二氧化碳变压吸附技术技术课件

变压吸附技术介绍2023/8/15变压吸附技术介绍2023/8/41PSA气体提纯技术特点2023/8/15

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。⑴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90-99.999%的产品。⑵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以一步将各种杂质脱除而获得所需产品。⑶原料气适应性强：对于杂质包括H2O、N2、O2、CO、CO2、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。⑷操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达30～120%⑸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度的产品以用于不同的目的。⑹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0.5～2小时。⑺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。PSA气体提纯技术特点2023/8/42吸附的概念及分类2023/8/15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，物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。化学吸附：有化学反应，有化合物生成。活性吸附：有络合化合物生成。毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。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（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。

吸附的概念及分类2023/8/4吸附是指：当两种相态不同的物3吸附剂2023/8/15１．活性氧化铝２．硅胶３．活性炭４．沸石分子筛５．碳分子筛吸附剂2023/8/44PSA原理：不同气体在沸石分子筛上的吸附力排序2023/8/15氦气☆弱氢气☆氩气☆☆氧气☆☆氮气☆☆☆甲烷☆☆☆☆☆一氧化碳☆☆☆☆☆二氧化碳☆☆☆☆☆☆乙烷☆☆☆☆☆☆乙烯☆☆☆☆☆☆☆丙烷☆☆☆☆☆☆☆异丁烷☆☆☆☆☆☆☆☆丙烯☆☆☆☆☆☆☆☆硫化氢☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆硫醇☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆甲苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆乙基苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆苯乙烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆水☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆强PSA原理：不同气体在沸石分子筛上的吸附力排序25PSA原理：吸附等温线2023/8/15CBDT2T1⊿Qtp变压吸附变温吸附温度T2＞T1⊿QpP1P2吸附量⊿Qt组分分压APSA原理：吸附等温线2023/8/4CBDT26PSA原理：几种常见组分的吸附等温线2023/8/15PSA原理：几种常见组分的吸附等温线2023/87PSA工艺路线两种工作步骤2023/8/15PSA工艺路线两种工作步骤2023/8/48PSA工艺路线：两种工艺路线的选择2023/8/15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：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CH4，脱除CO2装置；需要较高的CH4回收率，CO2不易解析；故采用真空在生流程。PSA工艺路线：两种工艺路线的选择2023/89PSA工艺路线：再生过程2023/8/15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N2、COCH4、C02

CO2C2.C3再生前的吸附塔状态PSA工艺路线：再生过程2010本装置设计参数：2023/8/151.1装置处理能力 4000Nm3/d1.2装置设计操作弹性50～110%1.3设计条件原料气名称：油田伴生气原料气进装置压力：40-100KPa(G)原料气进装置温度：≤40°С原料气体组成： 项目 含量甲烷 15.6～40.4乙烷 0.25～0.45氮气 8.8 氧气 0.35 二氧化碳50～75

1.4净化气规格净化气中CO2≤20%装置CH4收率≥90%本装置设计参数：2023/8/41.1装置处理能力11本装置工艺流程：2023/8/15本装置工艺流程：2023/8/412本装置工艺流程2023/8/15本装置工艺流程2023/8/413本装置工艺流程2023/8/15本装置工艺流程2023/8/414操作参数：预处理塔2023/8/15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） 0.02～0.05MPa（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:加热C:冷却FR：升压操作参数：预处理塔2023/8/4主要参15预处理流程叙述：2023/8/15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。预处理流程叙述：2023/8/4来自压缩工序的气体进16操作参数：吸附塔2023/8/15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:隔离操作参数：吸附塔2023/8/4主要参17变压吸附流程叙述：2023/8/15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。变压吸附流程叙述：2023/8/4变压吸附单元由4台18变压吸附流程叙述：2023/8/15d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)即可实现气体的连续分离与提纯。变压吸附流程叙述：2023/8/4d均压升压过程19自动控制说明PIC-1102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0—100%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: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0—100%灵活开启。FIC-2112控制说明:在自动控制状态下，FIC-2112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0—100%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PIC-1102控制说明:20自动控制说明TIC-2114、HS-2114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0—100%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。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：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0—100%灵活开启。自动控制说明TIC-2114、HS-2114控制说明：21工艺设备一览表工艺设备一览表22注意事项：吸附剂装填2023/8/15

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。注意事项：吸附剂装填2023/8/41)

由于23注意事项：生产注意事项2023/8/151)系统严