第一篇：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(chēng)

化學(xué)化工學(xué)院（全名）

專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間

XXX 職稱(chēng) 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)?。合成氨是以氫氣和氮?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(chēng)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(zhuān)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(lèi)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。活性炭作為一類(lèi)廣譜耐水的吸附劑，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(lèi)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。

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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(xiě)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

第二篇：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(chēng)為變溫吸附（簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)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(chēng)等溫吸附，又稱(chēng)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(lèi)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(lèi)型：

由于用途不同，變壓吸附脫碳裝置可分為三種類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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)狻６啻尉鶋航Y(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)?，一氧化碳及甲院：第二段將第一段吸附塔出口氣中的二氧化碳脫?.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?？蓪⒊刈儔何街品蛛x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(mén)的起閉而循環(huán)切換完成連續(xù)制氧，該制氧流程通常稱(chēng)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(chēng)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?？諝庵械牡?dú)狻⒍趸?、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(chēng)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)。

第三篇：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(mén)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(mén)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(chē)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T(mén)4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(mén)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(mén)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(mén)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

第四篇：變壓吸附技術(shù)問(wèn)答

變壓吸附技術(shù)問(wèn)答

1.什么叫吸附？

當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到固體表面上時(shí)，由于固體表面原子剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會(huì)暫時(shí)停留在固體表面上，這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣體分子在固體表面上的吸附。吸附物質(zhì)的固體稱(chēng)為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)。按吸附質(zhì)與吸附劑之間引力場(chǎng)的性質(zhì)，吸附可分為化學(xué)吸附和物理吸附。

2．氣體分離的原理是什么？

當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體分子的引力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)。3.什么叫物理吸附？

物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（即范德華力）進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，吸附過(guò)程進(jìn)行的極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。4.變壓吸附常用吸附劑有哪幾種？

變壓吸附常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。5.什么叫變壓吸附？

在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于循環(huán)周期短，吸附熱來(lái)不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動(dòng)范圍僅在幾度，可近似看作等溫過(guò)程。變壓吸附工作狀態(tài)僅僅是在一條等吸附線上變化。

6.PSA進(jìn)料中為什么要充分脫水？怎樣防止進(jìn)料帶水？

由吸附劑對(duì)水的吸附性能可知，吸附劑極易吸水，而且脫附困難，同時(shí)吸附劑吸水之后，對(duì)其它分子的吸附能力下降。所以必須對(duì)進(jìn)料氣進(jìn)行嚴(yán)格脫水，以防止損害吸附劑。為了防止進(jìn)料帶水，通常在進(jìn)料線上增設(shè)進(jìn)料氣水分離器，同時(shí)，為防止冬季飽和氣體在管線中發(fā)生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進(jìn)料管線進(jìn)行伴熱或保溫。7.PSA裝置最常用的吸附劑是什么？它們對(duì)一般氣體的吸附順序如何？

PSA最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。

分子篩對(duì)一般氣體的吸附順序是： H2＜＜N2＜CH4＜CO＜CO2 活性炭對(duì)一般氣體的吸附順序是： H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2 8.吸附器充分吸附雜質(zhì)后，各雜質(zhì)在吸附劑上如何分布？為什么？

當(dāng)吸附器充分地吸附了雜質(zhì)以后，雜質(zhì)界面最前沿為氮?dú)狻⒁谎趸?，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底層是微量的水?/p>

雜質(zhì)在吸附劑中的分布規(guī)律與吸附劑對(duì)各雜質(zhì)組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關(guān)。在吸附器中，活性炭作為主要的吸附劑裝填在下部，分子篩作為輔助吸附劑裝填在上部。進(jìn)料氣由吸附器底部進(jìn)入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對(duì)雜質(zhì)的吸附能力的大小次序?yàn)椋篐2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2＜H2O，所以吸附過(guò)程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下來(lái)。剩余的雜質(zhì)N2又被上部分子篩吸附，從而獲得高純度的氫氣。9.均壓過(guò)程和意義

被抽真空后的吸附器內(nèi)吸附劑再生完成，但吸附器內(nèi)壓力很低，與進(jìn)料壓力的壓差太大，不能直接進(jìn)行吸附，需要先升壓。而完成吸附步驟的吸附器壓力較高，同時(shí)吸附劑顆粒之間，存留一部分氫氣應(yīng)當(dāng)回收。均壓過(guò)程即是吸附之后的高壓吸附器與再生之后的低壓吸附器進(jìn)行壓力均衡，高壓吸附器內(nèi)部的氫氣流入低壓吸附器。均壓過(guò)程中，高壓吸附器壓力降低，部分雜質(zhì)脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質(zhì)界面上移。

所以均壓過(guò)程使得再生后低壓吸附器的壓力升高，并充分利用高壓吸附器內(nèi)部存留氫氣，提高氫回收率。

10.為什么順?lè)判秹哼^(guò)程中吸附器內(nèi)的雜質(zhì)界面上移？

變壓吸附是物理吸附，壓力降低時(shí)，被吸附的雜質(zhì)可以脫附，所以當(dāng)吸附器順?lè)判秹簳r(shí)，隨著壓力的降低，部分雜質(zhì)逐漸脫附，并隨著物流上移，同時(shí)又被床層上部尚未吸附雜質(zhì)的吸附劑重新吸附下來(lái)。因而順?lè)判秹哼^(guò)程中吸附器內(nèi)雜質(zhì)界面逐漸上移。11.逆放過(guò)程及其作用？

逆放是吸附器從供吹掃終止壓力下降到廢氣壓力的逆流卸壓過(guò)程，排放位置在吸附器底部，隨著壓力的不斷降低，雜質(zhì)不斷脫附并排入廢氣系統(tǒng)，雜質(zhì)前沿界面逐漸下移，所以排放過(guò)程使吸附器內(nèi)大部分雜質(zhì)脫附排出。排放結(jié)束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進(jìn)入進(jìn)行逆流吹掃，使殘留雜質(zhì)不斷脫附并隨物流排入廢氣系統(tǒng)，從而使絕大多數(shù)的吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。

所以，排放和被吹掃的作用就是排除吸附器內(nèi)的雜質(zhì)，使吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。12.廢氣緩沖罐有什么作用？

PSA運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，其壓力、流量和組成都發(fā)生周期性的變化。而作為加熱爐的燃料氣應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設(shè)置了廢氣緩沖罐，其作用就是為加熱爐提供流量、壓力和組成接近均勻一致的燃料氣。13.進(jìn)料組成變化對(duì)PSA有何影響？

進(jìn)料中氫含量增加時(shí)，產(chǎn)氫量和氫收率提高。當(dāng)氫含量低于設(shè)計(jì)值時(shí)，進(jìn)料中雜質(zhì)增加，產(chǎn)氫量和氫收率降低。如進(jìn)料中雜質(zhì)濃度增高而未能及時(shí)縮短吸附時(shí)間（或者降低進(jìn)料流量），則能造成雜質(zhì)超載，使產(chǎn)品純度下降，影響PSA的操作性能。14.進(jìn)料溫度變化對(duì)PSA有何影響？

變壓吸附是物理吸附過(guò)程，進(jìn)料溫度的高低直接影響吸附劑的吸附性能。進(jìn)料溫度太高，吸附劑的吸附能力下降，因而造成氫收率下降，同時(shí)還影響產(chǎn)品純度和吸附劑的使用壽命。而溫度太低了再生困難，如果因此造成吸附劑再生不完全，則惡性循環(huán)的后果將導(dǎo)致雜質(zhì)超載的現(xiàn)象而損害吸附劑。常溫下，10-30℃范圍內(nèi)幾乎有相等的氫收率，進(jìn)料溫度太高或太低，氫收率都有所下降。15.解吸壓力是否越低越好？為什么？

解吸壓力即廢氣壓力，解吸壓力越低，氫回收率越高，吸附劑再生越好。反之，吹掃壓力越高，氫回收率越低。但考慮到廢氣要能直接送到轉(zhuǎn)化爐做燃料，故廢氣緩沖罐出口保持一定壓力。

16.為什么要根據(jù)進(jìn)料流量的大小調(diào)整吸附時(shí)間？

每個(gè)吸附器在一定的產(chǎn)品規(guī)格要求和一定量吸附劑的條件下，吸附劑對(duì)雜質(zhì)的允許吸附量是一定的。所以每個(gè)吸附步驟只能提純一定量的進(jìn)料氣。在一定的進(jìn)料流速下，如果吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則吸附劑過(guò)多地吸附了雜質(zhì)造成雜質(zhì)超載，不僅使產(chǎn)品純度下降，而且使PSA操作性能變壞。若吸附時(shí)間太短，則不能充分利用吸附劑，達(dá)不到應(yīng)有的氫收率，造成浪費(fèi)。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際進(jìn)料流量的大小合理地調(diào)整吸附時(shí)間，充分利用吸附劑，在保證產(chǎn)品純度和保護(hù)好吸附劑的前提下，獲得高的氫收率。17.什么是吸附劑的比表面積？

比表面積即單位重量吸附劑所具有的面積，單位為m2/g，吸附劑的表 面積主要是微孔孔壁的表面積.18.在吸附過(guò)程中，吸附床分為哪幾個(gè)區(qū)段？

吸附床可分為三個(gè)區(qū)段：(1)為吸附飽和區(qū)，在此區(qū)吸附劑不再吸 附，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；(2)為吸附傳質(zhì)區(qū)，傳質(zhì)區(qū)愈短，表示傳質(zhì)阻力愈小(即傳質(zhì)系數(shù)大)，床層中吸附劑的利用率越高；(3)為吸附床的尚未吸附區(qū) 20.什么叫吸附前沿(或傳質(zhì)前沿)？

在實(shí)際的吸附床，由于吸附劑傳質(zhì)阻力的存在，吸附質(zhì)流體以一定的 速率進(jìn)入吸附床時(shí)，總是先在吸附床入口處形成一個(gè)濃度梯度，以此繪成的曲 線便稱(chēng)為吸附前沿(或傳質(zhì)前沿)，隨著吸附質(zhì)流體的不斷流入，使曲線沿吸附 床高度方向推進(jìn)。21.什么叫吸附床流出曲線？

在吸附慶中，隨著氣體混合物不斷流入，吸附前沿不斷向床的出口端 推進(jìn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，吸附質(zhì)出現(xiàn)在吸附床出口處，以出口濃度－－時(shí)間繪成 的曲線叫做吸附床流出曲線。

22.什么叫穿透濃度和穿透時(shí)間？

在吸附床流出曲線中，隨著氣體混合物不斷流入，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(tc)后，流出氣體中雜質(zhì)濃度達(dá)到一定值(Cc)出現(xiàn)揭點(diǎn)，開(kāi)始突然上升，這時(shí)的雜 質(zhì)濃度(C 0)稱(chēng)為穿透濃度，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間(tc)稱(chēng)為穿透時(shí)間。23.變壓吸附中吸附劑的再生有哪些方法？

利用降壓、抽真空、沖洗、置換等方法使吸附劑所吸附的 雜質(zhì)析出。24.什么叫氫氣回收率？

回收率是變壓吸附裝置主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從高壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中氫氣組分絕對(duì)量占進(jìn)入變壓吸附裝置原料氣中氫氣絕對(duì)量的百分比。25.在變壓吸附循環(huán)過(guò)程中分哪些基本步驟？

(1)壓力下吸附：吸附床在過(guò)程的最高壓力下通入氣體混合物，其中雜質(zhì)被吸附，需提純物質(zhì)（氫氣）從吸附床另一端流出。(2)減壓解吸：根據(jù)被吸附組分的性能，選用降壓、抽真空、沖洗和置換等幾種方法使吸附劑再生；(3)升 壓：吸附劑再生完畢后，用產(chǎn)品氣體對(duì)吸附床進(jìn)行充壓，直至吸附壓力為止。26.什么叫循環(huán)周期？

對(duì)一臺(tái)吸附塔來(lái)說(shuō)，一個(gè)循環(huán)周期就是指該吸附塔從吸附雜質(zhì)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)降壓再生以后，又到新的一次吸附雜質(zhì)開(kāi)始，完成這樣大的工藝過(guò)程叫做循環(huán)周期。27.什么叫吸附時(shí)間？

指一個(gè)吸附塔在吸附步驟所經(jīng)歷的時(shí)間，其長(zhǎng)短可以反映該吸附塔處理進(jìn)料氣的總量。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，吸附時(shí)間是一個(gè)主要操作參數(shù)。28.什么叫做吸附劑的孔容？

吸附劑中微孔的容積稱(chēng)為孔容，通常以單位重量吸附劑中微孔的面積來(lái)表示，單位是cm3/g.

第五篇：變壓吸附設(shè)計(jì)（xiexiebang推薦）

一、關(guān)于吸附劑的算法：(以易吸附組分為準(zhǔn))QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP×3600/t 其中QF為進(jìn)口體積流量Nm3/h Cout為易吸組分進(jìn)口濃度 Cin為易吸組分出口濃度 n為總塔數(shù)，VR為單塔吸附劑體積 噸

q為吸附劑對(duì)易吸組分吸附容量 Nm3/噸 ΔP最后一次均壓與吹掃或抽真空之間的壓差 t為總循環(huán)時(shí)間，t0為單塔循環(huán)時(shí)間，t=n×t0，故上式變?yōu)椋?/p>

QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP ×3600 /（n×t0）即 QF(Cout－Cin)=VR×q×ΔP ×3600/t0

由上式可看出，PSA裝置的處理能力即要分離的易吸組分總量QF(Cout－Cin)只與單塔的吸附劑量VR和吸附容量q、解吸壓差ΔP和單塔循環(huán)時(shí)間t0有關(guān)，對(duì)同一裝置來(lái)說(shuō)，吸附容量q變化不大，要想加量，只能縮短循環(huán)時(shí)間，以增加循環(huán)數(shù)次，提高吸附劑利用次數(shù)或者增大ΔP以提高吸附劑吸量。

二、關(guān)于分離系數(shù)

分離系數(shù)定義：弱吸附組分在吸附床死空間中殘余量/弱吸附組分在吸附床中的總量）與（強(qiáng)吸附組分在吸附床死空間中殘余量/強(qiáng)吸附組分在吸附床中的總量）之比

如根據(jù)物料算出兩組分分離系統(tǒng)中以下數(shù)據(jù)：

1、弱吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出弱吸附組分放空量

2、強(qiáng)吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出強(qiáng)吸附組分放空量 比如制氧算出：

氮總放空量為8430 Nm3，通過(guò)塔壓及空隙算出784 Nm3； 氧總放空量為385 Nm3，通過(guò)塔壓及空隙算出196 Nm3 則分離系數(shù)為：

(196/385)/(784/8430)=5.47

另：如為兩組分系統(tǒng): 則塔內(nèi)床層死空間弱組分殘余量即為：V1*0.65*C1*ΔP 塔內(nèi)床層吸附劑吸附弱組分量即為：V1*（1－0.65）*τ*ΔP*C1

三、壓力與電耗一覽表

動(dòng)力設(shè)備123456兗礦風(fēng)機(jī)兗礦壓縮機(jī)中成真空泵東明空壓機(jī)中成風(fēng)機(jī)抽氣量或打入口輸出電機(jī)功最大軸軸功電耗電機(jī)電耗氣量(m3/h)壓力壓力率功率(kw/Nm3)(kw/Nm4)8000***00***16230000000.054.000-0.080.180.140.650.24.00.24.2500***0063028015393.5301.752040535.523880427.60.0190.0520.0360.0850.03150.1600.0400.1860.0230.0610.0430.1000.0370.1880.0000.2177廣東中成氧壓機(jī)8兗礦魯化壓縮機(jī)

四、過(guò)熱蒸汽區(qū)域描述蒸汽在溫度高于飽和蒸汽溫度的狀態(tài)。保持壓力不變，加熱飽和蒸汽，它的溫度會(huì)上升，就產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。

實(shí)際上就像一般的氣體如空氣中CO2一樣，就是在指定的壓力下，溫度高于蒸汽壓。飽和蒸汽壓和飽和溫度有一定的關(guān)系，其遵守克勞修斯—克萊佩龍方程

lnp=－ΔvapHm/R×(1/T)+c

根據(jù)化工工藝手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)，可以求出ΔvapHm，和C，求出公式如下： y =-4820.2x + 24.493，其中y為lnp，x為1/T P(A,Mpa)P(G,Pa)0.1040.1480.2050.2790.3740.4910.6380.8191.0371.2971.607104365******14266383488******lnP11.5611.9012.2312.5412.8313.1113.3713.6213.8514.0814.29lnP14.5114.7214.9115.1015.2815.45T(℃)100110120***0***0T(℃)***260T(K)3733833934034***453463473T(K)***533密度(kg/m3)汽化潛熱(千焦/千克)22600.0026810.60610.0026110.83640.00254451.12810.00248141.49770.00242131.96090.00236412.51650.00230953.19330.00225734.00310.00220754.95640.00215986.06760.00211427.35921/T1/T0.00207040.00202840.00198810.00194930.0019120.00187629.010910.808912.867015.207417.852320.82401849.8P(G,Mpa)P(G,Pa)1.8822.3272.8483.4534.1534.956 ******104655124138

五、各專(zhuān)業(yè)條件提法

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段的一般要求

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，工藝安裝專(zhuān)業(yè)應(yīng)給設(shè)備專(zhuān)業(yè)提交工藝裝置設(shè)備平面布置圖，若有特殊的荷載要求時(shí)，應(yīng)在圖上加以說(shuō)明或單獨(dú)提出。2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的一般要求

2.2.1 工藝安裝專(zhuān)業(yè)委托設(shè)備專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的有隔熱耐磨襯里的煙氣管道等，應(yīng)提供設(shè)備平豎面布置圖，并確定走向和支吊架位置。工藝、自控專(zhuān)業(yè)的開(kāi)口方位及大小，也由工藝安裝專(zhuān)業(yè)提交設(shè)備專(zhuān)業(yè)。

2.2.2 與土建和設(shè)備專(zhuān)業(yè)都有關(guān)的平臺(tái)梯子，應(yīng)分別給兩個(gè)專(zhuān)業(yè)各提供一份資料。

2.2.3 用簡(jiǎn)圖表示出設(shè)備的開(kāi)口方位。簡(jiǎn)圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖上的相一致。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，但其開(kāi)口方位需重新設(shè)計(jì)或作部分修改，則還應(yīng)表示出方向針與復(fù)用設(shè)備圖中原有0°方位的關(guān)系。

2.2.4 開(kāi)口方位簡(jiǎn)圖上應(yīng)列出所有開(kāi)口的編號(hào)、名稱(chēng)和公稱(chēng)直徑，并應(yīng)與工藝專(zhuān)業(yè)提交給設(shè)備專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)資料相一致。對(duì)開(kāi)口法蘭的壓力等級(jí)及密封面形式有要求時(shí)，應(yīng)予注明。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，則開(kāi)口方位簡(jiǎn)圖上的開(kāi)口編號(hào)應(yīng)與原圖相一致，設(shè)備法蘭接口外徑和壁厚應(yīng)與相接工藝管道一致。

2.2.5 工藝設(shè)備上的儀表開(kāi)口方位，應(yīng)與自控專(zhuān)業(yè)共同確定，畫(huà)出同一張開(kāi)口方位簡(jiǎn)圖上，并經(jīng)自控專(zhuān)業(yè)簽字。

2.2.6 塔類(lèi)設(shè)備上附設(shè)的檢修吊架方位應(yīng)表示在開(kāi)口方位簡(jiǎn)圖上。立式容器類(lèi)設(shè)備的支腿、支耳的方位有特殊要求者，也應(yīng)在開(kāi)口方位簡(jiǎn)圖上表示出來(lái)。

2.2.7 布置開(kāi)口方位時(shí)，應(yīng)注意開(kāi)口與塔內(nèi)件（如降液管、受液盤(pán)等）的關(guān)系，以保證符合工藝要求，并避免與塔內(nèi)件相碰，橢圓形封頭的小R 處盡量不布置開(kāi)口。

3.生根于設(shè)備上的鋼平臺(tái)梯子

3.1 應(yīng)繪制分層的平臺(tái)梯子平面簡(jiǎn)圖，（當(dāng)復(fù)印計(jì)算機(jī)繪制的配管圖作平臺(tái)梯子資料時(shí)，必須用紅筆標(biāo)明開(kāi)洞，并標(biāo)注清楚平臺(tái)梯子的尺寸），簡(jiǎn)圖應(yīng)清晰、明確、可不按比例，但尺寸的相對(duì)關(guān)系不宜與實(shí)際相差懸殊，以免造成錯(cuò)覺(jué)。簡(jiǎn)圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖相一致。

3.2 塔及立式容器上的扇形平臺(tái)應(yīng)注出其張角、寬度，直梯應(yīng)注出其中心線與設(shè)備中心線的夾角。塔頂或臥式的矩形平臺(tái)，應(yīng)注出其外形尺寸及其與設(shè)備的相對(duì)關(guān)系尺寸（例如與設(shè)備中心線或設(shè)備外形或設(shè)備支座的相對(duì)位置）。

3.3 應(yīng)注出平臺(tái)面標(biāo)高、平臺(tái)處地面標(biāo)高和設(shè)備基礎(chǔ)面標(biāo)高。標(biāo)高的基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)備平豎面布置圖相一致。

3.4 當(dāng)平臺(tái)下方有設(shè)備開(kāi)口時(shí)，平臺(tái)面與開(kāi)口中心的距離不得小于開(kāi)口公稱(chēng)直徑加100mm。3.5平臺(tái)上的開(kāi)孔應(yīng)注出開(kāi)孔直徑及其定位尺寸或角度，如圖3.2-1，圖3.2-2所示。開(kāi)孔直徑φ一般是將此管道的最大外徑（管子外徑或隔熱層外徑或法蘭外徑）加50mm。

3.6 在平臺(tái)梁上或在平臺(tái)面上支承管道、儀表箱或檢修部件，如果荷載超過(guò)200kg，則應(yīng)注明荷載的大小及具體位置。

3.7 如某層平臺(tái)需與其它構(gòu)筑物（如框架）相連接，則應(yīng)說(shuō)明連接的要求，并注出尺寸及與此連接的分區(qū)設(shè)備構(gòu)架物編號(hào)，層高等。

3.8 與自控專(zhuān)業(yè)有關(guān)的平臺(tái)梯子，應(yīng)與自控專(zhuān)業(yè)協(xié)商確定以滿足兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的要求。僅供自控專(zhuān)業(yè)使用的平臺(tái)梯子，應(yīng)與自控專(zhuān)業(yè)提出委托資料給工藝安裝專(zhuān)業(yè)會(huì)簽后，由自控專(zhuān)業(yè)提交設(shè)備專(zhuān)業(yè)和工藝安裝專(zhuān)業(yè)各一份。

3.9 電脫鹽、電精制和除塵等設(shè)備上，為安裝或檢修高壓電氣設(shè)備或線路的專(zhuān)用平臺(tái)梯子應(yīng)由電氣專(zhuān)業(yè)提交委托資料，經(jīng)工藝安裝專(zhuān)業(yè)會(huì)簽后，由電氣專(zhuān)業(yè)提交設(shè)備專(zhuān)業(yè)和工藝安裝專(zhuān)業(yè)各一份。當(dāng)有吊車(chē)梁生根于設(shè)備上時(shí)，應(yīng)提交荷載及位置，以便設(shè)備專(zhuān)業(yè)考慮吊車(chē)梁荷載的影響。11 如果必須在需要熱處理的合金鋼設(shè)備上或不允許在現(xiàn)場(chǎng)焊接的設(shè)備上焊接支架的生根構(gòu)件時(shí)，應(yīng)提出生根構(gòu)件墊板的大小及方位。依附在設(shè)備上或放置在平臺(tái)上的小型設(shè)備及管道和大閥門(mén)應(yīng)征詢(xún)?cè)O(shè)備專(zhuān)業(yè)的意見(jiàn)，必要時(shí)應(yīng)提出書(shū)面資料，以便設(shè)備專(zhuān)業(yè)核算偏心荷載。

電氣目錄：圖紙目錄，綜合材料表，施工說(shuō)明圖例，低壓配電系統(tǒng)圖，照明系統(tǒng)圖，電機(jī)控制原理圖，電纜管線表，一層配電平面圖，二層。。，一層照明平面圖，二層。。，基礎(chǔ)接地平面布置圖，一層接地平面圖，二層。。，屋面防雷平面圖，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)圖，一層火災(zāi)報(bào)警，電話平面圖，二層。。。

給排水：圖紙目錄，給排水設(shè)計(jì)說(shuō)明，綜合材料表，一層給排水平面圖，二層。。，給水系統(tǒng)圖，排水系統(tǒng)圖，消防系統(tǒng)圖。

建筑：圖紙目錄，建筑設(shè)計(jì)說(shuō)明，門(mén)窗及大樣，構(gòu)造做法表，一層平面圖，二層。。，屋頂平面圖，軸里面圖，剖視圖，樓梯詳圖。

6、硫化氫質(zhì)量體積含量和體積百分比的換算

如兗礦體積百分比為0.92%，轉(zhuǎn)為g/Nm3，則為： =0.92%*1000L/Nm3/22.4L/mol*34g/mol=13.96g/Nm3=13.96mg/NL

按標(biāo)準(zhǔn)態(tài)換算為1%體積百分比則為15.2g/Nm3 若再轉(zhuǎn)為實(shí)際壓力下硫含量，則為13.96g/Nm3*35Nm3/m3=488.6g/m3=488.6mg/L

§7 解吸倍數(shù)與吸附量

當(dāng)吸附劑吸附的物質(zhì)越多，最后解吸出來(lái)的就越多，所以，吸附容量越大，解吸倍數(shù)就越大。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在脫碳中用硅膠的吸附容量與解吸倍數(shù)關(guān)系為：

工程名稱(chēng)

吸附容量

解吸倍數(shù)

氣源組分 河北凱越單醇脫碳

7.45

7.5

COH2 遼寧鳳城一段

10.65

9.71

CO2H2 枝江三寧一段

14.73

15.06

CO2COH2

兗礦國(guó)泰一段

6.03

7.02

CO2COH2

湘中成制氧一段

12.96

8.99

O2N2

§8壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)升壓與升溫及冷卻水量關(guān)系

壓縮機(jī)的出口溫度取決于進(jìn)口溫度及壓縮比和絕熱系數(shù)，壓縮過(guò)程可視為絕熱過(guò)程，即可例出以下方程：

TOUT=TIN(POUT/PIN)(K-1)/K

一般壓縮比即POUT/PIN選擇不超過(guò)3，當(dāng)進(jìn)口溫度為40℃，壓縮比為3的情況下，出口溫度

TOUT=313×3(1.4-1)/1.4=313×1.369=428K=155℃

如果壓縮比超過(guò)3，在同樣的絕熱系數(shù)下，出口溫度就會(huì)超過(guò)155℃，將會(huì)對(duì)設(shè)備帶來(lái)很大的影響。因此，一般的壓縮都以壓縮比3來(lái)劃等級(jí)，比如進(jìn)口壓力為0.03Kg(G)，要求壓縮至35Kg(G)，則總壓縮比為36/1.03=34.95，那壓縮機(jī)至少應(yīng)為3×3×3×3=81，即4級(jí)，如果只選3級(jí)，則只能至3×3×3=27，壓縮不夠。

冷卻水量計(jì)算：

壓縮機(jī)所需冷卻水有兩個(gè)地方：一是缸套（即油溫及軸溫冷卻器）、二是中級(jí)冷卻器及各級(jí)冷卻器、三是后級(jí)冷卻器

一、對(duì)缸套，所需冷卻量q為：

q=120Vqd

L/h 單位為升/小時(shí)

二、對(duì)中級(jí)冷卻器，所需冷卻量q為：

q=60V×4.5L/h 單位為升/小時(shí)

以湘中成為例，風(fēng)機(jī)中冷器所需冷卻量為：（打氣量130 m3/min q=270×90=24.m3/h=0.4 m3/min

三、后冷卻器，所需冷卻量q為：

q=γV Cp(T4-T5)×1.15/(1000×Δt)

m3/h 單位為方/小時(shí)

其中

γ

空氣重度 Kg/m3

V 空氣壓縮機(jī)的排氣量 m3/min Cp 空氣的等壓比熱，取0.24

kcal/(kg。℃)T4-T5 冷卻器空氣前后溫差

以湘中成為例，后冷器所需冷卻量為：

q=1.2×78×0.24×(110-40)×1.15/(1000×10)§9

1830

全部為國(guó)內(nèi)設(shè)備，估計(jì)11個(gè)億，國(guó)外設(shè)備估計(jì)要16個(gè)億。

單套百萬(wàn)噸的都是國(guó)外的設(shè)備，估計(jì)要70個(gè)億，以天然氣為原料，成本能降幾百元 NH2-CO-NH2 CO（NH2）2 分子量60

NH3 17

34/60=0.6 3052 投資估計(jì)19億，每噸合380元

低溫甲醇洗

15萬(wàn)噸合成氨 投資約7500萬(wàn)，不包括溶劑費(fèi)

氣化噸氨消耗

目前空氣造氣

1.9噸煤/噸氨(指優(yōu)質(zhì)煤)

電耗1500kw/噸氨

富氧造氣(60%)

1.4噸煤/噸氨(指劣質(zhì)煤)

電耗950kw/噸氨

富氧消耗為

750Nm3/h O2

循環(huán)水消耗

350噸水/噸氨(62Kw/h)氣量與產(chǎn)量的換算 1、1噸合成氨需要脫碳?xì)饬繛?965標(biāo)方，脫碳?xì)獬煞譃椋?CO

H2 CO2 O2 N2 CH4+Ar NH3 2.24 71.86 0.2 0.04 23.94 1.66

0.06

2、變換氣成分：

1.6 51.39 28.64 0.06 17.12 1.19

3、則原料中CO2的剩余量為：2965×0.2%=5.93標(biāo)方/tNH3。

4、設(shè)變換氣量為X，X=2965＋（28.54%X－5.93）X=4146.7標(biāo)方/tNH3。

產(chǎn)量

煤氣量

變換氣量

脫碳?xì)饬?/p>

1噸合成氨

3300Nm3/h

4200Nm3/h

2965 Nm3/h

9、不銹鋼絲網(wǎng)計(jì)算

根據(jù)要求，不絲網(wǎng)要求重縫寬度不小于300mm，根據(jù)情況分兩種一種是比較大，直徑大于2米以上，兩張1米絲網(wǎng)拼在一起，還湊不上一個(gè)整圓，則需要中間加疊合層，留有銜接部分，也就是需要三張絲網(wǎng)，一種是比較小的絲網(wǎng)，直接用兩張合在一起中間就產(chǎn)生了疊合層，無(wú)銜接部分，即只需要2張絲網(wǎng)。對(duì)于第一種：有三個(gè)步驟，一：做兩張小半圓絲網(wǎng)，寬度1米，長(zhǎng)度按以下方法計(jì)算 根據(jù)以上圖可以求出下料高度：

(R-1000)2+H2=R2

即H＝√(2R×1000－10002)總高度即為2H。

二：制作疊合層

疊合層寬度應(yīng)該以500或1000為宜，這樣可以節(jié)省材料，如果大于500，則宜以1000寬度為主，疊合層分兩部分，兩邊為真正疊合部分，即一層小半圓層，一層為疊合層；中間為銜接部分，只有一層。這部分寬度W2為

W2=2R－2000 疊合部分W1寬度

W1＝（1000－W2）/2

對(duì)于第二種直接比較小的，制作步驟如下： 下料長(zhǎng)度即為絲網(wǎng)直徑，即2R，中間疊合部分寬度W2＋2R=1000+1000，即疊合部分寬度

W2＝2000－2R

§10開(kāi)孔率計(jì)算

開(kāi)孔率指的是沖孔區(qū)與整張板之間的一個(gè)比例，常用百分比來(lái)表示?，F(xiàn)在讓我們用下面的規(guī)格來(lái)舉例說(shuō)明：圓孔, 2MM孔徑, 60度錯(cuò)排, 4MM中心距, 外形尺寸1M X 2M.根據(jù)以上的信息及以下的公式，我們可以得出這種規(guī)格的沖孔網(wǎng)的開(kāi)孔率為23%。也就是說(shuō)沖掉的孔的面積之和為0.465平方米（1M X 2M X 23%）開(kāi)孔率計(jì)算公式

圓孔 60°錯(cuò)排

圓孔，直排

圓孔 45°錯(cuò)排

方孔，錯(cuò)排

方孔，直排

長(zhǎng)圓孔，Z型錯(cuò)排

長(zhǎng)圓孔，直排

長(zhǎng)圓孔，K型錯(cuò)排

長(zhǎng)方孔，Z型錯(cuò)排

長(zhǎng)方孔，直排

長(zhǎng)方孔，K型錯(cuò)排