变_压_吸_附.doc

变 压 吸 附干法脱碳是利用空隙率极大的固体吸附剂在高压低温条件下，选择性吸收气体中的某种或某几中气体，再将所吸附的气体在减压或升温条件下，解吸出来的脱碳方法。常见的方法有变压吸附和变温吸附。这种固体吸附剂的使用寿命可长达十年之久，克服了湿法脱碳时大量的溶剂消耗，运行成本低，所以被广泛采用。我公司采用的是变压吸附工艺，本培训教材主要针对变压吸附进行介绍。二、工艺原理变压吸附英文Pressure Swing Adsorption,简称PSA。P表示系统内要有一定压力；S表示系统内压力升降波动情况发生；A表示该装置必须有吸附剂床层存在。该法技术较为先进、成熟、运行稳定、可靠、劳动强度小、操作费用低，特别是自动化程度高，全部微机控制，准确可靠，其工作原理如下：利用床层内吸附剂对吸收质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物各组分又有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压又脱附这些杂质，而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。当吸附床饱和时，通过均压降方式，一方面充分回收床层死空间中的H2、CO；另一方面增加床层死空间中CO2浓度，整个操作过程温度变化不大，可近似地看作等温过程。三、工艺条件我公司的变压吸附工艺采用2.0Mpa(G) 168000Nm3/h两段法变压吸附，副产CO2的装置。1、原料气原料气组成变换气原料气组成一览表组成H2ArN2CH4COCO2H2S合计含量V49.680.2610.930.257.1431.741mg/m3100.00温度： 40压力： 2.0Mpa(G)处理原料气量： 168000Nm3/h2、产品气净化气净化气中CO2含量：0.2%(v)有联醇情况下，一般控制0.6% 净化气温度: 40 全系统压差:0.05MpaH2回收率：99.6%(v)无任何气体返回气柜N2回收率：98.0%(v)无任何气体返回气柜CO回收率：97.0%(v)无任何气体返回气柜净化气流量：114141 Nm3/h产品CO2：纯度：98.5%(v)产品CO2流量：28000 Nm3/h压力：0.020Mpa表温度：403、其他：仪表空气压力：0.40.6Mpa 常温 要求净化、除尘、无油符合仪表空气要求。循环冷却水：上水温度32 上水压力：0.45Mpa 回水温度38 回水压力：0.15Mpa四、工艺流程 本装置由两段组成，即PSA1和PSA2。在第一段：粗脱段可从吸附相获得CO298.5%(v)的产品气；在第二段从非吸附相获得CO20.2%(v)的净化气。下图所示，为两段变压吸附脱碳流程框图：两段法PSA装置原理流程框图工艺流程叙述1、PSA1粗脱段提纯段压力为2.0Mpa、温度40的变换气，经气水分离器分离游离水后，进入PSA1，自吸附塔底部进入正处于吸附状态的塔同时有6个塔处于吸附状态内，在不同种类吸附床层的依次选择吸附下，原料气中的CO2优先吸附下来，微量硫化物和气态水等杂质气体也被吸附下来；未被吸附的氢气、氮气和少量CO2作为中间气从塔顶流出，去第二段。当被吸附物质的传质区前沿到达床层出口预留段某一位置时，关掉该段吸附塔原料气进料阀和塔顶尾气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程，通过20次均压降，一方面将吸附剂吸附的CO2解吸出来，顺着吸附方向去置换和顶替吸附剂吸附的比CO2吸附力弱的氢氮气等气体，增加床层死空间中的CO2浓度；另一方面顺着吸附方向将塔内压力较高富含氢氮气的混合气放入其他已完成再生的较低压力的吸附塔，该过程不仅是降压解吸提纯CO2的过程，更是充分回收床层死空间氢氮气的过程，粗脱段采用20次连续的均压、降压过程，因而可保证CO2和H2、N2的充分回收。均降结束后，然后通过顺放过程，将吸附床层内CO2浓度富集到98.5%(v)，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和微量的杂质开始从吸附剂中大量解吸处理，从而从吸附相获得高纯度的CO2，并使吸附剂达到自然降压再生。逆放结束后，将净化段的吹扫解吸气回收返回粗脱段，作为第一段粗脱段的吹扫气，逆着吸附方向对吸附床层冲洗，进一步降低吸附床层中CO2的分压，使吸附床层的吸附剂进一步再生。逆放和吹扫获得的解吸气，CO2纯度达98.5%(v)以上，作为产品气送入下一工序。整个操作过程在入塔原料气温度下进行，粗脱段每台吸附塔依次经历吸附、20次均压降、顺放、逆放、吹扫、20次均压升、最终升压步序。2、PSA2净化段来自第一段粗脱段压力为1.97Mpa、温度40的中间气进入PSA2净化段，自吸附塔底部进入正处于吸附状态的塔同时有6个塔处于吸附状态内，在吸附剂的依次选择吸附下，其中的CO2、CH4等杂质被吸附下来；未被吸附的氢气、氮气和CO作为产品气从塔顶流出，进入下工序。当被吸附物质的传质区前沿到达床层出口预留段某一位置时，关掉该段吸附塔进料阀和塔顶出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程，通过4次均压降，顺着吸附方向将塔内压力较高富含氢氮气的混合气放入其他已完成再生的较低压力的吸附塔，该过程可充分回收床层死空间氢氮气的过程。在均压降结束后，吸附前沿还未达到床层出口。这时，顺着吸附方向将吸附塔内富含氢氮气的混合气体分四次放入缓冲罐中，用作吸附剂的吹扫再生气。在顺放过程结束后，吸附前沿已达到床层出口。这时，顺着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂剂中大量解吸出来，使吸附剂达到自然降压再生的目的。逆放结束后，为使吸附剂得到进一步的再生，用缓冲罐中的气体依次逆着吸附方向对净化段吸附床层冲洗，进一步降低吸附床层中的杂质组分的分压，使被吸附的杂质解吸，吸附剂进一步再生。逆放解吸气和吹扫解吸气返回第一段回收，从而提高了整套PSA装置有效气体H2、N2、CO的回收率。整个操作过程在入塔原料气温度下进行，净化段每台吸附塔依次经历吸附、4次均压降、顺放、逆放、吹扫、4次均压升、最终升压步序。五、主要设备1、粗脱段 1台DN3000的气水分离器 用于分离变换气中携带的游离水。29台DN3200 H=15048的吸附塔 主要用于吸附变换气中的CO2，并提纯CO2供生产尿素用。2、净化段14台DN3200 H=13551的吸附塔 主要用于吸附来自粗脱段的中间气的CO2，满足后边双甲、氨合成工序的气体成分。2台DN2200 H=14502 1台DN2800 H=14502 1台DN2800 H=180422台DN3800 H=19302的气体缓冲罐 主要用于贮存净化段的逆放、吹扫解吸气供整套系统再生吹扫用。六、操作要点及开停车注意事项1、粗脱段该工序采用29-6-20工艺，即六塔同时进料吸附，二十次均压工艺。二十九个吸附塔在程序安排上相互错开，以保证原料气连续输入，中间气连续输出。运行参数 原料气进口压力:2.0Mpa原料气进口温度：40吸附温度：40吸附周期：1100秒（可根据成分要求进行调整）吸附操作压力：2.0Mpa中间气出口压力：1.97Mpa中间气出口温度：40操作时间设定:在实际操作中，每个步骤均设置了时间操作窗口。当所设定的时间参数与实际操作不一致时，按实际现场操作指标进行改变。其具体原则如下：吸附时间的确定以出口中间气中CO2含量达到36%为准。在确定了吸附时间的前提下，再确定各均压步骤时间，以压力刚达到平衡为准。均压、逆放、充压等时间的设置，应以最长步骤时间为准进行设置。在确定了均压步骤的同时，也确定了吹扫步骤时间。2、净化段该工序采用14-6-4工艺，即六塔同时进料吸附，四次均压工艺。十四个吸附塔在程序安排上相互错开，以保证中间气连续输入，净化气连续输出。运行参数 中间气进口压力:1.97Mpa中间气进口温度：40吸附温度：40吸附周期：720秒（可根据成分要求进行调整）吸附操作压力：1.97Mpa净化气出口压力：1.95Mpa净化气出口温度：40操作时间设定:在实际操作中，每个步骤均设置了时间操作窗口。当所设定的时间参数与实际操作不一致时，按实际现场操作指标进行改变。其具体原则如下：吸附时间的确定以出口净化气中CO2含量达到0.20.6%为准。在确定了吸附时间的前提下，再确定各均压步骤时间，以压力刚达到平衡为准。均压、逆放、充压等时间的设置，应以最长步骤时间为准进行设置。在确定了均压步骤的同时，也确定了吹扫步骤时间。最终充压时间的确定也是依据均压时间的确定。上述性能参数和指标均为设计值，造成与实际操作的误差原因有许多，有如下因素组成：吸附剂装填的严实程度；装置的气密性；原料气实际组成与设计值偏差；操作压力。以上各项指标均有可能造成操作参数发生变化，这是正常现象，故需要在实际开车过程中进行摸索，但均不会出现偏离设计值很大的现象。操作人员在操作过程中应做好运行记录，当发现装置运行指标降低后，应及时查找原因及时解决问题，使装置能随时发挥最大经济效益。3、调节方法吸附步骤 为了满足设计净化气中CO2含量要求，吸附步骤压力要稳定。除进气压力要稳定外，吸附塔最终升压流量的调节直接影响吸附压力。其次原料气流量过小也会影响吸附压力的稳定。再其次是流量要恒定。均压步骤 由于存在阻力原因，两个塔之间均压后的压力不会完全一样，要求平衡后的压差在0.03Mpa以内。设定的均压时间只需满足实际的均压达到平衡所需要的时间就行了；由于存在吸附剂对混合气各组分吸附的原因，因此均压达到平衡后的压力比上述步骤的理论压力低，均压时，混合气中CO2浓度越高，实际均压平衡后的压力就越低。PSA2工序的顺放压差须控制在0.30.5Mpa之间，既要保证该工序吸附床层再生，又要满足PSA1工序的使用。一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力。因此，在一个吸附再生循环只能提纯一定数量的原料气。如果循环时间过长，由于导入的原料气过多会造成脱碳气中CO2含量升高；循环时间过短，则由于床层未充分利用而引起氢的损失增大氢的回收率降低。因此，在操作时，循环时间的任何调整必须谨慎的进行。因为净化纯度的变化要滞后23个周期才能反应出来。当脱碳气纯度不合格时，脱碳气中CO2含量的升高表明整个床层已遭污染。杂质组分已突破塔的出口端。造成此恶果的原因可能是操作调节不当，也可能是装置自控系统发生故障。一旦找出原因，经过处理后应尽快恢复正常状态。恢复的有效方法一是缩短循环时间；二是降低负荷运转一段时间。如果两者结合起来则效果更好，产品纯度恢复的更快。但要注意缩短循环时间要保证每一步骤如均压、顺放等所需要的起码时间。特别是装置在增加负荷时，应提前23个周期缩短循环时间，才能有效保证净化气中CO2含量不超标；减量时，则逐步延长循环时间，以提高有效气体的回收率。因此，操作中不应单纯追求脱碳气中CO2含量，指标过低，则有效气体损失大；指标过高，则容易超标，影响后工段。应根据实际情况调节。4、基本注意事项确保设备、管道、阀门的气密性。检修后还应试漏，合格后方能开车，使用过程中随时注意杜绝气体泄漏现象。 仪表系统发生故障时应由仪表人员进行修理，仪表人员应与工艺操作人员密切配合，在停车检修后再启动时，必须注意吸附塔内的压力，以防止发生高压逆放现象发生。装置必须置换合格后方可开车。本装置置换、充压应控制带水量，防止水分突破提纯段活性氧化铝吸附水分的能力，造成吸附剂的损坏；净化段必须经提纯段除水后进入。本系统不允许常压开车，且提纯段和净化段应同时启动程序运行。系统开车后，气水分离器、提纯段进气总管及逆放总管必须按规定排水。系统低负荷运行时，必须保证提纯段的吹扫气量。系统停车后，仔细检查各手动阀的正确启闭状态，特别是大气可能进入系统的管线上手动阀必须关闭。吸附塔切除后，切入前必须仔细检查该塔处于正确的压力状态后，方可按下切入按钮。系统停车后，电磁阀无动作，油泵运行不允许超过一小时。系统带压需在控制室手动程控阀时，必须仔细检查现场情况并确认应开关的程控阀阀号后，方可手动。七、常见故障及处理发生故障是指界外条件供给失调或运行过程中操作失调或某一部分失灵，引起产品纯度下降，但在故障原因尚未确定之前，装置不需停运，可继续观察，待故障判明后决定停运或继续运行。如系统出现重大问题则应紧急停车。可能发生的故障有以下几个方面：界外供给条件失常、操作失调、装置故障。1、界外条件供给失常停电 停电致使程序控制系统不能正常工作，由于程序控制系统无信号输出，所有程控阀自动关闭，使装置处于停运状态，相当于紧急停车。请按紧急停车处理。仪表空气压力下降 如果装置使用气动程控阀，要求仪表空气压力不低于0.4MPa。如果低于0.4MPa，系统会发出报警信号，此时应迅速调整仪表空气或停车处理。否则，将使气动程控阀无法保持正常的开或关，调节系统仪表将失调，导致程序和全系统自控紊乱，产品气不合格。故要求仪表空气压力保持在0.40.6 MPa。2、操作失调原料气处理量增大而未及时缩短周期时间 吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附能力是定量的，一旦处理量增大就应该缩短吸附周期时间，以使原料气带入的杂质量不超过吸附剂能承受的能力。如不及时缩短吸附操作时间，CO2等杂质就会很快超标，影响产品质量甚至导致吸附塔内吸附剂失活。吸附塔吹扫达不到要求 在该变压吸附工艺中，吸附剂的再生方式为降压吹扫再生。如果由于设置的吹扫时间不够或其他原因，使吸附塔解吸达不到要求值，将影响吸附剂再生效果，从而影响产品气质量和收率，这时可相应调整时间使吹扫时间