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变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA),是一种新型气体吸附分离技术,它有如下优点:⑴产品纯度高。
⑵一般可在室温和不高的压力下工作,床层再生时不用加热,节能经济。
⑶设备简单,操作、维护简便。
⑷连续循环操作,可完全达到自动化。
因此,当这种新技术问世后,就受到各国工业界的关注,竞相开发和研究,发展迅速,并日益成熟。
利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性,进行加压吸附、减压脱附的操作方法。
吸附是放热过程,脱附是吸热过程,但只要吸附质浓度不大,吸附热和脱附热都不大,因此变压吸附仍可视作等温过程。
变压吸附一般是常温操作,不须供热,故循环周期短,易于实现自动化,对大型化气体分离生产过程尤为适用。
变压吸附的工业应用有:①空气和工业气体的减湿;②高纯氢的制备;③空气分离制富氧或富氮空气(见彩图);④混合气体的分离,如烷烃、烯烃的分离。
⑤生物降解洗涤剂中间物,石脑油高纯度正构烷烃熔剂和异构体的分离;6,制取高纯度一氧化碳,回收利用工业尾气。
变压吸附我们现在主要使用的吸附剂有变压吸附硅胶、活性氧化铝、高效Cu系吸附剂(PU-1)、锂基制氧吸附剂(PU-8)等。
其中山东辛化生产的变压吸附硅胶是针对变压吸附气体分离技术开、研究的脱炭、提纯专用吸附剂。
第三代(SIN-03)同过特殊的吸附剂生产工艺,控制吸附剂的孔径分布及孔容,改变吸附剂的表面物理化学性质,使其具有吸附容量大,吸附、脱炭速度快,吸附选择性强,分离系数高,使用寿命长等特点。
1960年Skarstrom提出PSA专利,他以5A沸石分子筛为吸附剂,用一个两床PSA装置,变压吸附制氮从空气中分离出富氧,该过程经过改进,于60年代投入了工业生产。
80年代,变压吸附技术的工业应用取得了突破性的进展,主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。
其中,氧氮分离的技术进展是把新型吸附剂碳分子筛与变压吸附结合起来,将空气中的O2和N2加以分离,从而获得氮气。
保密芳烃基础知识PSA装置目录第一章概述 (3)第二章变压吸附工艺原理 (4)第一节基本原理及常识 (4)第二节变压吸附的工艺条件与吸附能力的关系 (7)2.1原料气组成 (7)2.2原料气温度 (7)2.3吸附压力 (7)2.4解吸压力 (7)2.5产品纯度 (7)2.6氢气回收率 (7)第三节吸附剂 (7)3.1活性氧化铝 (7)3.2活性炭 (8)3.3分子筛 (8)第四节变压吸附氢提纯工艺过程 (8)4.1吸附分离的主要工序 (8)4.2十床变压吸附氢提纯简述 (9)4.3变压吸附氢提纯技术在石化行业中的应用 (10)第三章开工和停工操作 (30)第一节开工准备 (30)1.1管路系统的准备工作 (30)1.2机泵单体试车 (32)1.3吸附剂装填 (32)1.4系统置换 (32)第二节首次开车 (32)第三节正常开车步骤 (33)第四节开车阶段的调整 (33)第五节装置的运行 (33)5.1产品纯度的调整 (33)5.2装置处理量的调节 (34)5.3吸附塔的切除 (34)5.4操作注意事项 (38)第六节装置的停车 (38)6.1正常计划停车 (38)6.2紧急停车 (39)6.3临时停车 (39)第七节维修与故障处理 (39)7.1故障查找指南 (39)第一章概述吸附分离是一门老的学科。
早在数千年前,人们就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。
但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选择性较差,因而难于大规模用于现代工业。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为大型化工工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程,是在本世纪六十年代迅速发展起来的。
这一方面是由于随着世界能源的短缺,各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用,以及各国对环境污染的治理要求也越来越高,使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益受到重视;另一方面,六十年代以来,吸附剂也有了重大发展,如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功,活性炭吸附剂、活性氧化铝和硅胶性能的不断改进,以及ZSM特种吸附剂和活性炭纤维的发明,都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。
瓦斯提浓中的变压吸附及吸附材料一、变压吸附简介变压吸附(PSA)是利用气体各组分在吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的原理,通过周期性的压力变化实现气体的分离。
根据吸附剂对混合气中各种组分吸附能力的不同,通过选择合适的吸附剂就可以达到对混合气进行分离提纯的目的。
同一吸附剂对同种气体的吸附量,还随吸附压力的变化而变化:压力越高,吸附量越大。
利用这一特性,可以使吸附剂在高压下吸附,然后通过降压使吸附剂上吸附的气体解吸下来,既实现解析气体的富集,又使吸附剂再生,达到循环利用的目的。
图1 变压吸附过程示意图(常压解吸)变压吸附过程中,主要包括升压过程(A→B),吸附过程(B→C),顺放过程(C→D),逆放过程(D→F)。
二、变压吸附在瓦斯提浓中的应用煤矿瓦斯中的主要成分为CH4、O2及N2,提浓瓦斯即是将CH4与O2、N2有效的分离。
我国《煤矿安全规程》规定,煤层气利用时甲烷体积分数不得低于30%。
而实际上大多数煤矿瓦斯甲烷含量低于30%,因而对此类瓦斯的利用应首先进行甲烷富集,使甲烷含量达到40%后再进行变压吸附脱氧。
图2 变压吸附法提浓煤矿瓦斯的工艺流程框图。
如图2,对于甲烷含量在20%~40%的瓦斯,先采用低压(0.2 MPa)下的变压吸附,将甲烷量富集提高至40%以上,再将富集后的瓦斯升压到0.6 MPa后进行脱氧,而对于甲烷含量大于40%的瓦斯则直接进入脱氧工艺,瓦斯脱氧后进行甲烷浓缩,最终生产压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)。
三、吸附剂及吸附材料由上述知,瓦斯提浓时需要两种类型吸附剂。
● 瓦斯富集甲烷专用吸附剂图3 甲烷富集专用吸附剂的吸附等温线 ● 脱氧专用吸附剂图4 脱氧专用吸附剂在298 K 时的吸附等温线 瓦斯气中变压吸附剂最早是釆用斜发沸石分子筛,其分离效果较好;近年来也有采用沸石分子筛对CH 4/N 2分离的报道。
但由于其亲水性强,价格高于碳质吸附剂,用于变压吸附适用性不理想。
变压吸附法的基本原理
变压吸附法的基本原理:
①利用固体吸附剂对气体混合物中各组分吸附能力差异在不同压力条件下实现分离纯化过程;
②常见吸附剂如活性碳硅胶沸石分子筛等具有发达孔隙结构高比表面积对特定气体分子表现强烈亲和力;
③工作循环包含两个主要阶段即吸附解吸在高压环境下目标气体被吸附剂捕获非目标气体透过;
④当吸附剂接近饱和前切换至低压环境此时被吸附气体因压力下降而脱离吸附位点实现解吸再生;
⑤解吸后吸附剂恢复初始状态可供下一次吸附循环使用整个过程连续高效适用于多种气体分离场合;
⑥典型应用包括空气分离制氧制氮天然气净化氢气回收等领域根据不同目标气体选择合适吸附材料;
⑦设计时需考虑吸附动力学热力学因素确定最佳操作条件如温度压力流速床层高度等参数;
⑧吸附解吸步骤可通过多塔切换实现在线再生无需中断生产流程提高装置运行效率与经济性;
⑨实践中往往采用多个吸附塔轮换工作模式一个塔处于吸附状态时其它塔处于解吸再生或待机状态;
⑩控制系统监测吸附塔内压力变化流体组成等关键指标适时切换阀门调节流程确保产品气体纯度稳定;
⑪伴随吸附解吸过程发生热量变化需配置相应换热装置移除吸附热或提供解吸所需的能量;
⑫随着技术进步新型高效吸附材料开发以及自动化控制水平提升变压吸附技术将在更多工业领域展现其独特价值。
变压吸附1. 吸附发展过程和原理1-1. 吸附分离发展过程吸附现象的发现及应用已有悠久的历史,直到20世纪初才有具有工业应用价值的人造吸附剂——活性炭出现,用于糖的脱色。
在20世纪20年代的第一次世界大战中大量使用活性炭于防毒面具,推动了吸附的应用和研究。
1940年又开发出了硅胶,自从20世纪40~50年代合成沸石的开发成功,20世纪50年代后期至60年代中期变压吸附工艺的发明及其工业化,1960年代以煤为原料的活性炭的扩大利用,1970年代炭分子筛的发明以及不断发展的吸附理论对气体混合物的吸附行为,多元组分在吸附器中的动力学有更好更深刻的理解和解释,都对促进吸附技术的应用和发展起到了意义深远的影响。
从那时以来的几十年中,随着吸附剂物理性质一系列重要的进展,即非常高的比表面积和吸附容量、好的机械和热稳定性、耐酸、耐水蒸气和容易再生等,使得吸附从以前主要作为一种辅助性的操作,逐步发展成为化工、石油化工、冶金、电子、医药、环境保护及生物化工等领域中气体分离的重要单元操作。
吸附技术在这些领域中最初主要是用于提纯(微量杂质的脱除),1950年代以后,逐渐发展到用于大吸附量分离(bulk separations,或称主体分离),特别是能处理像精馏及吸收这种传统分离技术很难解决的问题,例如,在常温下脱除低沸点气体、或是被分离组分间的相对挥发度很小(1.25)以及可能形成共沸物时的分离。
吸附法的另一个无法比拟的优点是可以把混合物中某些组分含量降至10-6(φ)级甚至10-9(φ)级水平。
随着新的吸附工艺理论和各种新型高效吸附剂的研制成功,以及人们对提高产品纯度、保护环境和节约能源的要求日趋迫切,将进一步推动这一技术发展。
1-2. 吸附分离原理气体分子碰撞到固体表面失去一定的动能后,被滞留在固体表面上而得以富集和凝聚的现象被称为吸附。
吸附是由固体与气体分子间相互作用的力所引起,这些作用力可分为物理作用力和化学作用力,分别引起物理吸附合化学吸附。
变压吸附1.原理在加压的情况下吸附,用减压(抽真空)或常压解吸的方法,称为变压吸附。
可见,变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。
2.流程空气经空压机压缩,通过净化系统清除有害杂质后,进入双系列吸附塔;在吸附塔内,填装的不同种类的吸附剂有针对性地吸附氧(氮)分子,从而使未被吸附的氮(氧)气富集,分离出的氮(氧)产品经过滤器除去固体杂质颗粒,进入产品气体缓冲罐外供。
双系列吸附塔,当一组进行吸附工作时,另一组进行降压解吸,释放出吸附剂中吸附的气体以备用。
双系列吸附塔交替工作,可实现连续供气。
通过改变吸附剂和吸附压力,可获得不同质量等级的氧氮产品。
3.设备组成变压吸附制氮设备由空气净化组件、空气缓冲组件、PSA氧氮分离组件、氮气缓冲组件、电气控制系统五大部分组成。
(1)压缩空气净化组件空气压缩机提供的压缩空气首先通入压缩空气净化组件中,压缩空气先由管道过滤器除去大部分的油、水、尘,再经冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油、除尘,并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。
(2)空气储罐空气储罐的作用是:降低气流脉动,起缓冲作用;从而减小系统压力波动,使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件,以便充分除去油水杂质,减轻后续PSA氧氮分离装置的负荷。
同时,在吸附塔进行工作切换时,它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气,使吸附塔内压力很快上升到工作压力,保证了设备可靠稳定的运行。
(3)氧氮分离装置装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B两只。
当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时,O2、CO2和H2O被其吸附,产品氮气由吸附塔出口端流出。
经一段时间后,A塔内的碳分子筛吸附饱和。
这时,A塔自动停止吸附,压缩空气流入B塔进行吸氧产氮,对并A塔分子筛进行再生。
分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的。
两塔交替进行吸附和再生,完成氧氮分离,连续输出氮气。
变压吸附脱碳技术在合成氨和尿素生产过程中,都需要除去大量的CO 2组份,其脱碳过程均在变换工序后。
经变换后的变换气,CO 2含量通常在18%~35%。
脱除变换气中CO 2的方法很多,从大类来分,可分为湿法和干法,湿法可根据吸收机理的不同,分为化学吸收法、物理吸收法和物理-化学综合吸收法;干法即变压吸附(PSA )法.变压吸附法脱除变换气中CO 2是利用吸附剂对CO 2的吸附力很强,而对H 2、N 2、CO 等的吸附力相对较弱的特性,压力状态下(一般为0。
7~1.5MPa )吸附CO 2以及吸附力更强的H 2O 、硫化物等杂质,在真空状态下脱附这些杂质,使CO 2与H 2、N 2等组分得以有效的分离,同时使吸附剂获得再生.PSA 干法脱碳技术在1991年开始进入工业应用,由于其显著的优越性,目前已得到越来越广泛的应用。
PSA 干法脱碳技术主要有以下特点:(1)操作方便,流程简单,无设备腐蚀问题,能耗低,操作中不消耗蒸汽,装置运行费用低。
(2)CH 4在变换气中一般为0。
7~0.9%,经PSA 脱碳后CH 4含量可降低到0。
2~0。
4%,使合成系统的弛放气大大减少。
(3)以煤为原料的氨厂变换气中一般H 2S 约为50~200mg/m3,有机硫为20~50ppm ,其主要组分为COS 、CS 2、硫醇、硫醚等,在经PSA 脱碳后净化气中H 2S 含量可降至0.5mg/m 3,有机硫除COS 外可全部除去。
(4)由于PSA 技术对变换气净化度高(氢氮气中CO 2含量≤0.2%),可采用甲烷化代替铜洗,节省蒸汽和冷冻量消耗,免除铜洗液污染环境.由于气体净化度高,硫化物、NH 3等杂质均为ppm 级,使有联醇工序的合成氨厂甲醇质量大大提高,且将延长甲醇催化剂使用寿命。
针对合成氨生产厂家的不同需要,在脱碳工序,变压吸附脱碳技术的用于主要有以下三种类型:用来替代碳化以增产液氨为目的的PSA 脱碳工艺变换气经PSA脱碳后氢氮气中CO2含量小于0。
变压吸附技术的基本原理变压吸附技术是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加(吸附组分)、减压下吸附量减少(解吸组分)的特性,将原料气在高压力下通过吸附剂床层,相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附,低沸点组分的氢不(组份在吸附剂上的吸附等温线)易吸附而通过吸附剂床层,达到氢和杂质组分的分离,然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生,以于下一次再次进行吸附分离杂质. 这种高压力下吸附杂质提纯氢气、减压下解吸杂质使吸附剂再生的循环便是变压吸附过程.在变压吸附过程中吸附床内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压实现的,常用方法是:1.降低吸附床压力(泄压),2. 用产品组分冲洗,3.由真空泵抽吸图1-1 示意说明吸附床的吸附、解吸过程.常压解吸(见图1-1,a)升压过程(A-B):经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压P1、床内杂质吸留量为Q1(A点).在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3,床内杂质吸留量Q 1不变(B点).吸附过程(B-C):在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床,同时输出产品组分. 吸附床内杂质组分的吸留量逐步增加,当到达规定的吸留量Q3时(C 点)停止进入原料气,吸附终止. 此时吸附床内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质,吸留量可为Q4,C’点)顺放过程(C-D):沿着进入原料气输出产品的方向降低压力,流出的气体仍为产品组分,用于别的吸附床升压或冲洗.在此过程中,随床内压力不断下降,吸附剂上的杂质被不断解吸,解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附,因此杂质并未离开吸附床,床内杂质吸留量Q3不变. 当吸附床降压到D点时,床内吸附剂全部被杂质占用,压力为P2逆放过程(D-E):开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力,直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力),床内大部分吸留的杂质随气流排出器外,床内吸流量为Q2.冲洗过程(E-A):根据实验测定的吸附等温线,在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量,为使这部分杂质尽可能解吸,要求床内压力进一步降低. 在此利用别的吸附床顺向降压过程排出的产品组分,在过程最低压力P1 下进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附床. 经一定程度冲洗后,床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1 时,再生终止。
变压吸附PSA学习1 概况:变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)是一种新型气体吸附分离技术,它有如下优点:⑴产品纯度高。
⑵一般可在室温和不高的压力下工作,床层再生时不用加热,节能经济。
⑶设备简单,操作、维护简便。
⑷连续循环操作,可完全达到自动化。
正是因为这样的优点,PSA技术发展到现在,技术发展迅速并相当成熟。
变压吸附发展史变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初,并于70年代实现工业化生产。
在此之前,传统的工业空分装臵大部分采用深冷精馏法(简称深冷法) 。
80年代以来至今,高吸附分离性能的沸石分子筛的相继开发利用和工艺流程的改进,使得变压吸附空分技术得到迅速地发展,与深冷空分装臵相比,PSA过程具有启动时间短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高和维护简单、占地面积小和土建费用低等特点。
在不需要高纯氧的中小规模(小于100吨/天,相当于3000Nm3/h )氧气生产中比深冷法更具有竞争力。
广泛的应用于电炉炼钢、有色金属冶炼、玻璃加工、甲醇生产、碳黑生产、化肥造气、化学氧化过程、纸浆漂白、污水处理、生物发酵、水产养殖、医疗和军事等诸多领域四十多年来变压吸附空分制氧技术的研究进展主要表现在两个方面:一是空分制氧吸附剂和其吸附理论的研究方面,二是空分制氧工艺循环过程的研究方面。
国内对这项技术的研究尽管起步较早,然而在较长的一段时间内发展相对较缓。
但是近几年各种流程的设备相继投产为各行各业带来了巨大的经济效益。
2 原理2.1 吸附的定义和分类吸附,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。
具有吸附作用的物质(一般为密度相对较大的多孔固体)被称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质。
吸附按其性质的不同可分为四大类,即:化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。
本次学习的变压吸附主要就是物理吸附。
物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力(即范德华力)进行的吸附。
其特点是:吸附过程中没有化学反应,吸附过程进行的极快,参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成,并且这种吸附是完全可逆的。
2.2 吸附平衡吸附平衡是指在一定的温度和压力下,吸附剂与吸附质充分接触,最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。
这个过程为动态平衡,对于相同的吸附剂和吸附质,其平衡吸附容量是一个定值,这个量主要受压力与温度影响。
压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多,因而压力越高平衡吸附容量也就越大;由于温度越高气体分子的动能越大,能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少,因而温度越高平衡吸附容量也就越小。
2.3 原理所以说变压吸附(PSA),就是利用吸附剂对不同气体组分随压力变化而变化的吸附特性,加压吸附部分组分,降压解吸这些组分,从而吸附剂得到再生,并使不同气体得到分离的过程。
下面主要以PSA制氢的工艺来讲解变压吸附。
3 变压吸附的主要内容吸附剂工艺流程自控系统4 吸附剂4.1 PSA吸附剂:PSA工业上常用的吸附剂有:硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等,另外还有针对某组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料。
吸附剂对各种气体组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附线和动态下的穿透曲线来评价的。
吸附剂的良好吸附性能是吸附剂分离过程的基本条件。
选择吸附剂时应注意以下问题。
(1)吸附剂对杂质应有较大吸附量,同时被吸附的杂质易于解吸,从而在短周期内达到吸附、解吸间的平衡,确保分离提纯。
(2)组分间的分离系数尽可能大。
气体组分的分离系数越大,分离越容易,得到的产品纯度越高,同时回收率也高。
(3)使用的吸附剂应有足够的强度,以减少破碎和磨损。
(4)分离组分复杂、类别较多的气体混合物,可选用多种吸附剂,这些吸附剂可按吸附分离性能依次分层装填在同一吸附床内,也可分别装填在多个吸附床内。
吸附剂的物理性质常见组分对各种吸附剂的分离系数(常压,20℃)•下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱大致顺序•组分吸附能力•氦气☆弱•氢气☆•氧气☆☆•氩气☆☆•氮气☆☆☆•一氧化碳☆☆☆•甲烷☆☆☆☆•二氧化碳☆☆☆☆☆☆•乙烷☆☆☆☆☆☆•乙烯☆☆☆☆☆☆☆•丙烷☆☆☆☆☆☆☆•异丁烷☆☆☆☆☆☆☆☆•丙烯☆☆☆☆☆☆☆☆•戊烷☆☆☆☆☆☆☆☆•丁烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆•硫化氢☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•硫醇☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•戊烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•甲苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•乙基苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•苯乙烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆•水☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆强流程做介绍)5 工艺流程(以PSA-H5.1 变压吸附(PSA)大致过程根据变压吸附的原理,在工业变压吸附(PSA)工艺中,吸附剂通常都是在常温和较高压力下,将混合气体中的易吸附组分吸附,不易吸附的组分从床层的一端流出,然后降低吸附剂床层的压力,使被吸附的组分脱附出来,从床层的另一端排出,从而实现了气体的分离与净化,同时也使吸附剂得到了再生。
吸附床层吸附曲线穿透曲线为了使吸附剂再生比较彻底,选择冲洗与抽空在变压吸附(PSA)工艺中,吸附床层压力即使降至常压,被吸附的杂质也不能完全解吸,这时可采用两种方法使吸附剂完全再生:一种是用产品气对床层进行“冲洗”,将较难解吸的杂质冲洗下来,其优点是常压下即可完成,但缺点是会多损失部分产品气;另一种是利用抽真空的办法进行再生,使较难解吸的杂质在负压下强行解吸下来,这就是通常所说的真空变压吸附(VPSA)。
VPSA工艺的优点是再生效果好,产品收率高,但缺点是需要增加真空泵。
在实际应用过程中,究竟采用以上何种工艺,主要视原料气的组成条件、流量、产品要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。
5.2 吸附分离流程的主要工序吸附工序--在常温、吸附压力下吸附杂质,出产品。
减压工序--通过一次或多次的均压降压过程,将床层死空间氢气回收。
顺放工序--通过顺向减压过程获得冲洗再生气源。
逆放工序--逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分再生冲洗工序--用其它塔顺放出的氢气冲洗吸附床,降低杂质分压,使吸附剂完成最终的再生,冲洗时间越长越好升压工序--通过一次或多次的均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压力,为下一次吸附作好准备5.3 流程简述(以PSA-H2流程做介绍,10-2-4工序)(1)如压力2.0MPa(吸附压力)、温度60℃的混合氢气(原料气)自界区外来,经过冷却器冷却至40℃以下后进入原料气分液罐分离掉夹带的液体,接着从塔底部进入吸附塔中正处于吸附工况的塔(始终有2台),在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下,一次性除去氢以外的几乎所有杂质,直接就可以获得纯度很高的(一般大于99.9%)产品氢气从塔顶排出,然后稳压送出界区。
PSA单元除送出产品氢外,还产生逆放解吸气、冲洗解吸气和抽真空解吸气。
逆放解吸气来自于吸附床的逆放步骤,进入逆放气缓冲罐,冲洗解吸气产生于冲洗步骤,进入解吸气缓冲罐,抽真空的解吸气,进入解吸气缓冲罐。
(2)吸附塔的工作过程依次如下:a吸附过程原料气进入界区后经程控阀,自塔底进入PSA吸附塔中正处于吸附状态的两台吸附塔,其中除H2以外的杂质组份被装填的多种吸附剂依次吸附,得到纯度大于99.9%的产品氢气从塔顶排出,经产品气出口程控阀和吸附压力调节阀稳压后送出界区。
b均压降压过程在吸附过程完成后,顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程,这一过程不仅是降压过程,而且也回收了吸床层死空间内的氢气。
均压降流程一般包括多次连续均压降压过程,如四次均压的有:一均降(E1D)、二均降(E2D)、三均降(E3D)和四均降(E4D)。
c顺放过程这是吸附塔在均压结束后,顺着吸附方向减压,减压出来的氢气进入顺放气罐储存起来。
d逆放过程这是吸附塔在完成顺放过程后,逆着吸附方向将塔内压力降至0.03MPa 的过程,此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来,放入缓冲罐。
e冲洗过程在这一过程中,逆着吸附方向用顺放气罐中的氢气冲洗床层,使吸附剂中的杂质得以完全解吸。
冲洗出的解吸气放入缓冲罐。
f均压升压过程该过程与均压降压过程相对应。
在这一过程中,分别利用其它吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行升压。
本流程共包括四次连续均压升压过程,依次称为:四均升(E4R)、三均升(E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。
g产品气升压过程经过四次均压升压过程后,吸附塔压力已升至接近于吸附压力。
这时,用少量的产品氢气自塔顶将吸附塔压缓慢地升至吸附压力。
经这一过程后,吸附塔便完成了整个再生过程,为下一次吸附做好了准备。
(3)工艺步序说明以10-2-4工艺(处理H2量在60000Nm3/h)来说明,即装臵共有10台吸附塔组成,其中2台始终处于吸附状态,其余8台处于再生的不同阶段。
10台吸附塔的整个吸附与再生工艺切换过程是通过程控阀门按前面的工艺步序和顺序进行开关来实现的。
(4)具体步序描述步序1:吸附(A)原料气经吸附程控阀进入PSA吸附塔,其中除H2以外的杂质组份被吸附塔中装填的多种吸附剂依次吸附,得到纯度很高的产品氢气经程控阀排出。
大部分氢气经压力调节阀稳压后送出界区,少部分氢气通过相应的程控阀后用于其它塔的产品气升压。
随着吸附的进行,当杂质的前锋(即吸附前沿)上升至接近于吸附床出口时,关闭程控阀停止吸附。
这时,吸附前沿与吸附床出口间还留有一段未吸附饱和的吸附剂,称为预留段。
步序2:一均降压(E1D)在吸附过程完成后,打开一均降程控阀,将塔内较高压力的氢气放入刚完成了二均升的另一塔(如D塔),直到A、D两塔的压力基本相等为止。
这一过程不仅是降压过程,而且也回收了A塔床层死空间内的氢气。
在这一过程中A塔的吸附前沿将继续向前推移,但仍未达到出口。
步序3:二均降压(E2D)步序4:三均降压(E3D)步序5:四均降压(E4D)步序6:顺放 (PP)吸附塔在四均降压结束后,打开顺放程控阀,顺着吸附方向进行减压,减压出来的氢气放入顺放气罐内储存起来,吸附前沿继续向前推移,并达到出口。
步序7:逆放(D)在完成连续顺放减压过程后,A塔的吸附前沿已基本达到床层出口。
这时打开逆放程控阀,逆着吸附方向将A塔压力降至接近于常压,此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。
逆放解吸气放入逆放气缓冲罐。
步序8:冲洗 (P)逆放结束后,同时打开冲洗程控阀门,一般用顺放气罐中的低压氢气对A塔进行冲洗,这时被吸附的杂质大量解吸出来,并逆着吸附方向流入解吸气缓冲罐。
步序9:抽真空(V)冲洗结束,打开相应的抽空程控阀门,把A塔内的杂质彻底抽出,让塔内的吸附剂完全得到再生。
T很长。