓進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。l 真空解吸：

升壓過(guò)程(A-B): 經(jīng)真空解吸再生后的吸附器處于過(guò)程的最低壓力P0、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點(diǎn)).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點(diǎn))。

吸附過(guò)程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時(shí)輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(shí)(C點(diǎn))停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時(shí)吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點(diǎn))。

順?lè)胚^(guò)程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過(guò)程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開(kāi)吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點(diǎn)時(shí)，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過(guò)程(D-E): 開(kāi)始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過(guò)程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

抽空過(guò)程(E-A): 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨抽空氣帶出吸附器.抽吸一定時(shí)間后，床內(nèi)壓力為P0，雜質(zhì)吸留量降低到過(guò)程的最低量Q1時(shí)，再生終止。至此，吸附器完成了一個(gè)吸附—解吸再生過(guò)程，再次升壓進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。二．變壓吸附脫炭

變壓吸附基本工作原理是利用吸附劑對(duì)吸附質(zhì)在不同的分壓下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定壓力下對(duì)被分離的氣體混合物的各組分有選擇吸附的特性，加壓吸附除去原料氣中的雜質(zhì)組分，減壓脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。因此，采用多個(gè)吸附床，循環(huán)地變動(dòng)所組合的各吸附床壓力，就可以達(dá)到連續(xù)分離氣體混合物的目的。

合成氨變換氣中主要組分為：水（汽）、有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氬及氫氣。這些氣體組分在物理吸附劑上的吸附能力和吸附量，在一定的溫度和壓力下依次減弱和減少。當(dāng)變換氣通過(guò)吸附床層時(shí)，在前的組分優(yōu)先被吸附，即使吸附劑已經(jīng)吸附了在后的組分，在前的組分也會(huì)把它頂替出來(lái)。難吸附組分氫、氮、甲烷、一氧化碳等氣體很少被吸附，從吸附塔出口端排出，做為脫除了二氧化碳的氣體輸出。在吸附床降壓時(shí)，被吸附的二氧化碳等氣體解吸出來(lái)，同時(shí)吸附劑獲得再生。l 裝置主要類型：

由于用途不同，變壓吸附脫碳裝置可分為三種類型：?jiǎn)渭兠摮趸极@得凈化氣的裝置；脫除變換氣中的二氧化碳并聯(lián)產(chǎn)食品級(jí)液體二氧化碳的裝置；同時(shí)制取脫碳凈化氣和純度為98%的氣體二氧化碳的裝置。（1）PSA脫碳裝置

目前中小型合成氨廠采用最多的仍是單純脫除CO2獲得凈化氣的PSA裝置，以替代傳統(tǒng)的濕法脫碳。根據(jù)氨廠的不同需要又分為兩種工藝，一種是替代碳化以增產(chǎn)液氨為目的的脫碳工藝。變換氣經(jīng)PSA脫碳后凈化氣中CO2含量小于0.2%，直接進(jìn)精煉工序。目前此類裝置運(yùn)行情況，氫回收率﹥97%，凈化氣中氫氮比在3.0左右，并且在脫除CO2的同時(shí)，還將大部分雜質(zhì)如CH4、CO、H2S脫除，減小了后續(xù)工段的負(fù)擔(dān)。另一種是用于與聯(lián)醇裝置配套的工藝。由于凈化氣用于聯(lián)醇生產(chǎn)，考慮到甲醇合成催化劑的壽命和盡可能提高CO的回收率問(wèn)題，一般將脫碳凈化氣中的CO2含量控制在1%~5%的水平。目前此類裝置運(yùn)行情況，氫回收率﹥98%，CO回收率﹥90%。在脫除CO2的同時(shí)，還將變換氣中的硫化物脫除到0.1mg/m3（標(biāo)）的水平，原料氣中所含微量氯、氨、水、砷等雜質(zhì)可同時(shí)脫除。（2）脫碳并聯(lián)產(chǎn)液體CO2裝置

將來(lái)自PSA脫碳裝置的解吸氣在常壓狀態(tài)下進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓到一定的壓力后首先進(jìn)行預(yù)處理，除去解吸氣中所含的各類硫化物、微量的砷、氟、氯等以及飽和水，以滿足食品級(jí)CO2的要求。預(yù)處理后的氣體冷卻到0℃以下，使解吸氣的CO2成為液體，然后進(jìn)入提純塔使CO2和其他氣體分離，最后在提純塔底部得到純度為99.5%~99.999%的食品級(jí)液體CO2產(chǎn)品。

（3）脫碳并同時(shí)制取純CO2裝置，該裝置是由提純系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)兩部分組成，兩系統(tǒng)均采用多塔PSA工藝。變換氣通過(guò)提純系統(tǒng)將CO2濃度富集到98.5%以上，供尿素裝置使用。出提純系統(tǒng)的中間氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)將中間氣中的CO2進(jìn)一步凈化到0.2%以下，以保證合成氨生產(chǎn)需要。

兩段法變壓吸附脫碳的主要特點(diǎn)是，第一段脫除大部分二氧化碳，出口氣中二氧化碳控制在8-12%，吸附結(jié)束后，通過(guò)多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮?dú)?。多次均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.06MPA（表）的壓力，然后逆著吸附方向降壓放空，直到吸附塔內(nèi)壓力放到常壓為止，二氧化碳被排放出來(lái)，其濃度大于98%吸附劑得到初步再生。吸附得到初步再生。吸附塔逆放結(jié)束后，先與中間氣緩沖罐連通，用中間氣緩沖罐中的氫氮?dú)鈱?duì)吸附塔升壓，直到中間氣緩沖破罐與吸附塔的壓力平衡為止再用均壓和產(chǎn)品氣對(duì)床層逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過(guò)程。經(jīng)過(guò)對(duì)第一段脫碳工業(yè)裝置的分析，多次均壓結(jié)束后，吸附塔還有0.06Mpa（表）的壓力，吸附塔解吸氣中的二氧化碳含量平均大于98%其它為氫氣，氮?dú)猓谎趸技凹自海旱诙螌⒌谝欢挝剿隹跉庵械亩趸济撝?.2%以下，吸附結(jié)束后通過(guò)多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮?dú)?。多次均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.09MPA（表）的壓力）吸附壓力為0.8MPA時(shí)），通過(guò)降壓入入中間緩沖罐，直到吸附塔內(nèi)壓力與中間緩沖罐壓力平衡為止，此時(shí)，吸附塔內(nèi)壓力在0.005-常壓MPA之間。再生結(jié)束后，用均勻氣和產(chǎn)品氣對(duì)床野逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過(guò)程。第二段吸附塔均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)的有效氣體沒(méi)有直接放空，而是利用中間緩沖罐將其返回到第一段吸附塔加以回收。

三、變壓吸附制氧

變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮和氧在吸附劑上因壓力不同而吸附性能的差異來(lái)選擇性吸附進(jìn)行氧氮分離，吸附氮?dú)饧捌渌s質(zhì)，產(chǎn)出氧氣。根據(jù)吸附分離的吸附和解吸壓力的不同，通常可將常溫變壓吸附制分離制氧工藝分成三種不同的工藝方式。

1、常壓解吸變壓吸附制氧（PSA-O2）：

與空氣變壓吸附分離制氮流程相似，一定壓力（0.3 MPa ～0.55MPa）的壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)除去油、塵及大部分的汽態(tài)水份后，潔凈空氣進(jìn)入PSA-O2系統(tǒng)吸附塔，潔凈空氣中大部分的氮?dú)?、二氧化碳、殘余水份被吸附，氧氣則被分離出來(lái)。當(dāng)吸附塔內(nèi)被吸附的雜質(zhì)組份達(dá)到設(shè)定控制值時(shí)，通過(guò)常壓脫附解吸，使該吸附塔的制氧吸附劑再生。由兩塔組成的吸附分離系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)的控制下通過(guò)程控閥門的起閉而循環(huán)切換完成連續(xù)制氧，該制氧流程通常稱為變壓吸附常壓解吸制氧流程（PSA-O2）。

2、真空解吸變壓吸附制氧（VPSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（25KPa-39KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣?？諝庵械牡?dú)?、二氧化碳、水蒸氣被吸附達(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先通過(guò)常壓解吸，再經(jīng)過(guò)真空泵抽真空達(dá)到一定真空度，使吸附塔內(nèi)吸附劑雜質(zhì)徹底脫附再生。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)在PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸變壓吸附制氧流程（VPSA-O2）。

3、真空解吸制氧（VSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（15KPa ～19KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣。空氣中的氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣被吸附達(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先經(jīng)常壓解吸，再經(jīng)真空泵抽真空達(dá)到一定真空度進(jìn)行真空解吸，徹底脫附再生吸附塔內(nèi)分子篩雜質(zhì)。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸制氧流程（VSA-O2），設(shè)備規(guī)模更大，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

第二篇：變壓吸附工藝流程

變壓吸附工藝流程

物料在精餾低塔系統(tǒng)處理完畢后，剩余的不凝氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)入吸附塔，乙炔和氯乙烯被吸附下來(lái)，無(wú)法被吸附劑吸附下來(lái)的其他氣體通過(guò)尾排閥門排放到大氣中。

吸附飽和的吸附塔經(jīng)過(guò)壓力均降，逆放，抽空一，抽空二，抽沖，抽空三，壓力均升，終充8個(gè)步驟進(jìn)行處理，塔內(nèi)吸附的乙炔和氯乙烯完全解吸出來(lái)，通過(guò)壓力差和真空泵送入轉(zhuǎn)化。

下面將變壓吸附的9個(gè)步驟進(jìn)行分步介紹：

1、吸附

不凝氣體在尾排前進(jìn)入預(yù)熱器，原料氣在預(yù)熱器內(nèi)加熱到40℃后，通過(guò)KV1閥送到吸附塔內(nèi)。六塔流程為兩個(gè)塔同時(shí)進(jìn)行吸附，其他四個(gè)塔進(jìn)行處理。原料氣內(nèi)氯乙烯和乙炔在吸附塔內(nèi)被吸附下來(lái)，剩余未被吸附的氣體，經(jīng)過(guò)KV2閥到達(dá)尾排，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥門排放至空氣中。

此過(guò)程需要的時(shí)間為804S，壓力比精餾系統(tǒng)的壓力低0.02MPa，在0.47～0.49 MPa?？倳r(shí)間的設(shè)定是根據(jù)原料氣流量、凈化氣內(nèi)的氯乙烯和乙炔含量決定的。

如精餾系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，變壓吸附的壓力也同時(shí)跟著波動(dòng)。所以，我們?cè)诓僮鲿r(shí)，要保證精餾壓力及原料氣的流量穩(wěn)定。當(dāng)精餾停車時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)KV10，KV11或KV15,KV16閥切換至直排；精餾壓力低到設(shè)定值（0.45 MPa）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行切換。

2、壓力均降 吸附結(jié)束后，飽和的吸附塔在設(shè)定好的T2步驟進(jìn)行壓力降，通過(guò)KV5和KV9閥，將吸附塔內(nèi)的壓力泄入中間罐內(nèi)。均降步驟在16S就可完成，剩余的時(shí)間留給抽空三，使得抽空三步壓力盡可能的抽至-0.09MPa吸附塔的解吸更徹底。

吸附塔壓力由0.48MPa降至0.22MPa。

3、逆放

均壓結(jié)束后，吸附塔的逆放為T4和T6步驟，共計(jì)130S。此時(shí)，吸附塔的壓力通過(guò)KV17閥進(jìn)入轉(zhuǎn)化二級(jí)混脫，為防止轉(zhuǎn)化壓力波動(dòng)，控制HV102閥門的開(kāi)度調(diào)節(jié)，使氣體的壓力緩慢釋放。

壓力由0.22MPa降至0.04～0.05MPa。HV102的斜率系數(shù)為1.00，閥門的最小開(kāi)度為25%，最大開(kāi)度為100%。

4、抽空一

逆放結(jié)束后為吸附塔的T8抽空一，打開(kāi)KV18或KV19閥控制HV102閥門的開(kāi)度，真空泵

設(shè)定的時(shí)間為132S，達(dá)到要求的真空度-0.05 MPa。

5、抽空二

6、抽沖

7、抽空三

8、壓力均升

9、終充

第三篇：合成氨變壓吸附工藝優(yōu)化(原文)

LUOYANG NORMAL UNIVERSITY

XXXX屆本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))

合成氨變壓吸附工藝優(yōu)化

院（系）名稱

化學(xué)化工學(xué)院（全名）

專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間

XXX 職稱 XXXX年XX月

合成氨變壓吸附工藝優(yōu)化

摘要：由于變壓吸附技術(shù)在化工領(lǐng)域生產(chǎn)中的眾多優(yōu)勢(shì)，使用變壓吸附技術(shù)在合成氨的大量生產(chǎn)中漸漸得到了廣泛的應(yīng)用，本篇論文在分析了變壓吸附技術(shù)的基本原理和目前常用的變壓吸附脫碳技術(shù)的基礎(chǔ)上，從工藝角度對(duì)變壓吸附工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于變壓吸附技術(shù)的進(jìn)一步推廣和優(yōu)化應(yīng)用有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：合成氨；變壓吸附；優(yōu)化

Optimization of Synthetic Ammonia PSA Process Abstract：Because of the many advantages of PSA technology in chemical industry production, implementation of decarburization in ammonia production has gradually been widely used pressure swing adsorption technology, based on the analysis of the basic principle of pressure swing adsorption technology and commonly used PSA technology, optimize the design of pressure swing adsorption process from the process point of view, have certain reference significance for the further promotion and application of optimization of pressure swing adsorption technology.Key words: ammonia synthesis;PSA;optimization

目錄 前言.............................................................1 2 合成氨變壓吸附概要...............................................2 2.1 合成氨變壓吸附技術(shù)原理......................................2 2.2 合成氨變壓吸附工藝的優(yōu)勢(shì)....................................4 2.3 合成氨變壓吸附的前景.......................................4 3 合成氨變壓吸附工藝的優(yōu)化.........................................5 3.1 產(chǎn)品純度的調(diào)整.............................................5 3.2 裝置參數(shù)的調(diào)節(jié).............................................6 3.2.1 調(diào)整吸附時(shí)間..........................................6 3.2.2 產(chǎn)品氣升壓控制........................................6 3.2.3 粗脫碳系統(tǒng)與凈化系統(tǒng)吸附時(shí)間的協(xié)調(diào)控制.................7 3.3 裝置工藝的優(yōu)化.............................................8 結(jié)語(yǔ)................................................................9 參考文獻(xiàn)...........................................................10 致謝...............................................................12 前言

合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。由于氨的生產(chǎn)過(guò)程有很大的能源消耗，因此節(jié)能技術(shù)和新型制氨工藝的研究和開(kāi)發(fā)一直是世界上極為關(guān)注的重點(diǎn)課題，毫無(wú)疑問(wèn)，在節(jié)能技術(shù)的推動(dòng)下，合成氨工業(yè)在不斷向前發(fā)展。

合成氨工藝的原料氣僅氫氣和氮?dú)狻：铣砂笔且詺錃夂偷獨(dú)庠?：1的條件下，在高溫高壓條件下，通過(guò)催化劑反應(yīng)生成氨的化學(xué)過(guò)程，其反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)體積縮小的過(guò)程。氮?dú)鈦?lái)源于空氣，取之不盡、用之不竭，只需要提純凈化即可，而氫氣則是最主要的研究對(duì)象。制氫技術(shù)、氫資源的凈化和供應(yīng)所需采用的工藝方法，這些都是合成氨工業(yè)需要逐步解決并及時(shí)改進(jìn)的重大課題。氫氣與氮?dú)庀喾?，無(wú)法直接從自然界中獲得。氫元素主要存在于大量的碳?xì)浠衔锖退?，只有通過(guò)不同的化學(xué)方法把碳?xì)浠衔锘蛩械臍湓蒯尫懦鰜?lái)，生成含氫氣的混合氣體，然后再通過(guò)其它生產(chǎn)手段從含氫混合氣體中提純出氫氣，進(jìn)而為合成氨提供氫原料氣，而成熟可靠的變壓吸附技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)從混合氣體中提純得到氫氣。[1]

通過(guò)變壓吸附技術(shù)制得的氫氣純度能夠超過(guò)99.99%，一氧化碳與二氧化碳的總體積不超過(guò)1×10-5，空氣中提取的高純度氮?dú)馀c高純度氫氣配氣后就可以進(jìn)行氨合成環(huán)節(jié)，整個(gè)合成過(guò)程中，幾乎沒(méi)有惰性氣體的存在，因此能夠大大節(jié)約用于惰性氣體循環(huán)的壓縮功。利用變壓吸附技術(shù)進(jìn)行氨的合成可以最大限度的降低馳放氣，進(jìn)而大大節(jié)約壓縮功能量。[2]

此外，在合成氨的變換氣中約含有18%至30%的二氧化碳，這部分二氧化碳在到達(dá)氨合成反應(yīng)工序以前，必須要全部清除掉。采用哪種工藝路線來(lái)實(shí)現(xiàn)變換氣脫碳會(huì)直接影響到氨的產(chǎn)量，由此可見(jiàn)脫碳在整個(gè)工藝中占有重要地位。而目前常用的脫碳技術(shù)為變壓吸附脫碳。[3]

變壓吸附脫碳要實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離的效果必須要有兩個(gè)或多個(gè)吸附塔，讓其更替操作，并且一定要有一個(gè)吸附塔處于吸附階段，而別的吸附塔處于解吸再生的各個(gè)階段。每一[1][2][3] 李俊成，肖隆斌.變壓吸附提純二氧化碳技術(shù)應(yīng)用[J].大氮肥，2007，01：19-21.王波.幾種脫碳方法的分析比較[J].化肥設(shè)計(jì)，2007，02：34-37.毛薛剛，張玉迅，周洪富，管建平.變壓吸附技術(shù)在合成氨廠的應(yīng)用[J].低溫與特氣，2007，05：39-43.次循環(huán)，吸附塔都會(huì)一一經(jīng)過(guò)吸附、壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最后升壓等步驟。[4]在變壓吸附時(shí)，由于吸附壓力的作用，氣體會(huì)經(jīng)過(guò)含有吸附劑的吸附床層，因?yàn)槲絼┛梢詮?qiáng)力吸附二氧化碳、水以及硫化物，對(duì)于別的成分的吸附力則較弱，因而二氧化碳等氣體可以被截留在床層中，而別的氣體則被排出。但是由于吸附劑自身的特性和吸附塔死體積的作用，在完成吸附后還是會(huì)有少部分氫氣、氮?dú)庖约耙谎趸嫉葰怏w沒(méi)有被排干凈，所以還得進(jìn)行多次均勻才能將其徹底排凈。[5]對(duì)于截留在吸附劑上的二氧化碳，我們可以采用逆向放壓和抽真空的方法將其解離下來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸附劑的循環(huán)使用。在完成抽真空之后，將少量吸附出口凈化氣以及均壓過(guò)程的降壓氣用于吸附塔的升壓，直到達(dá)到吸附壓力后方可進(jìn)行重復(fù)的吸附分離步驟[6] 合成氨變壓吸附概要

變壓吸附技術(shù)，也簡(jiǎn)稱變壓吸附，是當(dāng)前的一項(xiàng)高新技術(shù)，用于對(duì)氣體混合物進(jìn)行分離提純，其主要原理在于吸附劑的選擇性以及吸附容量對(duì)壓力的關(guān)系，通過(guò)多個(gè)吸附塔達(dá)到間歇過(guò)程連續(xù)化的目的。

變壓吸附屬于物理吸附，依靠的是吸附劑與被分離物質(zhì)間的分子作用力而進(jìn)行選擇性吸附，其主要特點(diǎn)為：吸附過(guò)程中不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且具有可逆性。變壓吸附能夠?qū)旌蠚怏w進(jìn)行分離提純的原因在于：第一、吸附劑對(duì)不同物質(zhì)的吸附力有所不同；第二、吸附容量與壓力呈正相關(guān)，與溫度呈負(fù)相關(guān)。利用吸附劑的第一個(gè)特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同吸附力強(qiáng)度的組分的分離；而第二個(gè)性質(zhì)可以用于對(duì)吸附劑的再生，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，不間斷吸附分離的目的。2.1 合成氨變壓吸附技術(shù)原理

合成氨的變換氣中的主要成分為H2、N2、CH4、CO、CO2等，同時(shí)還有少量雜質(zhì)，如H2O、硫化物等。吸附劑對(duì)于這些組分的吸附能力大小依次是H2O、硫化物>CO2>CH4>CO>N2>H2。在變壓吸附過(guò)程中，為了讓CO2達(dá)到較好的吸附效果，要[4] 殷文華，羅英奇，吳巍，伍毅，曾凡華，李克兵，郜豫川.變壓吸附技術(shù)在合成氨行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展[J].低溫與特氣，2015，01：45-49.[5][6]尤彪.型煤+變壓吸附制氧+富氧連續(xù)氣化組合及其前景[J].中氮肥，2008，02：5-9.黃立新.變壓吸附技術(shù)在合成氨中的工藝研究及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].江西化工,2008,03:188-191.選擇高選擇性的專用吸附劑。在變換氣經(jīng)過(guò)吸附劑時(shí)，二氧化碳、水、硫化物及部分CH4由于具有較強(qiáng)的吸附作用而被攔截，別的組分由于吸附力較弱則能夠順利通過(guò)，由此實(shí)現(xiàn)分離的效果；隨后再利用吸附劑的吸附能力隨壓力變化的特點(diǎn)，選擇合適的壓力對(duì)氣體再進(jìn)行分離，也可以實(shí)現(xiàn)吸附劑的循環(huán)使用，通常情況下利用逆向防壓與抽真空的方法便可實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，且都在室溫下進(jìn)行。[7]

為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離的效果，變壓吸附脫碳必須要具備兩個(gè)及其以上的吸附塔交替運(yùn)行，要保證始終有一個(gè)吸附塔在選擇吸附階段，而其余的塔則處在解吸再生的各個(gè)階段。每一次循環(huán)，各個(gè)吸附塔都會(huì)經(jīng)過(guò)吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽真空等步驟。[8]在變壓吸附時(shí)，由于存在吸附壓力，原料氣在經(jīng)過(guò)帶有吸附劑的吸附床層時(shí)，因?yàn)槲絼┛梢詮?qiáng)烈吸附CO2、H2O、硫化物，對(duì)于別的成分的吸附力則較弱，因而二氧化碳等氣體可以被截留在床層中，而別的氣體則作為脫碳凈化氣被排出。[9]但是由于吸附劑自身的特性和吸附塔死體積的作用，在完成吸附后還是會(huì)有少部分H2、N2、CO等氣體沒(méi)有被排干凈，所以還得進(jìn)行多次均勻才能將其徹底排凈。隨后，我們可以利用逆向放壓與抽真空的技術(shù)將吸附劑上的CO2解吸附，讓吸附劑再生。抽真空以后，可以通過(guò)均壓中的降壓氣以及凈化氣來(lái)逐漸升壓，直到吸附塔的壓力達(dá)到吸附壓力后，便可進(jìn)行重復(fù)進(jìn)行下一次分離。

變壓吸附中較為常見(jiàn)的吸附劑主要有氧化鋁、硅膠、活性炭、分子篩等。氧化鋁為固體，有較強(qiáng)的親水性，通常用來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行脫水處理。硅膠類吸附劑為合成的無(wú)定形的二氧化硅，是Na2SiO3·9H2O與無(wú)機(jī)酸通過(guò)膠凝、洗滌、干燥等步驟制作而成的，其不但具有較強(qiáng)的親水性，并且對(duì)于烷烴以及二氧化碳等成分也具有良好的吸附力?；钚蕴孔鳛橐活悘V譜耐水的吸附劑，因其表面具有氧化物基團(tuán)和無(wú)機(jī)物雜質(zhì)，因而活性炭極性很小，再加之其較大的內(nèi)表面積，因此對(duì)于弱極性以及非極性分子都具有很好的吸附力。沸石分子篩吸附劑是一種強(qiáng)極性的吸附劑，其含有堿土元素的結(jié)晶態(tài)偏硅鋁酸鹽，孔徑均勻，選擇性很強(qiáng)。如果氣源的構(gòu)成復(fù)雜，那么通常會(huì)將多種吸附劑聯(lián)合使用，按[7][8][9] 湯霞槐.變壓吸附提氫技術(shù)在合成氨弛放氣氫回收裝置的應(yīng)用[J].化肥設(shè)計(jì)，2009，02：37-39+42.汪壽建.變壓吸附在合成氨原料氣凈化中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2011，02：34-38.洪鑒.80kt/a合成氨變壓吸附脫碳裝置技術(shù)改造[J].小氮肥，2011，08：9-13.照其性質(zhì)差別對(duì)吸附床進(jìn)行分層填裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效分離的效果。[10] 2.2 合成氨變壓吸附工藝的優(yōu)勢(shì)

1.耗能少。變壓吸附工藝能夠運(yùn)行的壓力范圍很大，因此對(duì)壓力沒(méi)有過(guò)高的要求和限制。如果氣源自身有壓力，那么就可以節(jié)省再次加壓的消耗，并且變壓吸附不需要特殊的溫度，因此不用加熱或者冷卻。

2.工藝步驟簡(jiǎn)單。不需要繁瑣的步驟便可以將多種氣體分離開(kāi)來(lái)，并且對(duì)水、硫化物以及烴類等雜質(zhì)耐受力較強(qiáng)，不需要經(jīng)過(guò)繁瑣的前期處理。

3.裝備可靈活調(diào)節(jié)，操作彈性大。只要稍微調(diào)整設(shè)備就能夠使生產(chǎn)負(fù)荷發(fā)生變化，并且負(fù)荷條件不同時(shí)也可以保證產(chǎn)品質(zhì)量相同，僅回收率可能會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于雜質(zhì)含量與壓力等條件，變壓吸附裝置沒(méi)有很多的限制，可調(diào)節(jié)性很大。

4.吸附劑耐用，如果按照正常流程操作，一般情況下，吸附劑的壽命可高達(dá)十幾年。5.綠色環(huán)保。如果不考慮原料氣性質(zhì)的話，那么變壓吸附設(shè)備的操作是沒(méi)有污染的，對(duì)環(huán)境十分友好。

6.操作步驟簡(jiǎn)單便捷，可節(jié)約氣體壓縮功的附加耗能。2.3 合成氨變壓吸附的前景

上個(gè)世紀(jì)時(shí)，吸附分離是化工操作的一部分，被用作輔助工藝，僅僅應(yīng)用于工業(yè)氣體的干燥脫水以及除去極少量的二氧化碳。但是隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，變壓吸附技術(shù)得到了很大的改善，現(xiàn)已變成一種快捷高效的氣體分離方法，被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域上，是深冷法之后的又一突破分離工藝。在上個(gè)世紀(jì)80年代，變壓吸附制氫被成功應(yīng)用于工業(yè)當(dāng)中，因?yàn)槠浜哪苌?、操作?jiǎn)單、制得的產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)，自那以后在我國(guó)迅速推廣開(kāi)來(lái)，迄今為止，我國(guó)已有的以及正在建設(shè)的變壓吸附設(shè)備累計(jì)超過(guò)一千套。

在應(yīng)用領(lǐng)域上，隨著變壓吸附技術(shù)的日漸成熟，目前已得到了較大的肯定，就當(dāng)前情況而言，變壓吸附技術(shù)主要在以下領(lǐng)域有所應(yīng)用：（1）從富含氫氣的氣體中將氫氣提純分離出來(lái)；（2）從含有CO2的氣體中分離純化并得到食品級(jí)的CO2；（3）從富含CO的氣體中收集CO；（4）在合成氨的過(guò)程中進(jìn)行脫碳；（5）純化天然氣；（6）從空氣中制取氧氣以及氮?dú)?；?）從瓦斯氣中提取甲烷；（8）對(duì)乙烯進(jìn)行純化與提?。唬?）對(duì)多 姜宏，譙中惠，郜豫川.新型變壓吸附脫碳技術(shù)在合成氨廠的應(yīng)用[J].低溫與特氣，2005，06：28-31.[10]

種氣體進(jìn)行干燥脫水（10）對(duì)工業(yè)上的廢氣進(jìn)行處理等。由此可見(jiàn)，變壓吸附技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中。合成氨變壓吸附工藝的優(yōu)化

3.1 產(chǎn)品純度的調(diào)整

利于提高產(chǎn)品氫純度。吸附循環(huán)周期和原料氣處理量不變，均壓次數(shù)過(guò)多，均壓過(guò)程的壓力降則越大，被吸附的雜質(zhì)也會(huì)越容易穿透進(jìn)入下一吸附塔，并留在吸附劑床層頂部被吸附，導(dǎo)致該塔在轉(zhuǎn)入下一次吸附時(shí)雜質(zhì)較容易被氫氣帶出，降低產(chǎn)品氫純度。此外，變壓吸附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(diǎn)。在工藝參數(shù)及氣體工藝條件都不變的條件下，純度受原料氣流量變化的影響很大，原料氣流量越小，在每一循環(huán)周期內(nèi)進(jìn)入吸附塔的雜質(zhì)越少，雜質(zhì)也就越難以穿透，進(jìn)而產(chǎn)品氫純度越高；反之，原料氣流量增多，則不設(shè)備隨著使用時(shí)間的增加，如果對(duì)程控閥維護(hù)不當(dāng)，造成程控閥動(dòng)作變慢，同樣會(huì)嚴(yán)重影響氫氣的回收率和純度。產(chǎn)品氣從吸附塔出來(lái)后可直接進(jìn)入產(chǎn)品氣緩沖罐，取消減壓閥和壓力調(diào)節(jié)閥。原設(shè)計(jì)的產(chǎn)品氣管線上引出了1條壓力平衡管線，旨在為6次均升后的吸附塔補(bǔ)充壓力，但在產(chǎn)品氣緩沖罐前設(shè)置減壓閥和壓力調(diào)節(jié)閥，勢(shì)必造成運(yùn)行中的吸附塔的壓力波動(dòng)，反而不利于吸附塔的平穩(wěn)運(yùn)行。因此取消該減壓閥和壓力調(diào)節(jié)閥，將產(chǎn)品氣緩沖罐的操作壓力提高到與系統(tǒng)操作壓力一致，這樣產(chǎn)品氣緩沖罐直接調(diào)節(jié)均壓后管道和設(shè)備的壓力波動(dòng)，會(huì)有益于吸附塔的穩(wěn)定生產(chǎn)。[11]

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解吸壓力一定的情況下，產(chǎn)品純度越高，氫氣回收率越低。[12]因而，要保證裝置運(yùn)行于最佳狀態(tài)，就必須將產(chǎn)品純度控制在既能滿足生產(chǎn)需要，又盡可能低的范圍內(nèi)。修改吸附時(shí)間和修改“操作系數(shù)”，延長(zhǎng)吸附時(shí)間、增大“操作系數(shù)”，則可以提高產(chǎn)品回收率；縮短吸附時(shí)間、減小“操作系數(shù)”，則可以提高產(chǎn)品純度。

Sorption of Carbon Dioxide from Wet Gases by K2CO3-in-Porous Matrix: Influence of the Matrix Nature[J].A.G.[11]Okunev,V.E.Sharonov,Yu.I.Aristov,V.N.Parmon.Reaction Kinetics and Catalysis Letters.2000(2)[12] R and D Note: Separation of a Nitrogen-Carbon Dioxide Mixture by Rapid Pressure Swing Adsorption[J].Zhixiong Zhang,Jianyu Guan,Zhenhua Ye.Adsorption.1998(2)

3.2 裝置參數(shù)的調(diào)節(jié) 3.2.1調(diào)整吸附時(shí)間

依據(jù)原料氣量的變化和產(chǎn)品純度的變化自動(dòng)地計(jì)算出最佳吸附循環(huán)時(shí)間，優(yōu)化裝置的運(yùn)行狀況，使裝置在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還可以自動(dòng)地獲得最高的產(chǎn)品回收率、獲得最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。

因吸附劑吸附能力一定，按照一般情況來(lái)說(shuō)，循環(huán)時(shí)間×氣量=定值，當(dāng)系統(tǒng)氣量增大時(shí)，必須通過(guò)減少循環(huán)時(shí)間來(lái)控制出口指標(biāo)，反之亦然。

氣體混合物的流量、組成和循環(huán)時(shí)間三者之間密切聯(lián)系。要求獲得一定純度的CO產(chǎn)品氣，當(dāng)氣體混合物的流量增大時(shí)，需要縮短循環(huán)時(shí)間；當(dāng)氣體混合物的流量減小時(shí)，則需相應(yīng)增加循環(huán)時(shí)間。在生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)CO純度、循環(huán)時(shí)間和氣體混合物流量時(shí)，必須滿足下列條件：[13]

實(shí)際吸附時(shí)間≦同時(shí)處于吸附狀態(tài)塔數(shù)?實(shí)際吸附壓力?額定壓力4.5

當(dāng)裝置的處理量改變之后（或原料氣組成改變后），將有可能影響產(chǎn)品的純度，這時(shí)可調(diào)“操作系數(shù)”以調(diào)整吸附時(shí)間，使產(chǎn)品純度重新運(yùn)行于最佳范圍。由于調(diào)整吸附時(shí)間后，產(chǎn)品純度不會(huì)馬上有所變化，而是有一個(gè)滯后期，故在工況變化時(shí)，必須提前逐步做好相應(yīng)調(diào)節(jié)。

補(bǔ)充氮?dú)饪赏ㄟ^(guò)增加造氣工段吹風(fēng)氣的回收時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于變壓吸附脫碳工序裝置的氮?dú)鈸p失相對(duì)來(lái)說(shuō)要大些，因而工廠可以通過(guò)延長(zhǎng)造氣工段吹風(fēng)氣的回收時(shí)間來(lái)回收一些氮?dú)鈴浹a(bǔ)損失，使凈化氣中氫氮比產(chǎn)量達(dá)標(biāo)。與總氣量相比，所增加的氣體量并不多，以2萬(wàn)t/a合成氨能力的廠為例，生產(chǎn)的半水煤氣大約13000m3/h（標(biāo)態(tài)），增加的氮?dú)獠坏娇倸饬康?%，設(shè)備負(fù)荷就可以承受。補(bǔ)充氮?dú)獾募榷ㄔ瓌t是：a.氫氮比符合要求；b.加氮?dú)饬堪碢SA裝置來(lái)說(shuō)，每處理4800m3/h（標(biāo)態(tài)），變換氣增加90m3/h（標(biāo)態(tài)）左右；c.在吹風(fēng)氣補(bǔ)充氮?dú)獾倪^(guò)程中，要選擇好吹風(fēng)氣回收的時(shí)間，最好少帶入CO2，應(yīng)根據(jù)各廠的生產(chǎn)操作條件來(lái)選擇好吹風(fēng)氣回收的時(shí)間[14]。3.2.2 產(chǎn)品氣升壓控制

[13][14]鄭黎,周麗莉.變壓吸附氣體分離技術(shù)應(yīng)用及展望[J].河南化工,2010,(16):4-6.湯士勇.變壓吸附脫碳對(duì)甲烷、硫化氫等有害氣體脫除的探討[J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),2005,06:33-35.產(chǎn)品氣升壓調(diào)節(jié)閥隨PID調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品氣升壓的速度的控制，升壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生，無(wú)需操作工進(jìn)行手動(dòng)修改，需要調(diào)節(jié)的只是升壓調(diào)節(jié)閥的最小、最大開(kāi)度和PID參數(shù)。設(shè)置開(kāi)度大不和PID參數(shù)時(shí)應(yīng)使最終升壓力在切換時(shí)基本上達(dá)到符合要求的吸附壓力，與吸附壓力之差不得高于0.05MPa。[15]

需保持高壓機(jī)的壓力平衡。變壓吸附脫碳裝置起著1個(gè)“碳化工段”的脫碳作用，變換氣通常是由高壓機(jī)三段出口送來(lái)，經(jīng)過(guò)脫碳后的凈化氣返回高壓機(jī)的四段入口。[16]眾所周知，目前合成氨工業(yè)用高壓機(jī)是按一、二、三段壓縮變換氣和四段之后壓縮凈化氣來(lái)設(shè)計(jì)的，四段之后的壓力分配和氣缸設(shè)計(jì)，通常是按變換氣中僅脫掉CO2而沒(méi)有考慮其它氣體損失的情況來(lái)制定。當(dāng)變壓吸附脫碳裝置開(kāi)始運(yùn)行以后，在把CO2脫掉的同時(shí)，CH4、CO、H2S等有害雜質(zhì)也會(huì)被大部分脫掉，另外也會(huì)損耗一部分H2、N2[17]。后兩種因素的結(jié)果會(huì)引起高壓機(jī)的四段入口壓力偏低，如果在壓縮機(jī)一段入口通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓來(lái)減小高壓段的影響，也較容易引起一、二、三段超壓。針對(duì)不改變高壓機(jī)而又有氣體損失的氣缸，能讓高壓機(jī)滿負(fù)荷壓力平衡運(yùn)行的辦法之一是增加1臺(tái)小型煤氣壓縮機(jī)補(bǔ)償氣體損失，三段出口壓力與排氣壓力接近即可，這樣的配置相當(dāng)于增加了一、二、三段的打氣能力，在變壓吸附脫碳裝置上再損耗一些氣體，正好可以滿足四段入口的壓力要求，由此就可以解決高壓機(jī)各段壓力不平衡的問(wèn)題，使高壓機(jī)能滿負(fù)荷運(yùn)行，從而保證了高壓機(jī)各段之間氣體損失的減小，同時(shí)高壓機(jī)各段氣體之間的壓力平衡也有利于氣體回收工藝和脫碳工藝的徹底進(jìn)行。[18] 3.2.3 粗脫碳系統(tǒng)與凈化系統(tǒng)吸附時(shí)間的協(xié)調(diào)控制

凈化系統(tǒng)逆放氣的氫氣含量約為23%左右，供給粗脫碳系統(tǒng)初步升壓回收利用。如果凈化系統(tǒng)與粗脫碳系統(tǒng)吸附時(shí)間控制不協(xié)調(diào)，致使粗脫碳系統(tǒng)無(wú)法完全有效地回收凈化系統(tǒng)逆放氣，凈化系統(tǒng)逆放氣因壓力高被迫放空以維持凈化系統(tǒng)徹底再生，這樣將大大降低氫氣回收率。一般來(lái)說(shuō)，適宜適當(dāng)加長(zhǎng)凈化系統(tǒng)吸附時(shí)間，以此減少凈化系統(tǒng)逆 李博，韓大明，薛東旭.膜分離與變壓吸附技術(shù)在甲醇和合成氨生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].廣州化工，2012，23：132-133.唐莉，王宇飛，李忠.變壓吸附脫除并回收合成氨變換氣中CO2[J].中氮肥，2000，05：23-24+26.王春燕,楊莉娜,王念榕,丁建宇,王天明,黃秀杰.變壓吸附技術(shù)在天然氣脫除CO2上的應(yīng)用探討[J].石油規(guī)劃設(shè)[15][16][17]計(jì),2013,01:52-55.[18]馬迎麗，張凡軍.變壓吸附脫碳在合成氨生產(chǎn)中應(yīng)用的討論[J].氮肥技術(shù)，2010，01：31+45.放氣的解吸量，可適當(dāng)縮短粗脫碳系統(tǒng)的吸附時(shí)間，增加其循環(huán)次數(shù)，以利用更多的凈化系統(tǒng)逆放氣量。3.3 裝置工藝的優(yōu)化

近幾年，我國(guó)為數(shù)眾多的以生產(chǎn)碳銨為主的中小型合成氨廠由于生產(chǎn)工藝落后、產(chǎn)品成本高、能耗高等原因，已瀕臨停產(chǎn)，根據(jù)市場(chǎng)需要來(lái)改單一產(chǎn)品為多元產(chǎn)品、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、降低能耗已經(jīng)迫在眉睫。變換氣脫碳工段是合成氨生產(chǎn)中能耗高的工段之一，因此要降低合成氨能耗，選擇低能耗的變換氣脫碳工藝至關(guān)重要。[19]合成氨原料氣凈化的一個(gè)重要工序是變換氣脫碳，我國(guó)許多中小氮肥企業(yè)目前采用的均為碳化工藝，即將合成的氨幾乎全部返回碳化工序用于脫除變換氣中的CO2，同時(shí)得到大量碳酸氫銨。[20]

由于碳銨價(jià)格受季節(jié)、進(jìn)口化肥等因素的影響會(huì)有很大波動(dòng)，而碳銨生產(chǎn)成本較高，因此以碳氨為主要產(chǎn)品的這些企業(yè)大多數(shù)都處于舉步維艱的狀態(tài)，由此我們也了解到由碳銨改產(chǎn)尿素是一條新的出路。在已成功開(kāi)發(fā)的變換氣脫碳工藝技術(shù)和變壓吸附提純CO2技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)研究最終開(kāi)發(fā)出了從合成氨變換氣中同時(shí)制取雙高產(chǎn)品的新工藝，即采用變壓吸附裝置，用變換氣直接制取能用于合成尿素的純CO2氣體和能用于生產(chǎn)合成氨的氫氮?dú)鈨煞N產(chǎn)品。該工藝的成功開(kāi)發(fā)，使變壓吸附技術(shù)成為合成氨廠碳銨改產(chǎn)尿素的經(jīng)濟(jì)、有效的方法。該裝置所生產(chǎn)多余的純CO2氣體還可直接精制，從而得到工業(yè)液體CO2和食品級(jí)CO2外售，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。[21]

裝置的技術(shù)指標(biāo)如下：（1）原料氣：合成氨變換氣

適用壓力：0.7—2.5MPa適用溫度：≤400C H2S含量要求：≤500mg/m3 H20：飽和（2）產(chǎn)品一：氫氮混合氣

氫氣回收率：≥96% 氫氮比：2.8--3.3 氫氮?dú)庵蠧O2含量：≤0.3% [19][20][21] 黃家鵠,王斌,雍思吳,穆春雷.熱鉀堿法與變壓吸附法脫碳工藝比較[J].氮肥技術(shù),2015,(05):10-12+20.于干.化學(xué)吸收法/變壓吸附法脫除沼氣中CO_2的實(shí)驗(yàn)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2013.何景連.合成氨分離方法的比較及其吸附分離的初步研究[D].四川大學(xué),2005.輸出壓力：低于原料氣壓力0.05MPa（3）產(chǎn)品二：純二氧化碳?xì)?/p>

CO2：含量：≥98 %

CO2：提取率：≥75 % 輸出壓力：常壓

結(jié)語(yǔ)

總之，變壓吸附技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單、能耗低、裝置自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品氣純度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且在合成氨企業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，隨著社會(huì)的發(fā)展和企業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，變壓吸附技術(shù)必將會(huì)有越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[19] 馬迎麗，張凡軍.變壓吸附脫碳在合成氨生產(chǎn)中應(yīng)用的討論[J].氮肥技術(shù)，2010，01：31+45.[20] 黃家鵠,王斌,雍思吳,穆春雷.熱鉀堿法與變壓吸附法脫碳工藝比較[J].氮肥技術(shù),2015,(05):10-12+20.[21] 何景連.合成氨分離方法的比較及其吸附分離的初步研究[D].四川大學(xué),2005.[22] 于干.化學(xué)吸收法/變壓吸附法脫除沼氣中CO_2的實(shí)驗(yàn)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2013.[23] 楊軍紅,肖紅玲,李小倍.變壓吸附提純一氧化碳工藝系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行[J].大氮肥,2013,(02):115-117.[24] 強(qiáng)艷波.變壓吸附（PSA）分離凈化煤氣提純一氧化碳的工藝過(guò)程分析與優(yōu)化[D].華東理工大學(xué),2011.[25] 李耀剛.變壓吸附脫碳工藝的發(fā)展及優(yōu)化[J].中氮肥,2010,(01):45-47.[26] 徐冬,張軍,翟玉春,劉麗影,李剛.變壓吸附分離工業(yè)廢氣中二氧化碳的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2010,(01):150-156+162.[27] 李耀剛.變壓吸附提氫工藝的優(yōu)化[J].化肥設(shè)計(jì),2009,(03):36-38.[28] 李剛,母榮新,范培水.優(yōu)化變壓吸附脫碳工藝減少有效氣體損耗[J].小氮肥,2005,(06):8-10.[29] 王祥云.合成氨氣體凈化技術(shù)進(jìn)展(下)——脫碳技術(shù)的進(jìn)展[J].化肥工業(yè),2005,(02):19-28+37.[30] 陳道遠(yuǎn).變壓吸附法脫除二氧化碳的研究[D].南京工業(yè)大學(xué),2003.[31] 宋偉杰.變壓吸附空分制氧吸附劑的研制[D].大連理工大學(xué),2001.[32] 吳楷.變壓吸附富氧工藝用于合成氨制氣過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì),1996,(06):23-27+13.[33] 黃家鵠.變壓吸附技術(shù)改革合成氨工藝設(shè)想[J].中氮肥,1985,(04):1-5.11

致謝

本論文是在導(dǎo)師的諄諄教誨和指導(dǎo)下完成的，從選題、構(gòu)思到定稿無(wú)不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水；導(dǎo)師淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)使我受益終身，在此表示深深的敬意和感謝。

這次寫論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到，做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程。沒(méi)有認(rèn)真學(xué)習(xí)和鉆研，自己就不可能有研究的能力，就不可能有自己的研究，就不會(huì)有所收獲和突破。希望這個(gè)經(jīng)歷，在今后的學(xué)習(xí)和生活中能夠繼續(xù)激勵(lì)我前進(jìn)。

另外，還要特別感謝我的家人，他們時(shí)刻關(guān)心我，給我提供了學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，時(shí)時(shí)刻刻為我鼓勁、為我加油，進(jìn)而促使我不斷成長(zhǎng)和進(jìn)步。同時(shí)，也要感謝寢室的室友以及所有關(guān)心我的朋友，感謝他們陪伴我走過(guò)了很多美好的時(shí)光，在我遇到困難時(shí)他們關(guān)心我、幫助我。在完成畢業(yè)論文的過(guò)程中，很多朋友都給了我無(wú)私的幫助和支持，在此表示由衷的謝意！

最后，因本人水平有限，論文肯定還有不少不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正，我希望可以有機(jī)會(huì)繼續(xù)去完善，我將不斷努力繼續(xù)充實(shí)自己。

呂先豪

2017年5月12日于洛陽(yáng)師范學(xué)院

第四篇：變壓吸附制氮機(jī)的原理分析

變壓吸附制氮機(jī)的原理分析

川匯氣體

變壓吸附制氮機(jī)名詞解釋及工作原理分析

變壓吸附（PSA）制氮技術(shù)，具有能耗低、低噪音、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。可滿足各種用氣需要，在冶煉、金屬加工、石化工業(yè)、電子工業(yè)、食品行業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸、等眾多領(lǐng)域得到廣泛使用。

變壓吸附制氮機(jī)是以空氣為原料，利用分子篩吸附劑對(duì)空氣中氮、氧不同的吸附性能，在常溫下變壓吸附(簡(jiǎn)稱PSA)制取氮?dú)?。主要結(jié)構(gòu)由空氣凈化系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)，制氮系統(tǒng)、氮?dú)鈨?chǔ)罐等部分構(gòu)成。

碳分子篩是由碳組成的多孔物質(zhì)，孔結(jié)構(gòu)模型為無(wú)序堆積碳素結(jié)構(gòu)。它分離空氣的能力，取決于空氣中各種氣體在碳分子篩微孔中的不同擴(kuò)散速度或不同的吸附力。由于氧分子通過(guò)碳分子篩微孔系統(tǒng)的狹窄空隙的擴(kuò)散速度比氮分子快得多。因此，當(dāng)加壓時(shí)它對(duì)氧優(yōu)先吸附，而氮?jiǎng)t被富集成高純度氣體。變壓吸附制氮機(jī)正是利用這一特性，采用加壓吸附、減壓解吸的方式實(shí)現(xiàn)氮氧分離。變壓吸附法通常使用兩塔并聯(lián)，交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生，從而獲得連續(xù)的氮?dú)饬?。PSA制氮機(jī)工藝流程

壓縮后的空氣經(jīng)空氣貯存緩沖罐進(jìn)入活性碳過(guò)濾器，除去油和水，然后經(jīng)過(guò)冷干機(jī)干燥冷卻卸壓再經(jīng)過(guò)T級(jí)和A級(jí)精密過(guò)濾后進(jìn)入兩個(gè)吸附塔。

PSA制氮工藝流程是采用在常溫下變壓吸附（即PSA）為無(wú)熱源的吸附分離過(guò)程，碳分子篩對(duì)吸附組合（主要是氧分子）的吸附容量因其分壓升高而增加，因其分壓的下降而減少。這樣，碳分子篩在加壓時(shí)吸附，減壓時(shí)解吸，放出被吸附的部分，使碳分子再生，形成循環(huán)操作。

變壓吸附過(guò)程，循環(huán)操作包括：吸附、均壓、降壓、釋放、沖洗，然后再充壓、吸附幾個(gè)工作階段，形成循環(huán)操作過(guò)程。

PSA制氮裝置根據(jù)流程的再生壓力不同，可分為真空再生和常壓再生流程。在兩種流程中，原料空氣經(jīng)無(wú)油空壓機(jī)壓縮調(diào)壓后，進(jìn)入除油系統(tǒng)和冷卻器，再經(jīng)干燥進(jìn)入碳分子篩吸附塔，吸附塔的上部排出產(chǎn)品氮?dú)猓晃降难鯕庵苯优欧诺酱髿庵?，?shí)現(xiàn)碳分子篩的再生。

第五篇：關(guān)于變壓吸附制氧機(jī)的穩(wěn)定性分析

關(guān)于變壓吸附制氧機(jī)的穩(wěn)定性分析

□河南開(kāi)元空分集團(tuán)有限公司副總工程師

張冰

摘要：變壓吸附制氧在得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，它的穩(wěn)定性問(wèn)題也被人們關(guān)注，本文就影響變壓吸附制氧穩(wěn)定性的幾個(gè)方面原因，對(duì)比國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備做了一些分析，提出了一些建議和看法。關(guān)鍵詞：變壓吸附制氧、國(guó)產(chǎn)設(shè)備、進(jìn)口設(shè)備、穩(wěn)定性。

變壓吸附制氧以其啟動(dòng)快、低能耗、操作簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)整范圍大等特點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在不需要高純氧的場(chǎng)合，如有色金屬冶煉（煉銅、煉鉛、煉鋅、煉金、煉鎳等）、黑色金屬冶煉（高爐富氧噴煤煉鐵、電爐煉鋼等）、富氧燃燒、化工造氣、醫(yī)療、污水處理（富氧爆氣）等領(lǐng)域使用越來(lái)越多。隨著變壓吸附制氧越來(lái)越多的使用，一些單位和用戶對(duì)變壓吸附制氧的穩(wěn)定性提出了一些質(zhì)疑，特別是長(zhǎng)期使用深冷制氧機(jī)和從事深冷制氧機(jī)制造的單位認(rèn)為變壓吸附制氧穩(wěn)定性差，連續(xù)性差。本文就大家更多關(guān)心的裝置的穩(wěn)定性問(wèn)題談一些看法。

穩(wěn)定性問(wèn)題不外乎兩方面：

1.產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性

一些單位反映說(shuō)變壓吸附產(chǎn)量和純度使用會(huì)越來(lái)越低，我們認(rèn)為可能出現(xiàn)的這種情況，與使用分子篩的質(zhì)量、工藝裝備水平及用戶的操作都有一定的關(guān)系。

筆者曾參觀考察過(guò)一些在運(yùn)行的國(guó)內(nèi)和進(jìn)口的變壓吸附制氧設(shè)備，發(fā)生這種現(xiàn)象的裝置中，使用分子篩的質(zhì)量占據(jù)主要地位。分子篩是變壓吸附的核心，分子篩性能優(yōu)劣和使用壽命的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性影響是相當(dāng)直接的。幾家選用不同廠家分子篩的用戶，裝置產(chǎn)量的穩(wěn)定性就各不相同。

比如采用老5A分子篩的設(shè)備，問(wèn)題就稍顯突出些。使用年限和壽命比現(xiàn)在普遍采用的LIX鋰基離子分子篩就差了許多。有的用戶本身上項(xiàng)目追求的就是短期效應(yīng)，只求低價(jià)，上馬快，設(shè)備早投產(chǎn)，就采用5A分子篩，不考慮運(yùn)行成本和后期產(chǎn)量的穩(wěn)定性問(wèn)題，這種選型的設(shè)備穩(wěn)定性就差一些。

采用LIX鋰基離子分子篩的用戶是占了大多數(shù)的，特別是在大中型設(shè)備上，它的優(yōu)勢(shì)是明顯的，這也是主流。因?yàn)槌杀竞烷L(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益是用戶的根本利益，多數(shù)用戶都不是在急功近利。采用LIX鋰基離子分子篩，可以提高氧氣提取率，有效降低能耗和減少分子篩的使用量，設(shè)備數(shù)量和占地面積也在減少，可靠性和經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。因此采用5A分子篩的設(shè)備占有率在逐漸縮小，采用LIX鋰基離子分子篩的設(shè)備在占據(jù)主導(dǎo)地位。

即便采用的都是LIX鋰基離子分子篩，因?yàn)橹圃旃に嚭团浞降牟煌?，其性能指?biāo)也有所不同。這在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備中已經(jīng)看到了使用效果上的差異，從用戶反饋回來(lái)的信息中也得到了印證。即使是國(guó)外的專用LIX鋰基離子分子篩也需要在性能質(zhì)量和使用壽命上下些功夫，在筆者看到的國(guó)外設(shè)備中也同樣存在分子篩壽命的問(wèn)題。它昂貴的價(jià)格使得用戶在添加或更換它的時(shí)候顯得不十分情愿，用戶希望他們使用的分子篩壽命不只是十年，應(yīng)該更長(zhǎng)。所以提高分子篩性能，提高使用經(jīng)濟(jì)性，這也是提高產(chǎn)量穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

閥門頻繁切換，密封圈的使用壽命等對(duì)產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性也有影響。閥門長(zhǎng)期使用，有時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)啟不靈活，閥板關(guān)不嚴(yán)，或者密封圈達(dá)不到使用壽命要求，提前產(chǎn)生磨損而導(dǎo)致密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，這些原因會(huì)引起泄露，導(dǎo)致保壓保不住，均壓均不了，引起工況不穩(wěn)，影響產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性。盡管大家在長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐中針對(duì)發(fā)生的問(wèn)題做了不少的改進(jìn)工作，但是不管是國(guó)產(chǎn)閥門或者中外合資的閥門都還是存在一個(gè)穩(wěn)定性的問(wèn)題，即使是原裝進(jìn)口的閥門在這樣頻繁切換使用的環(huán)境里也有一個(gè)穩(wěn)定性的問(wèn)題。

裝備設(shè)計(jì)水平，比如吸附塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也是影響分子篩的使用效果，影響產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性至關(guān)重要的一個(gè)因素。

吸附塔是變壓吸附制氧機(jī)的關(guān)鍵部件，在吸附塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證高效和長(zhǎng)壽是兩大目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)的吸附塔結(jié)構(gòu)普遍采用的是軸流式吸附床結(jié)構(gòu)。這種吸附床的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造費(fèi)用低，缺點(diǎn)是軸流式的進(jìn)氣排氣對(duì)床層的沖擊比較大，容器死隙比較大，設(shè)備體積大，對(duì)氣流分布計(jì)算要求比較嚴(yán)。因?yàn)檫@種吸附塔直徑超大，分布器孔板計(jì)算有難度，設(shè)計(jì)偏薄剛性就顯得不夠，設(shè)計(jì)偏厚又存在不經(jīng)濟(jì)，頻繁的正壓進(jìn)氣和負(fù)壓抽氣造成大直徑孔板的震動(dòng)，會(huì)引起絲網(wǎng)松動(dòng)、破裂，導(dǎo)致分子篩粉化、流化。這種軸流式的進(jìn)排氣方式，分子篩老化和粉化過(guò)早出現(xiàn)的概率就相對(duì)也大一些。這種現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)和進(jìn)口設(shè)備采用軸流式吸附床結(jié)構(gòu)的裝置中都曾經(jīng)發(fā)生過(guò)。這就是吸附塔長(zhǎng)壽的問(wèn)題。因?yàn)榧夹g(shù)開(kāi)發(fā)上的原因，也有設(shè)備造價(jià)的原因，國(guó)內(nèi)的吸附塔結(jié)構(gòu)恐怕還要有一段時(shí)間要沿用這種結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)突破的情況下，合理優(yōu)化，解決好氣流分布和孔板強(qiáng)度問(wèn)題，即便是先天不足也要設(shè)計(jì)得相對(duì)合理，這樣長(zhǎng)壽問(wèn)題才會(huì)有保證。這一點(diǎn)內(nèi)功，我們國(guó)內(nèi)的同行是應(yīng)當(dāng)互相勉勵(lì)來(lái)共同加強(qiáng)的！承認(rèn)問(wèn)題，正視存在不足，這樣才會(huì)想辦法去改進(jìn)、去完善自己的設(shè)計(jì)。

進(jìn)口設(shè)備在大中型裝置中多采用徑軸流（也稱徑向流）吸附床結(jié)構(gòu)。這種軸向進(jìn)氣徑向排氣（也有徑向進(jìn)氣軸向排氣）的方式對(duì)分子篩造成的沖擊較小，氣流分布也更為均勻、平穩(wěn)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是吸附塔容積小、容器死隙小，壓降也小，吸附和解吸期間氣流分布良好，即使是頻繁的進(jìn)氣和抽氣，床層的穩(wěn)定性比較好，絲網(wǎng)松動(dòng)、破裂、分子篩粉化、流化的機(jī)會(huì)也相對(duì)少的多。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)也保證了分子篩與進(jìn)塔空氣的充分接觸，分子篩床層薄，吸附充分，吸附效率高，分子篩用量也少，產(chǎn)量和純度也比較穩(wěn)定。這種吸附床在進(jìn)口設(shè)備中可以經(jīng)?？吹?，國(guó)內(nèi)供貨商暫時(shí)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出這種昂貴的設(shè)備。有國(guó)內(nèi)供貨商稱已經(jīng)設(shè)計(jì)出了徑向流吸附床，但尚未見(jiàn)到有用在設(shè)備的報(bào)道。這就是高效問(wèn)題。這也就是國(guó)內(nèi)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備存在差距的一個(gè)重要所在。

2.裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性

裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)供貨商來(lái)說(shuō)是靠程控系統(tǒng)和裝備質(zhì)量來(lái)保證的，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)則是靠正確的操作和維護(hù)保養(yǎng)來(lái)決定的。

程控系統(tǒng)大家都采用PLC控制，國(guó)內(nèi)這方面程控軟硬件做的已經(jīng)很成功，應(yīng)用也非常普及廣泛，這方面已經(jīng)沒(méi)有太多的問(wèn)題。裝備質(zhì)量的問(wèn)題就比較復(fù)雜。

先談進(jìn)口設(shè)備。

進(jìn)口設(shè)備多采用“一拖二”的機(jī)組配備，即一臺(tái)電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備少但配置合理，主機(jī)的穩(wěn)定性也好。鼓風(fēng)機(jī)和真空泵占地少，精度好，效率高，振動(dòng)也小。而國(guó)內(nèi)設(shè)備的配置卻做不到這么緊湊，不但實(shí)現(xiàn)不了“一拖二”，鼓風(fēng)機(jī)和真空泵也做不到體積小和效率高。這就是配置可靠性的問(wèn)題。雖然變壓吸附制氧因?yàn)樵O(shè)備少，故障相對(duì)較少，處理起來(lái)也比較容易，但與進(jìn)口設(shè)備這種簡(jiǎn)捷高效的配置相比，設(shè)備增多故障點(diǎn)也隨之增多，還是存在穩(wěn)定性的差異。

“消噪”處理的好壞對(duì)穩(wěn)定性也有影響。有效的“消噪”處理，可以減輕設(shè)備和管道的振動(dòng)，有助于提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

大家知道，噪音是由振動(dòng)產(chǎn)生的，特別是蘿茨真空泵出口消音器“消噪”處理對(duì)變壓吸附來(lái)說(shuō)是一個(gè)不容忽視的難題，因?yàn)樽儔何降脑胍艉艽笠徊糠殖鲎杂谒Ｌ}茨真空泵抽真空時(shí)產(chǎn)生的氣流流速達(dá)到30m/s，又是低頻脈沖式的，對(duì)消音器筒壁的沖刷斷續(xù)又劇烈，產(chǎn)生的振動(dòng)噪音比較大，“消噪”的難度也比較大，這成了蘿茨真空泵的一個(gè)“硬傷”。

難度大并不意味著沒(méi)辦法處理。筆者看到一家進(jìn)口設(shè)備的濕式消音器“消噪”處理就比較好，振動(dòng)比國(guó)產(chǎn)設(shè)備小的多，國(guó)產(chǎn)設(shè)備雖然也在不斷嘗試改進(jìn)，但效果總談不上理想。鄂州汴京空氣分離設(shè)備有限公司剛剛在大冶市興成礦業(yè)有限公司投產(chǎn)的變壓吸附制氧機(jī)就在“消噪”處理上下了一些功夫，做了些新的嘗試，不但廠房?jī)?nèi)做“消噪”處理，連真空泵濕式消音器也整體做“消噪”處理，并且在消音器出口又增加了消音器，實(shí)測(cè)廠房外噪聲只有68～70dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?！坝矀痹谶@里得到了有效的解決。

進(jìn)口設(shè)備的整體“消噪”處理也做得精細(xì)，不但該做的處理一點(diǎn)都不省，連廠房橫梁都做了消音處理，這一點(diǎn)值得我們國(guó)內(nèi)供貨商學(xué)習(xí)。

進(jìn)口設(shè)備也有不完善的地方。我們談的這家進(jìn)口設(shè)備的鼓風(fēng)機(jī)出口消音器，振動(dòng)就比我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備大得多。國(guó)產(chǎn)設(shè)備原來(lái)振動(dòng)也大，但經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改動(dòng)，振動(dòng)大大減少。

再談國(guó)內(nèi)設(shè)備。

裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性還有一條重要的因素，就是吸附塔制造質(zhì)量。吸附塔制造質(zhì)量的好壞對(duì)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響。

因?yàn)閲?guó)內(nèi)的軸流式吸附塔超大的直徑造成制造和運(yùn)輸?shù)牟槐悖覀兊墓┴浬坛鲇谥圃斐杀旧系目紤]，多數(shù)采取就近尋找有資質(zhì)的單位就近加工就近供貨的方式，這樣做的好處是節(jié)約了制造成本，但對(duì)制造質(zhì)量的把關(guān)卻造成了難度，對(duì)制造過(guò)程做不到有效監(jiān)控。這種制造質(zhì)量上存在的不確定性因素甚至給設(shè)備的穩(wěn)定性帶來(lái)致命的隱患！這一點(diǎn)相信我們的供貨商應(yīng)該深有感觸，本來(lái)設(shè)計(jì)很好的一套裝置因?yàn)橥獍剿闹圃熨|(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)造成分子篩粉化、流化，給設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果！這種嚴(yán)重的后果在早期進(jìn)口設(shè)備中采用軸流式的吸附塔中也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)，造成的損失也很大。

因此我們的供貨商要在控制好產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫，該把好關(guān)的一定要把好關(guān)，加強(qiáng)和提高裝備制造水平，避免這種嚴(yán)重的后果發(fā)生。

實(shí)際上產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性和裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性都是在談一個(gè)問(wèn)題，兩者是結(jié)合在一起分不開(kāi)的。國(guó)產(chǎn)設(shè)備雖然因?yàn)樯厦嬲劦降囊恍┰?，在穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上等等還需要做出努力，但是國(guó)產(chǎn)設(shè)備也有自身的優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉，設(shè)計(jì)富裕量大。造價(jià)低廉可以惠顧用戶，與進(jìn)口設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但富裕量大卻值得探討。筆者認(rèn)為這個(gè)富裕量既是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)該不是經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)。

進(jìn)口設(shè)備從設(shè)備選型到分子篩用量都是采用模塊設(shè)計(jì)，產(chǎn)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)到位，工藝計(jì)算準(zhǔn)確，幾乎沒(méi)有富裕量。量化準(zhǔn)確，實(shí)際上也是一種嚴(yán)謹(jǐn)、成熟和負(fù)責(zé)態(tài)度的表現(xiàn)。這一點(diǎn)值得我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備借鑒。

隨著使用年限的增加，因?yàn)榱鞒探M織和采用分子篩性能不同，用戶操作使用和維修保養(yǎng)效果也不一樣，個(gè)別機(jī)組存在這種產(chǎn)量和純度降低的現(xiàn)象。但大多數(shù)裝置運(yùn)行狀況都是良好的，這是主流！即使有產(chǎn)量和純度降低的裝置，降低的比例也是很小的，有限的降低對(duì)整套裝置的使用不會(huì)造成太大的影響，也不會(huì)影響到用戶的正常生產(chǎn)，用戶不必為此擔(dān)心。相對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)有充足富裕量的優(yōu)點(diǎn)來(lái)講，又是對(duì)產(chǎn)量和純度降低的一種補(bǔ)充。況且分子篩供貨商對(duì)分子篩的質(zhì)量和使用壽命也有承諾：正常使用，十年之內(nèi)（也有供貨商保證十五年的）因?yàn)榉肿雍Y質(zhì)量原因引起產(chǎn)量和純度降低，供貨商免費(fèi)更換或添加或活化再生分子篩。這樣的服務(wù)承諾用戶可以放心地使用變壓吸咐制氧機(jī)了。

隨著原材料的不斷上漲，鋼材和有色金屬材料價(jià)格也在不斷上漲，設(shè)備制造成本也在不斷的增加，深冷制氧機(jī)因?yàn)橛斜姸嗟闹圃煸O(shè)備而引起成套設(shè)備價(jià)格的攀升，相對(duì)變壓吸附較少設(shè)備價(jià)格的攀升來(lái)說(shuō)壓力和負(fù)擔(dān)就重了些。但在裝置大型化上和純度上深冷制氧機(jī)的優(yōu)勢(shì)還是明顯的，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始承做了83000Nm3/h的制氧機(jī)（開(kāi)封空分集團(tuán)已經(jīng)與天津榮城鋼鐵有限公司簽約），純度99.6%。變壓吸附因?yàn)槭茏陨砉に嚄l件的限制，目前還做不到這樣大的裝置，純度也做不到這樣高。雖然有新嘗試的報(bào)道，也有復(fù)合制氧機(jī)的出現(xiàn)，但也只是在中小型的規(guī)模上。從前雖有日本能夠用變壓吸附法生產(chǎn)９９.５%的報(bào)道，但實(shí)際的工業(yè)化裝置，筆者還未確知。西梅卡亞洲氣體系統(tǒng)成都有限公司，僅在裝置容量很?。?１５ＮＭa3/Ｈ）的情況下，采用意大利Ｔtalfilo技術(shù)生產(chǎn)９９%氧純度的分子篩制氧裝置。這也是迄今為止變壓吸附制氧最高的純度報(bào)道。

開(kāi)發(fā)新工藝，設(shè)計(jì)新型吸附塔，研發(fā)更加高效的分子篩吸附劑，應(yīng)該是變壓吸附大型化發(fā)展的方向。

國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的變壓吸附制氧裝置，流程設(shè)計(jì)上有采用傳統(tǒng)的蘿茨鼓風(fēng)機(jī)和蘿茨真空泵的，有采用離心鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵的，基本上都是這兩種。吸附劑也都采用目前專用的ＬＩＸ鋰基離子分子篩。專用切換蝶閥有采用中外合資產(chǎn)品的也有采用國(guó)產(chǎn)液壓傳動(dòng)閥門的。采用蘿茨風(fēng)機(jī)流程的優(yōu)點(diǎn)是能耗低了一些的，缺點(diǎn)是噪音稍高，消噪的任務(wù)比較大；采用離心風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵流程的優(yōu)點(diǎn)是噪音稍低些，缺點(diǎn)是能耗稍高些，密封水量用得多了一些，密封水的回收工作要多做一些。吸附塔的數(shù)量有采用兩塔、三塔、四塔或五塔的（有開(kāi)發(fā)單塔的報(bào)道，但沒(méi)見(jiàn)到使用）。采用吸附塔的數(shù)量的多少實(shí)際上也是一個(gè)工藝裝備水平衡量的標(biāo)志，這方面我們國(guó)內(nèi)的同行可是任重而道遠(yuǎn)！雖然供貨商從各自工藝流程設(shè)計(jì)角度和裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性角度考慮采用吸附塔數(shù)量的多少，但是進(jìn)口的“四千”、“五千”變壓吸附制氧裝置，兩塔流程就可以實(shí)現(xiàn)，甚至敢說(shuō)“七千”也可以采用兩塔流程！兩塔流程工藝簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備數(shù)量少，投資低，長(zhǎng)期運(yùn)行成本也低，當(dāng)然是一種優(yōu)化的流程方案，但要在大型裝置上實(shí)現(xiàn)，理論上可行，實(shí)際上難度很大。所以在裝備水平和工藝水平上我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備的差距是明顯的。提高裝備水平，縮短工藝差距，任務(wù)比較艱巨！

我們常?？梢钥吹竭@種現(xiàn)象，新上項(xiàng)目試車階段和項(xiàng)目完成以后種種原因致使不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，頻繁開(kāi)停制氧機(jī)，造成無(wú)謂的水電浪費(fèi)。筆者在內(nèi)蒙一家剛剛投產(chǎn)的銅冶煉廠就看到這種現(xiàn)象，這家銅冶煉廠在招標(biāo)制氧機(jī)（中型空分）時(shí)采用了傳統(tǒng)的深冷機(jī)，當(dāng)時(shí)對(duì)變壓吸附制氧機(jī)也有推薦，但這家單位認(rèn)為變壓吸附制氧不穩(wěn)定，又沒(méi)有技術(shù)含量，就沒(méi)有采用?，F(xiàn)在的生產(chǎn)狀況是半月一開(kāi)或者是一月一開(kāi)，每次一停一開(kāi)制氧機(jī)就要三天三夜（停機(jī)后加溫吹除一天，開(kāi)機(jī)后開(kāi)車出氧兩天），電費(fèi)就是十萬(wàn)元，浪費(fèi)實(shí)在是驚人！實(shí)際上大家都知道，銅的冶煉需要混氧鼓風(fēng)，不需要純度太高的氧氣，采用變壓吸附機(jī)是非常合適的，既方便操作，又減少電費(fèi)損失，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。筆者認(rèn)為，深冷機(jī)和變壓吸附無(wú)所謂孰優(yōu)孰劣，只是適用場(chǎng)合不一樣，用戶應(yīng)該從自身經(jīng)濟(jì)和實(shí)用角度考慮選擇采用哪種制氧機(jī)。

筆者認(rèn)為，在純度要求不高的制氧項(xiàng)目上，中小型制氧機(jī)（“六千”以下）采用變壓吸附應(yīng)該比較經(jīng)濟(jì)劃算，在大型制氧機(jī)項(xiàng)目上（“六千”以上）采用深冷機(jī)可靠性比較強(qiáng)。

產(chǎn)生疑問(wèn)與宣傳資料少和變壓吸附空分制氧技術(shù)成熟時(shí)間相對(duì)較短及國(guó)家對(duì)此推廣力度不夠有關(guān)。通過(guò)這幾年我們供貨商不斷的努力，也通過(guò)宣傳力度的加強(qiáng)和越來(lái)越多的裝置的投產(chǎn)，用戶看到了變壓吸附的存在，也逐漸接受了這種制氧機(jī)。人們對(duì)變壓吸附的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越清晰、客觀，定位也越來(lái)越準(zhǔn)確，這種客觀的認(rèn)識(shí)和定位就是一種可喜的進(jìn)步！