變壓吸附工藝在國內已經有20年的發展歷程，由最初的技術水平低下，收率低導致推廣不利的局面，到逐漸更新技術，提高收率。
基本介紹
- 中文名：變壓吸附工藝
- 外文名：PSA
- 用途：化肥廠
- 投運日期：2000年11月23日
- 特點：工藝簡單，設備維修費用低
原理,用途,生產運行,吹掃工藝,改進狀況,最佳化數據,運行企業,傳統比較,
原理
PSA裝置的設計其實取決於淨化氣要求的CO2的百分比（V），越高則可在均壓設計上加多，以多回收氣，儘量做到放空壓力低，氣體損失小。一段法因為要求PSA裝置就將出口CO2控制在0.2%以下，均壓次數過多將直接污染吸附器出口，導致難以控制CO2濃度，所以一段法均壓數不宜過多。這樣，一段法放空壓力高，氣體中CO2濃度不高，有效的減少氣體損失大。在此種情況下，經過大時的實地工作，從理論到實際試驗，成都天立化工科技有限公司開發出了兩段法，將PSA裝置分為第一段和第二段兩段獨立的裝置，在第一段中間氣出口控制在7%-8%，可以多設定均壓次數以降低逆放壓力和提高放空氣體中CO2濃度，有效的減少氣體。第二段將出口CO2控制在2%以下，且將第二段放空氣體返回到第一段吸附器回收。這樣就達到了提高放空氣中CO2濃度的問題，相應的減少了有效氣體損失。在兩段法推出後，在化肥廠得到了廣泛的套用。
用途
目前，變壓吸附工藝在化肥廠主要用於以下兩種用途。
脫除變換氣中的二氧化碳
一種是脫除變換氣中的二氧化碳，生產液氨和聯醇，這種方法不回收二氧化碳，而且套用較為普遍。
用在尿素生產中
另一種工藝是用在尿素生產中，除了要將變換氣中的二氧化碳脫至0.2%以下外，還必須把二氧化碳提純到98.5%以上送尿素生產，此種工藝要求比第一種要高，因為在保證有效氣體收率下又要提純二氧化碳，難度相對大一些。但是，不管是哪種脫碳，為提高有效氣體收率，就必須提高解吸收空氣中的二氧化碳的濃度，減少其中有效氣體的含量。所以，前述兩種工藝，設計思路上是完全一樣的。
生產運行
該裝置自2000年11月23日投運一次成功，2H後得到合格的氫氮氣和二氧化碳氣體，生產運行表明：
1)裝置採用DCS控制，增強了穩定必減輕了勞動強度。
2)CO2在壓縮二出口被脫除，同等氣量下4M20壓縮機智負荷下降（噸氨節電40KWh),解決了三段PC脫碳中超壓問題。
3)淨化氣中的總硫在吸咐床中被脫除，省去了二次脫硫。
4)淨化氣中CO2〈0.2%，降低了精煉負荷。
5)因在吸附過程中損失約3.5%的氮氣，使造氣制氣效率提高，煤耗約有降低。
6)由傳統的濕法脫碳改為乾法脫碳後，消除了溶劑損耗，而吸附劑使用壽命長，進一步降低了操作費用。（註：全國吸附劑生產商中，山東辛化集團與四川某科技股份有限公司聯手協作開發的變壓吸附專用矽膠，針對變壓吸附氣體分離技術研究開發的專用吸附劑。通過特殊的吸附劑生產工藝，控制吸附劑的孔徑分布和孔容，改變吸附劑的表面物理化學性質，使其具有吸附容量大，吸附、脫碳速度快，吸附選擇性強，分離係數高的特點，包裝和規格可根據用戶需求定製。本產品由四川某科技股份有限公司監製 。）
7)工藝簡單，開停車方便，設備維修費用低。
在本裝置中，無任何氣體返回系統，噸氨電耗在98KWH左右，在無任何氣體返回系統的情況下，氫氣收率97%，氮氣收率為92%：在氣體返回系統的情況下，氫氣收率99%，氮氣收率為96%。兩段法變壓吸附尿素脫碳工藝的優勢已經體現出來，變壓吸附尿素脫碳工藝的優勢已經體現出來，變壓吸附尿素脫碳在低壓下（如0.65MPA）也能很好地將淨化氣中的二氧化碳控制在0.1%-0.2%（V）以內，操作穩定方便。而濕法脫碳需要在較高壓力下（如1.6MPA）才能將淨化氣中的二氧化碳控制在0.2%（V）以內，碳丙脫碳需要在更高壓力下（一般2.7MPA）才能將淨化氣中的二氧化碳控制在0.2%（V）以內。濕法脫碳需要把變換氣中的硫化氫脫到20-30mg\Nm3以下，而變壓吸附尿素脫碳則不需要對變換氣進行脫硫，變換氣可直接進入變填充吸附尿素脫碳裝置。變壓吸附尿素脫碳所用的吸附劑對人體沒有毒性，對脫碳設備也沒有腐蝕性。所有濕法脫碳均有不同程度的損耗，因此而增加的操作過程中，不會消耗吸附劑，因操作失誤使吸附劑失活，可通過加溫活化恢復到原來的性能。對濕法脫碳而言，操作一段時間後，溶劑將發生起泡和降解，脫碳效果降低，操作費用增高。變壓吸附尿素脫碳所用的吸附劑在正常操作條件下，其性能不會下降，非常穩定。在本工藝中，變壓吸附的優勢已經一展無餘，保證了性能，運行費用大大優於濕法脫碳。
吹掃工藝
為了進一步提高有效氣體收率以及降低運行成本，成都天立化工科技有限公司技術人員又從吸附劑選型，工藝技術，程控閥壽合等方面進行深入細緻的開發研究和不斷改進，在宜化的幾個PSA裝置上反覆論證，不斷實驗，開發出了成熟的去掉所有動力設備的變壓吸附工藝。本新工藝，在原來的專利技術的兩段法變壓吸附尿素脫碳工藝基礎上，減少了無用氣體的排放量，降低了排放氣體中有效氣體的含量，利用本身氣體壓變的動能化替真空設備，從而達到了進一步提高有效氣體的收率和噸氨消耗想當於原來十分之一的效果。並且，新工藝已經成功運用在了目前世界上最大氣量的裝置上。
山東瑞星生物化工股份有限公司14600NM3/H變壓吸附脫附裝置，是成都天立化工科技有限公司建成的世界上最大的和技術最先進的變壓吸附脫碳置，裝置於2005年1月投產，一次開車成功，產品二氧化碳純度98.2%-98.5%。整裝置去掉了所有的動力設備，除儀表和液壓泵站處，沒有任何電耗，PSA尿素脫裝置工藝簡單，操作穩定，能耗低，維修費用低，淨化提純指標好而穩定。
改進狀況
本裝置的流程之前工藝的基礎上有了以下改進：
1)提純段通過調整最佳化流程，達到了可以回必淨化段更多氣體以及保證產品氣CO2純度的；
2)提純段去掉了所有動力設備，完全依靠自身解吸和淨化段放空氣體過來吹掃解吸，達到了降低動力消耗的目的：低動力消耗的目的，實現了重大的技術突破；
3)提純段的均壓方式進行了調整最佳化，且取得了良好的效果，使得有效氣體回收的更充分；
4)淨化段根據淨化氣要求來設定合理的均壓次數，目的是為自身吹掃的氣源得到保證以及保證淨化氣指標；
5)淨化段對均壓的方式也進行了調整最佳化，使得有效氣體回收的更充分；
6)淨化段設定了吹掃這一全新的工序，利用本身的氣體對自身進行吹掃解吸，其作用完全代替了動力設備，而且實踐證明效果更優於動力設備。
最佳化數據
經過以上的改進最佳化，開車後本裝置運行穩定，氣體放空的氣量減少，放空氣體中的有效氣體減少，而且送尿素用的產品氣二氧化碳指標穩定，淨化氣的二氧化碳指標控制靈活。實際運行噸氨電耗4度左右，冷卻水每小時1T左右。合成氨產量與原來的碳丙相比提高2%左右。於2005年8月開車的渤海化工集團天津鹼廠處理變換4000NM3/H變壓吸附脫碳裝置（生產純鹼），比之前的全吹掃工藝流程進行了細節調整。本裝置難度相對大，因為原料組成CO224.13%，H236.9%CH22.33%，N24.03%，可以看到CO含量很高，而CO2的含量低於CO含量，對於脫碳工藝來說，這種成分最不利因為CO2的分才低於CO分壓，這樣，CO被大量吸收，直接帶來整個裝置CO收率相當。CO的收率問題，一直是個難題，多年來難參擺脫收率低的局面，特別是針對上述氣體成分，更加困難，成都天立化工科技有限公司在山東瑞星裝置的基礎上，又時流程加以最佳化，天津鹼廠處理變換氣40000NM3/H變壓吸駙脫碳裝置開車後，COH2收率達到了98%。
經過不斷的總結經驗，及時糾正思路不當之處，調整，最佳化工藝。湖北宜化集團貴州興義化肥廠設計的處理變換氣12000NM3/H變壓吸附脫附脫碳裝置（生產尿素）變換壓力為2.0MPA變壓吸附第一段和第二段吸附壓力為1.8-1.9MPA，淨化氣中二氧化碳含量0.5%（V）第二段的放空氣基本上完全返回逄一段回收，而第一段的放空氣體中二氧化碳濃度又在新工藝的調整下又有增高，大幅度減速少了有效氣體的排放量。
運行企業
除上述裝置之外，目前國內多裝置採用此全吹掃工藝已經開車運行的有：湖北枝江三寧化工有限公司處理變換氣30000NM3/H變壓附脫碳裝置（生產液氨），遼寧風城化肥廠處進變換氣21000NM3/H變壓吸附脫碳裝置（生產液氨），湖南安鄉化肥廠處進變換氣1500NM3/H變壓吸附脫碳裝置（生產液氨），其中年產量過16萬T的裝置有：內蒙烏拉山化肥廠處理變換氣96000NM3/H變壓吸附脫碳裝置、湖南當陽華強化工有限公司處理變換氣88000nm3/H變壓吸附脫附碳裝置,淨化氣中二氧化碳含量一般在0.2%（V），氫氣回收率大於99.5%（V）氮氣回收率大於98%（V），沒有動力設備電耗。
傳統比較
在近幾年不斷的技術創新中，兩段法變壓吸附專利技術套用遍及全國，與傳統的NHD法，改良碳丙法（PC），改良MDEA法及改良熱鉀鹼法等相比，具有流程簡單，工藝操作簡便彈性大，運行費用低自動化程度等優點，兩段法變壓吸附技術取代正在運行的上述濕法脫碳裝置，不到兩年的時間內即可收回全部投資，隨著能源的緊張，兩段法變壓吸附專利技術省電和節煤的優勢更趨明顯。
