【摘 要】 山西某氮肥廠利用變壓吸附提氫裝置提取焦?fàn)t煤氣中的氫氣供合成氨用氫。運(yùn)行結(jié)果表明：焦?fàn)t氣經(jīng)過吸附劑吸附后除去氫以外的絕大部分雜質(zhì)和氣體，氫氣純度可達(dá)99.999%。本工程的主要特點(diǎn)工藝流程簡單、原料適應(yīng)性強(qiáng);自動(dòng)化程度高，PSA單元全部采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，完全無需人工操作和干預(yù);操作成本低，由于PSA單元無溶劑等輔助材料消耗，且電耗很低;無三廢排放，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，因此環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　【關(guān)鍵詞】 工業(yè)論文范文,變壓吸附,提氫,脫硫,脫氧

　　1 工程簡介

　　山西某氮肥廠原裝置利用焦?fàn)t煤氣年產(chǎn)18萬噸合成氨、30萬噸尿素，由于該廠所在煤化園區(qū)內(nèi)焦?fàn)t煤氣富裕，為利用該部分多余焦?fàn)t煤氣，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，決定對(duì)原1830裝置實(shí)施焦?fàn)t煤氣綜合利用挖潛改造項(xiàng)目。采用變壓吸附提氫、富甲烷氣補(bǔ)入現(xiàn)有轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工藝技術(shù)，新建一套焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置和合成氨系統(tǒng)，新增焦?fàn)t煤氣脫硫塔、壓縮機(jī)、脫萘塔、吸附塔、合成塔、合成廢鍋等主要設(shè)備38臺(tái)(套)，形成年新增合成氨 4.8萬噸、尿素8.58萬噸的生產(chǎn)能力。變壓吸附(PSA)技術(shù)是近30多年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型氣體分離與凈化技術(shù)。進(jìn)入70年代后，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、輕工及環(huán)保等領(lǐng)域。該廠采用預(yù)處理+變壓吸附+純化工藝為核心的變壓吸附提氫裝置生產(chǎn)純度99.999%的氫氣供合成氨用氫。該裝置于2012年7月投料生產(chǎn)，裝置運(yùn)行至今，運(yùn)行效果良好。

　　2 工藝原理

　　2.1 變溫吸附脫萘原理

　　對(duì)萘的凈化處理，充分利用萘及其聚合物本身具有的升華和揮發(fā)的特性，采用復(fù)合吸附床層的一層裝填有聚合功能的小顆粒中孔徑專用吸附劑，萘及不飽和烴能在吸附劑內(nèi)外表面發(fā)生聚合反應(yīng)，生成分子量大的聚合物而被從焦?fàn)t氣中分離吸附下來，此聚合物在升溫時(shí)，又分解并直接升華再生出來。變溫吸附是采用提高床層溫度來實(shí)現(xiàn)再生的循環(huán)工藝，裝置中活性炭與焦炭吸附一定時(shí)間后，由于煤焦油和萘吸附在焦炭和活性炭外表面與空隙內(nèi)而使吸附劑失去吸附能力，從而達(dá)到飽和，失去脫萘能力，此時(shí)需要進(jìn)行活性炭和焦炭的再生，除去其表面與空隙內(nèi)吸附的萘、苯、焦油及少量單質(zhì)硫，恢復(fù)其吸附及脫萘能力。

　　2.2 PSA制氫原理

　　吸附劑在一定溫度下和一定的壓力下對(duì)不同的氣體組分的吸附容量不同，且吸附劑的吸附容量具有隨氣體壓力的升高而增大，隨氣體壓力的降低而減小的特性，利用這一特性，在較高壓力下吸附劑床層對(duì)氣體混合物進(jìn)行吸附，容易吸附的組分被吸附劑吸附，不易吸附的組分從床層的另一端流出，當(dāng)吸附達(dá)到一定程度時(shí)，降低吸附劑床層的壓力，使被吸附的組分脫附出來，從床層的另一端排出，從而實(shí)現(xiàn)了氣體的分離與凈化，同時(shí)也使吸附劑得到了再生。

　　3 設(shè)計(jì)參數(shù)

　　3.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

　　3.2 原料氣條件

　　3.4 裝置界區(qū)(如圖1)

　　4 工藝簡介

　　根據(jù)焦?fàn)t煤氣的組成、產(chǎn)品氫氣的質(zhì)量指標(biāo)的要求和對(duì)解析氣指標(biāo)要求，本裝置工藝流程由預(yù)處理工序、(壓縮工序)除油工序、變壓吸附工序、氫氣純化工序(精脫硫+脫氧)組成。分別簡述其流程如下：

　　4.1 預(yù)處理工序

　　4.1.1 粗脫

　　粗脫單元是由三臺(tái)粗脫塔組成，可以二臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用;也可以一臺(tái)運(yùn)行，二臺(tái)備用;必要時(shí)可以三臺(tái)粗脫塔同時(shí)運(yùn)行。其工藝過程如下：

　　來自界外的壓力約為20KPa的焦?fàn)t煤氣自塔底進(jìn)入粗脫塔，其中2臺(tái)處于吸附脫萘、脫苯、脫焦油等雜質(zhì)狀態(tài)、一臺(tái)處于再生狀態(tài)。三臺(tái)粗脫塔交替工作實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的初步凈化。

　　粗脫塔的工作過程包括：吸附過程、加熱脫附雜質(zhì)、冷吹降溫

　　4.1.2 精脫

　　來自粗脫的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入壓縮機(jī)一段入口經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至～0.105Mpa.G由一級(jí)出口進(jìn)入除油塔經(jīng)除掉夾帶的微量潤滑油后進(jìn)入精脫單元。焦?fàn)t煤氣由精脫塔的下部進(jìn)入，依次通過萘、苯、氨、硫化氫的專用吸附劑床層，萘、苯、氨、硫化氫等有害組分被各專用吸附劑的發(fā)達(dá)孔系所吸附，從而使焦?fàn)t煤氣得以精制凈化，凈化后的焦?fàn)t煤氣從精脫塔的頂部出來直接去壓縮機(jī)二級(jí)入口。

　　精脫工段由三臺(tái)精脫塔組成。 其中，3臺(tái)精脫塔有2臺(tái)處于吸附狀態(tài)、1臺(tái)處于再生狀態(tài)。當(dāng)處于吸附狀態(tài)的吸附塔吸附飽和后即轉(zhuǎn)入PSA富產(chǎn)解吸氣對(duì)其加熱再生的過程。過程包括吸附、逆放回收、升溫再生、冷吹降溫、終升5個(gè)過程，這5個(gè)過程在程序控制下自動(dòng)切換。可根據(jù)實(shí)際調(diào)試確定程序自動(dòng)切換周期。

　　4.2 除油工序

　　本工序主要由2臺(tái)除油塔組成，2臺(tái)除油塔并聯(lián)操作，交替輪換使用，一臺(tái)投運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)更換吸附劑備用。

　　來自壓縮工序壓力為2.0MPa(G)、溫度35℃的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入除油工序后，自塔底進(jìn)入除油塔，脫除焦?fàn)t煤氣中的潤滑油和焦油等雜質(zhì)。

　　4.3 變壓吸附工序

　　來自除油工序壓力為2.0MPa(G)、溫度35℃的焦?fàn)t煤氣，進(jìn)入PSA提氫工序。本工序由8個(gè)吸附塔、2個(gè)順放罐、1個(gè)氫氣緩沖罐、1個(gè)解吸氣緩沖罐和1個(gè)解吸氣混合罐組成，其中兩個(gè)吸附塔始終處于同時(shí)進(jìn)料吸附的狀態(tài)，其工藝過程由吸附、三次均壓降壓、順放、逆放、沖洗、三次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。

　　8個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作(始終有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài))即可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。

　　4.4 氫氣純化工序

　　4.4.1 脫硫工序

　　目的：經(jīng)過變壓吸附后焦?fàn)t煤氣中硫已完全脫除干凈，但是為了更好地保證后續(xù)合成催化劑的使用壽命，在變壓吸附工序后設(shè)置脫硫工序。

　　本工序主要由2臺(tái)精脫硫塔和手動(dòng)閥門組成，2臺(tái)脫硫塔并聯(lián)操作，交替輪換使用，一臺(tái)投運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)更換脫硫劑備用。 　　本工序的精脫硫劑是活性炭類復(fù)合脫硫劑。能夠有效地脫除氫氣中微量的有機(jī)硫和無機(jī)硫。

　　4.4.2 脫氧工序

　　目的：本工序的目的就是將從PSA工序或脫硫工序來的氫氣中的氧脫除小于1PPM以下。

　　來自脫硫工序的溫度約為35℃，壓力約為1.9MPa(G)的氫氣進(jìn)入常溫脫氧塔，在其中裝填的新型常溫Ba催化劑的催化下，氧和氫反應(yīng)生成水，然后經(jīng)冷卻器冷卻至常溫經(jīng)氣液分離器分離后去高壓機(jī)入口。

　　5 運(yùn)行情況

　　5.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

　　原料氣流量：25000Nm3/h。原料氣成分見表1。

　　產(chǎn)品氫氣流量，目前裝置產(chǎn)氫瞬時(shí)流量平均在12800Nm3/h，裝置氫氣回收率約為87%，高于設(shè)計(jì)要求的86%。

　　產(chǎn)品氫氣純度，產(chǎn)品氫氣純度為99.999%。其中氫氣中的CO平均為1.26ppmm，CO2平均為2.03ppm，O2含量平均為0.7ppm，低于O2+CO+CO2≤10ppm的技術(shù)要求。具體成分見表2：

　　5.2 運(yùn)行中問題

　　運(yùn)行初期，由于精脫硫劑在生產(chǎn)過程中使用了堿洗工藝，導(dǎo)致吸附劑微孔吸附了空氣中的酸性氣體CO2，當(dāng)變壓吸附出來的合格氫氣通過該吸附劑時(shí)，殘留的 CO2混入氫氣中，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品氫氣CO2超標(biāo)。在連續(xù)置換兩天后，吸附劑微孔中的CO2被解吸出，產(chǎn)品氫氣CO2含量合格。

　　5.3 該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)

　　工藝流程簡單、原料適應(yīng)性強(qiáng);操作彈性大，可以在30～110%的彈性范圍內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn);自動(dòng)化程度高，PSA單元全部采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，完全無需人工操作和干預(yù);開停車時(shí)間短，通常開車2小時(shí)就可以得到合格產(chǎn)品氣;操作成本低，由于PSA單元無溶劑等輔助材料消耗，且電耗很低;無三廢排放，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，因此環(huán)境效益明顯;投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

　　6 結(jié)語

　　通過半年多的運(yùn)行，該裝置工藝設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，操作和調(diào)節(jié)簡單，負(fù)荷彈性大，對(duì)原料氣的適應(yīng)能力強(qiáng)。吸附劑性能穩(wěn)定、吸附容量大、抗壓強(qiáng)度高。程控閥門響應(yīng)速度快、動(dòng)作穩(wěn)定，無泄漏現(xiàn)象。控制系統(tǒng)和軟件穩(wěn)定、先進(jìn)，具有較高的自動(dòng)化程度。但在以后的運(yùn)行過程中，針對(duì)變壓吸附吸附劑容易被污染的特點(diǎn)，定期檢測預(yù)處理效果，及時(shí)更換預(yù)處理填料，做好預(yù)處理的把關(guān)工作，保證變壓吸附吸附劑能長久穩(wěn)定運(yùn)行。