变压吸附脱碳.doc

山西阳煤丰喜肥业（集团）股份有限公司临猗分公司50000ｍ3/ｈ变压吸附脱碳
变压吸附装置在我公司的应用
山西阳煤丰喜肥业（集团）股份有限公司临猗分公司
摘要：介绍了我公司变压吸附脱碳工艺的流程和装置的亮点及变压吸附工艺节能环保的、自动化程度高等特点，对新建合成氨厂的净化工艺的选择提供了借鉴。
关键词：变压吸附脱碳；装置的亮点；节能环保；投资
1变压吸附脱碳项目简介
1.1概述
临猗分公司50000ｍ3/ｈ变压吸附装置由成都华西化工科技有限公司设计并负责提供界区内的程控阀、吸附剂及真空泵等设备，项目于2008年三月份动工，2009年7月投运，总投资约2700万元。装置投运后整体运行良好，各项主控指标均能达到或超过设计要求，有效气体的回收率达到国内同行业先进水平。
1.2装置的亮点
1.2.1吸附塔分布器结构合理，减少了床层死空间，有利于提高有效气体的回收率；
1.2.2两段运行采用同步工艺，在设备数量和管道不增加的前提下，多了一次均压，有利于提高有效气体的回收率；
1.2.3两段采用双塔同时抽真空，同单塔抽真空相比，抽空时间长，吸附剂的解吸时间长，吸附剂利用率高，真空泵的能耗分布更合理，有利于控制产品二氧化碳的品质。
2变压吸附脱碳主要指标
本装置以变换气为原料，采用两段变压吸附工艺分离并提纯变换气中CO2的成套装置。
装置设计处理能力：50000Nm3/h
设计压力：＞1.7MPa
净化气中CO2含量：≤0.4%
全系统压差：≤0.08MPa
CO2气体纯度：≥98.5%
3流程简述
3.1流程简图
PSA-Ⅱ一次顺放气
PSA-Ⅱ二次顺放气

PSA-I
净化气
PSA-II
变换气

产品CO2
放空气

3.2文字流程
本装置采用两段VPSA工艺流程，第一段PSA-I工序采用12-2-11D-12R/ VPSA流程用于变换气中CO2提纯；第二段PSA-II工序采用12-2-（11D+PP1+PP2）-11R/VPSA流程用于脱除变换气中的剩余CO2。
3.2.1 PSA-I工序流程
PSA-I工序采用12-2-11D-12R/ VPSA流程，由12台吸附塔、3台CO2缓冲罐、1台分液罐、4台均压罐、3台真空泵组成，其工作过程包括吸附、均压、逆放、真空、升压等过程，具体描述如下：
a. 吸附过程
压力为～1.7Mpa的变换气自装置外来,经分液罐中分离掉其中夹带的液滴，然后自塔底进入PSA-I工序中正处于吸附状态的吸附塔 （同时有2个吸附塔处于吸附状态）内。在多种吸附剂的依次选择吸附下，其中的H2O、CO2等组分被吸附下来，未被吸附的中间净化气从塔顶流出，经压力调节系统稳压后去PSA-II工序进一步脱出CO2。
当被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时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。
b. 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氢氮气及一氧化碳放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢氮气及一氧化碳的过程，本流程共包括11次均压降压过程以保证氢氮气及一氧化碳的充分回收。
c. 顺放过程
均压结束后,将吸附塔内余压气体顺着吸附方向进行顺放回收，顺放气返回气柜。
d. 逆放过程
这是在均压过程结束后，逆着吸附方向进行减压，使被吸附的CO2减压解吸出来的过程。逆放解吸出来的产品CO2进缓冲罐，采用分级逆放及调节，可保证输出的CO2压力及纯度稳定。
e. 真空过程
这是在逆放过程结束后，逆着吸附方向对吸附塔抽真空，进一步降低压力，使被吸附的CO2完全解吸出来的过程。真空解吸出来气体进CO2进缓冲罐。
f. 预升压过程
在真空再生过程完成后，用来自二段吸附塔的较高压力氢氮气及一氧化碳对该吸附塔进行预升压的过程，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收二段吸附塔的床层死空间氢氮气及一氧化碳的过程。其目的是尽可能提高氢氮气及一氧化碳的回收率。
g. 均压升压过程
用来自其它吸附塔的较高压力氢氮气及一氧化碳对该吸附塔进行升压的过程，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间氢氮气及一氧化碳的过程，为保证氢氮气及一氧化碳的回收率，本装置包括12次均压升压过程。
h．产品气升压过程
在12次（含预升压过程）均压升压完成后，利用二段吸附塔的高压气对一段一均升结束后的吸附塔进行预终充，接着进行终充。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中间净化气将吸附塔压力升至吸附塔的工作压力。
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。
12个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有2个吸附塔处于吸附状态)即可实现CO2气体的连续分离与提纯。
3.2.2 PSA-Ⅱ段工序流程
PSA-II工序采用12-2-（11D+P1+PP）-11R/VPSA流程，由12台吸附塔、4台均压罐、1台顺放回收罐、3台真空泵等设备组成，其工作过程包括吸附、均压、顺放(PP)、逆放、真空、升压等过程，具体描述如下：
a. 吸附过程
来自PSA-I工序的中间净化气自装置外来，自塔底进入PSA-II工序中正处于吸附状态的吸附塔 （同时有2个吸附塔处于吸附状态）内。在CO2专用吸附剂的选择吸附下，其中剩余的CO2被吸附下来，未被吸附的氢氮气及一氧化碳等作为净化气从塔顶流出，合格气体经压力调节阀稳压后送出界区。
当被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时，关掉该吸附塔的原料气进料阀。
b.一次顺放过程
将吸附塔内高压气体送至一段，给一段一均升结束后的吸附塔进行预终充，预终充完成后吸附床开始转入再生过程。
c. 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氢氮气及一氧化碳放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢氮气及一氧化碳的过程，本流程共包括11次均压降压过程以保证氢氮气及一氧化碳的充分回收。
d.二次顺放过程
均压结束后,将余压气体顺着吸附方向进行顺放回收，顺放气返回一段，对一段再生完成的吸附塔进行预升压。
e.逆放过程
顺放结束后，逆着吸附方向将塔内余压降至常压。
f.真空过程
这是在逆放过程结束后，逆着吸附方向对吸附塔抽真空，进一步降低压力，使被吸附的CO2完全解吸出来的过程。真空解吸气放空。
g.均压升压过程
在真空再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力氢氮气及一氧化碳对该吸附塔进行升压的过程，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间氢氮气及一氧化碳的过程，为保证氢氮气及一氧化碳的回收率，本装置包括11次均压升压过程。
h.产品气升压过程
在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，通过升压调节阀缓慢而平稳地用净化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。
12个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有2个吸附塔处于吸附状态)即可实现CO2气体的连续分离与净化。
4装置运行情况分析
4.1变压吸附脱碳和ＭＤＥＡ脱碳主要工艺运行参数对比
项目 单位
ＭＤＥＡ脱碳
变压吸附脱碳
处理气量（Nｍ３）
40000
40000
原料气进口压力（ＭＰａ）
1.7
1.7
原料气中ＣＯ２含量（％）
25～27
25～27
系统压差（ＭＰａ）
0.03
0.05
净化气中ＣＯ２含量（％）
1.1
0.8
ＣＯ２纯度（％）
97.8
98.5
4.2各项消耗及成本对比
变压吸附脱碳和ＭＤＥＡ脱碳主要消耗对比
项目　消耗
电耗
ＫＷｈ/tNH3
汽耗
T/tNH3
循环水消耗
Ｔ/tNH3
油耗
ｋｇ/tNH3
变压吸附脱碳
64
0
0.4
0.3
ＭＤＥＡ脱碳
90
1.0
2
0
消耗差±
26
1.0
1.6
-0.3
变压吸附脱碳和ＭＤＥＡ脱碳消耗成本对比
项目　消耗
电成本
元/ＴＮＨ3
汽成本
元/ＴＮＨ3
循环水消耗
元/ＴＮＨ3
油耗
元/ＴＮＨ3
变压吸附脱碳
17.92
0
0.044
0.48
ＭＤＥＡ脱碳
25.2
108
0.22
0
成本差±
7.28
108
0.176
-0.48
4.3运行情况对比
4.3.1所用吸收剂对比
（1）ＭＤＥＡ脱碳所用吸附溶液ＭＤＥＡ单耗为0.29ｋｇ/ＴＮＨ3，单价15.8元/ｋｇ，活化剂单耗0.058ｋｇ/ＴＮＨ3，单价22.21元/ｋｇ，吨氨液成本6.87元/ＴＮＨ3；
（2）变压吸附所用吸附剂单耗为0.2ｋｇ/ＴＮＨ3，单价6元/ｋｇ，吨氨吸附剂成本1.2元/ＴＮＨ3，比ＭＤＥＡ脱碳吸收剂吨氨成本减少5.67元。
4.3.2气体损失对比
（1）变压吸附装置投运后，氢氮气体损失略有增加，二分厂综合氨日产量由同期236吨降为233吨，吨氨成本增加（236-233）×1732÷233＝22.3元；
合计：7.28+108+0.176-0.48+5.67-22.3＝98.346元/吨
年效益增加：98.346×233×330＝756.18万元。
5综合评价
临猗分公司50000ｍ3/ｈ变压吸附装置的成功运行，大大降低了合成氨的运行成本，提高了市场的竞争力，解决了环境问题，再加之该技术自动化程度高、操作方便可靠、不存在设备腐蚀等特点，其优越性是其它脱碳方式无法比拟。它的成功开车，为以煤为原料的合成氨尿素企业树立了成功的典范，变压吸附技术发展越来越受到合成氨厂的青睐。
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