董震
摘 要:近年,興起了一種新型氣體分離技術(shù),即為變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA),其被廣泛應(yīng)用于各大型化工工業(yè)生產(chǎn)中,其中變壓吸附提氫技術(shù)最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。該技術(shù)是在上世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的,而其中以變壓吸附法可從多種工業(yè)尾氣中制取純度(V%,下同)大于99.9%的氫氣。目前隨著世界能源的短缺,各國和各行業(yè)越來越重視低品位資源的開發(fā)與利用,加上各國對環(huán)境污染的治理要求也越來越高,使得吸附分離技術(shù)在鋼鐵工業(yè)、氣體工業(yè)、電子工業(yè)、石油和化工工業(yè)中日益受到重視。
關(guān)鍵詞:變壓吸附提氫裝置;氫收率低;改進(jìn)措施
吸附分離技術(shù)是化工生產(chǎn)過程中一個(gè)重要的組成部分,由于這一工藝具有能耗低、運(yùn)行成本小、自動化程度高等特點(diǎn),在化工生產(chǎn)中的氣體分離中應(yīng)用越來越廣泛,尤其是在制氫和氫氣提純生產(chǎn)中應(yīng)用更加廣泛。
1 變壓吸附提氫裝置概述
變壓吸附分離技術(shù)的原理是利用吸附劑對氣體分子的吸附選擇性,具有在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)、強(qiáng)極性組分,不易吸收低沸點(diǎn)、弱極性組分的特性,實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離和吸附劑的再生。對同一種組分在高壓下吸附量增加(即吸附組分),低壓下吸附量減?。唇馕M分)。在吸附劑選擇吸附的條件下,加壓吸附原料氣中的CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6等雜質(zhì)組分,而氫氣等不易吸附的組分則通過吸附床層由吸附器頂部排出,從而實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離,而通過降低吸附劑床層的壓力使被吸附的CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6等組分脫附解吸,使吸附劑得到再生,同時(shí)達(dá)到制取氫氣的目的。
2 變壓吸附提氫裝置氫收率低的原因分析
2.1 吸附時(shí)間的影響
理論上,延長吸附時(shí)間就意味著單位時(shí)間內(nèi)的再生次數(shù)減少,再生過程中損失的氫氣也就減少,氫收率越高。但是,在同樣的條件下,吸附時(shí)間越長,進(jìn)入吸附劑床層的雜質(zhì)量也就越大,而受吸附塔大小和吸附劑裝填量的制約,吸附劑的動態(tài)吸附量是不會改變的,也就是說不能被吸附劑吸附而穿透吸附劑進(jìn)入產(chǎn)品氫的雜質(zhì)量也就會增大,如此勢必造成產(chǎn)品氫的純度下降。因此,變壓吸附提氫裝置的實(shí)際操作中,在保證產(chǎn)品氫純度的前提下,應(yīng)盡可能延長吸附時(shí)間,以提高產(chǎn)品氫氣的收率,實(shí)現(xiàn)變壓吸附裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
2.2 均壓次數(shù)的影響
所謂均壓,就是將需降壓解吸的吸附塔內(nèi)的氣體分別均給需升壓的吸附塔,使需降壓解吸的吸附塔壓力逐級下降、需升壓吸附塔的壓力逐級升高,從而使吸附塔降壓排出產(chǎn)品氫氣的一個(gè)過程。可見,增加均壓次數(shù),可回收更多的產(chǎn)品氫氣,氫氣收率得以提高;但是,隨著均壓次數(shù)的增加,順放壓力相應(yīng)降低,使得作為沖洗氣的順放氣中被吸附組分的濃度升高,同時(shí)順放壓差變小,吸附劑沖洗再生的效果變差,吸附劑的動態(tài)吸附量減少,產(chǎn)品氫的收率隨之降低。
3 變壓吸附提氫裝置氫收率的改進(jìn)措施
3.1 降低原料氣中CO、CO2及其他雜質(zhì)含量
①更換變換爐催化劑,提高變換爐入口工藝氣的溫度和水氣比,提高變換爐(R1501、R1502)的操作溫度;②加大低溫甲醇洗裝置的甲醇循環(huán)量,降低貧甲醇的溫度,保證甲醇水分離塔(T1605)的正常運(yùn)行,控制貧甲醇中的水含量;③加強(qiáng)操作運(yùn)行管理,嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)并保持穩(wěn)定,嚴(yán)格控制系統(tǒng)加減量的速率,防止變換爐爐溫和系統(tǒng)壓力波動過大。
3.2 延長吸附時(shí)間
在保證變壓吸附裝置產(chǎn)品氫純度≥99.2%的前提下,維持9次均壓運(yùn)行的同時(shí)盡可能地延長吸附時(shí)間,即將吸附時(shí)間從30s延長至45s,通過優(yōu)化操作進(jìn)一步提高變壓吸附提氫裝置產(chǎn)品氫氣的收率。
3.3 保證均壓平衡
重新計(jì)算和設(shè)計(jì)均壓管線的管徑,增大均壓程控閥和均壓管線的尺寸,將二/三均、四/五均、六/七均這3條均壓總管尺寸由DN20變更為DN25,以減小均壓降壓力和均壓升壓力的差值,盡可能地保證均壓降壓力和均壓升壓力的平衡,從設(shè)備硬件匹配上降低降壓解吸吸附塔的壓力,為進(jìn)一步提高變壓吸附提氫裝置的氫收率做好保障。
3.4 回收變壓吸附提氫裝置的解吸氣
本著環(huán)保、節(jié)能、高效的原則,在變壓吸附提氫裝置下游新增尾氣壓縮裝置,即利用原有的1臺LG-445/6.2型螺桿壓縮機(jī)和新增的2臺4M50W-7.9/5.5-56型往復(fù)式壓縮機(jī),將解吸氣壓力由0.02MPa提至5.60MPa,然后通過管道回收至節(jié)能減排項(xiàng)目變換裝置入口總管,實(shí)現(xiàn)變壓吸附提氫裝置解吸尾氣的全部回收利用,進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本,相當(dāng)于提高了變壓吸附提氫裝置產(chǎn)品氫氣的收率。
4 結(jié)語
變壓吸附提氫裝置工藝具有流程簡單、投資少、能耗低、自動化程度高、產(chǎn)品純度高、成本低等優(yōu)點(diǎn),與其他工藝相比,更具有可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)合理性。整個(gè)吸附分離循環(huán)過程由計(jì)算機(jī)控制,全部實(shí)現(xiàn)自動化操作,裝置彈性大,能適應(yīng)原料氣流量和組分的波動。
參考文獻(xiàn):
[1]馬沖.淺談變壓吸附提氫裝置的操作要點(diǎn)[J].科學(xué)大眾,2013(10):177.
[2]王永飛.淺談變壓吸附提氫裝置[J].科技風(fēng),2013(7):33.
[3]薛德蓮.變壓吸附(PSA)氫氣提純裝置運(yùn)行工況淺析[J].化工技術(shù)與開發(fā),2012(3):59-61.
[4]吳林輝.PSA變壓吸附制氫技術(shù)在本鋼的應(yīng)用[J].金屬世界,2009(5):20-22.