12吸附分离工艺

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• 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 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
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
3、 流程简述(以PSA-H2流程做介绍) (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
• 1972年,美国环球油品公司首次在工业生产中利用这种设备由 碳八芳烃中分离对二甲苯。
• 此后不久,日本东丽公司又利用此设备分离对二甲苯。 • 两者在设备方面有所不同,前者采用立式吸附床及24孔旋转阀
匀速转动(图2)以控制床内各物料口进出物料的转换;后者采 用卧式吸附器及大量自动切换阀。24孔旋转阀具有灵便、占地 省等优点。
• 这些待再生的催化剂,通过机械传送或气体输送,进入再生器 自上而下地再生,再生过的催化剂则用同样的办法,输送回反 应器,这样实现了反应与再生的连续操作。
• 这种系统,催化剂床层相当于在系统移动,称为移动床。这类 反应器最先应用于石油炼制的催化裂化工艺,后来又推广到连 续催化重整工艺。
移动床特点

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。
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。
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。
从上图的B→A和C→D可以看出:在温度一定时,随 着压力的升高吸附容量逐渐增大;从上图的B→C和 A→D可以看出:在压力一定时,随着温度的升高吸附
吸附分离工艺
化学化工教研室
概述
• 吸附分离过程由两个主要部分构成 • 首先使流体与吸附剂接触,吸附质被吸附
剂吸附,与不被吸附或吸附少的组分分离, 为吸附操作;
• 将吸附质从吸附剂上解吸,使吸附剂得到 再生,称为再生操作;或者吸附剂更新。
• 被解吸下来的组分往往需要通过精馏等办 法与解吸剂进行分离。
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


• 氢气

• 氧气
☆☆
• 氩气
☆☆
• 氮气
☆☆☆
• 一氧化碳
☆☆☆
• 甲烷
☆☆☆☆
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• 二氧化碳
☆☆☆☆☆☆
• 乙烷
☆☆☆☆☆☆
• 乙烯
☆☆☆☆☆☆☆
• 丙烷
☆☆☆☆☆☆☆
• 1、连续运转 • 催化剂随着反应时间的增加,表面积炭相应增加,活性
下降。为了确保一定的反应速率,必须将积炭的催化剂 移出反应器,不断地补充新鲜的或再生过的催化剂,以 保持催化剂的平均活性,这种不间断的过程,确保了反 应系统操作的连续性。 • 2、可以在较苛刻的反应条件下稳定运转 • 固定床的缺点之一是反应初期与末期的催化剂活性变化 大,因而反应深度不同,导致产品的分布及产品的质量 都有差异,甚至影响到处理量的变化。移动床反应器, 由于催化剂活性可以调节,在一定范围内保持恒定,整 个反应器也可以在较苛刻的条件下进行,有利于充分利 用催化剂的潜力,提高重整油的品质。
固定床吸附
• 采用固定床吸附器,多为圆柱形立式设备, 吸附剂颗粒均匀堆放在多孔的支撑板上, 成为吸附剂床层。
• 流体自上而下流动,通过吸附剂层进行吸 附。
• 吸附剂吸附饱和后需要再生,可以使用部 分产品作为再生用气(改变工作条件), 常用水蒸气再生活性炭等吸附剂。
固定床吸附
• 工作原理(见书P283) • 固定床吸附流程:
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
移动床的特点

• 3、较低的反应压力 • 从理论上讲,对于一定的空速及原料特性,反应压力越
低,重整油收率和氢纯度就越高。同时压力低对降低对 设备的要求、减少投资是非常有利的,重整的发展历史 也表明了这点。固定床反应器的重整反应压力为 3.43MPa,第一代连续重整反应压力为0.69~0.98 MPa, 第二代连续重整压力只有0.29~0.49 MPa。 • 4、操作比较复杂 • 移动床反应器工艺不太适宜强烈放热的反应。反应器、 再生器中的催化剂始终都在流动状态,从上而下依靠重 力流动,提升可用氢气或惰性气体。为了保证整个系统 的平稳循环,对控制系统的要求较高,操作相应比固定 床反应器要复杂。
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。
图一 不同温度下的吸附等温线
双器流程、 串联流程、 并联流程
模拟移动床吸附
• 模拟移动床是目前吸附分离中广泛使用的 设备。
移动床反应器

• 固定床催化剂一般无法进行连续再生,而流化床催化剂可以很 好地进行连续再生,但只适用于催化剂颗粒较小的工艺。
• 催化剂颗粒大,难以形成流态化,为了使再生连续进行,可以 使用移动床。
• 在移动床中,当催化剂由于积炭而迅速失活时,可通过特制的 闭锁装置,利用催化剂本身的重力,缓缓地将催化剂移出反应 器。
模拟移动床吸附
• 模拟移动床把固定吸附床分为许多段(常为24段), 段内装有吸附剂,段间液体不能直接流通。
• 每段均装有进出口管道(进出两用),由中央控制装 置控制其进出。
• 24个进出口中的20个只起段间联系的作用,另四个供 四股物料的进入或离出,某一段时间的物料进出口位 置把整个吸附床层分成了四个区,各区距离不等长, 每段相际传质也不同。
下而上逐渐变大。 • 模拟移动床则是利用一定的机构(如旋转阀),使四个物料的进出口
以与固相浓度的变化同步的速度上移。这样,构成一闭合回路,其总 的结果与保持进出口位置不动,而固体吸附剂在吸附器中自上而下移 动的效果基本相同。
模拟移动床吸附
• 模拟移动床可用来从烷烃中分离正构烷烃;从烯烃中分离直链 烯烃。
•水
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 强
不同的气 体,要选择 合适的吸附 剂。
工艺流程(以PSA-H2流程做介绍) 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。
制一氧化碳
制氢
制氮
氧制
吸附床层
吸附床层怎样实现 吸附分离的呢?
“顶出去”理论, 容易被吸附的 “顶”出
不容易被吸附的。
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。
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,传统的工业空分装置,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,与深冷空分装置相比,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
模拟移动床吸附
• A脱附区液体中含有A与D,此区是用D使A脱附。 • B脱附区是用 A及D使B脱附。 • 由上述两区之间的出料口所引出的吸附液只含 A与D,而且A的浓度也
较大。 • A吸附区是使原料中A与B分离,因此在A吸附区上部取出的吸余液中不
含A而只含B与D。 • 若吸附剂固定不动,则随着时间的推移,固相中被分离组分的浓度将自
容量逐渐减小。一般吸附在常温状态下吸附,视作等 温。
变压吸附工作原理:
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。
变压吸附的主要内容 (1) 吸附剂 (2) 工艺流程 (3) 自控系统 吸附剂 PSA吸附剂:
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,
模拟移动床吸附
• 一种利用吸附原理进行液体分离操作的传质设备。 • 它是以逆流连续操作方式,通过变换固定床吸咐
设备的物料进出口位置,产生相当于吸附剂连续 向下移动,而物料连续向上移动的效果。 • 这种设备的生产能力和分离效率比固定吸附床高, 又可避免移动床吸附剂磨损、碎片或粉尘堵塞设 备或管道以及固体颗粒缝间的沟流。
变压吸附( Pressure Swing Adsorption.简称PSA)
概述: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。
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