变压吸附气体分离技术的应用和发展

变压吸附气体分离技术的应用和发展!

魏玺群"陈健

#四川天一科技股份有限公司"四川成都$%&’’()

摘要*变压吸附气体分离技术在工业上得到了广泛应用"已逐步成为一种主要的气体分离技术+它具有能耗低,投资小,流程简单,操作方便,可靠性高,自动化程度高及环境效益好等特点+简单介绍了变压吸附分离技术的特点"重点介绍了近年来变压吸附技术各方面的进步和变压吸附技术目前所达到的水平#工艺流程,气源,产品回收率,吸附剂,程控阀,自动控制等方面)"并对变压吸附技术未来的发展趋势进行了预测+

关键词*变压吸附-气体-分离-提纯-应用

中图分类号*./%%$0%1文献标识码*2文章编号*%&&3435&6#’&&’)&74&&&%4&(

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%前言

变压吸附#m k a i i V k a]n T W d2g i b k j f T b W"m]2)的基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性"通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯+该技术于%1$’年实现工业规模的制氢v%w+进入3&年代后"变压吸附技术获得了迅速的发展"装置数量剧增"规模不断增大"使用范围越来越广"工艺不断完善"成本不断下降"逐渐成为一种主要的,高效节能的气体分离技术+

变压吸附技术在我国的工业应用也有十几年历史+我国第一套m]2工业装置是西南化工研究设计院设计的"于%15’年建于上海吴凇化肥厂"用于从合成氨弛放气中回收氢气+目前"该院已推广各种m]2工业装置$&&多套"装置规模从数q7到$&&&&q7x_"可以从几十种不同气源中分离提纯十几种气体+

在国内"变压吸附技术已推广应用到以下九个主要领域*

%0氢气的提纯-’0二氧化碳的提纯"可直接生产食品级二氧化碳-70一氧化碳的提纯-60变换气脱除二氧化碳-(0天然气的净化-$0空气分离制氧-30空气分离制氮-50瓦斯气浓缩甲烷-10浓缩和提纯乙烯+

在Y

’

的分离和提纯领域"特别是中小规模制

氢"m]2分离技术已占主要地位"一些传统的Y

’

制备及分离方法"如低温法,电解法等"已逐渐被m]2等气体分离技术所取代+m]2法从合成氨变换气中

脱除X y

’

技术"可使小合成氨厂改变其单一的产品结构"增加液氨产量"降低能耗和操作成本+m]2分离提纯X y技术为X%化学羰基合成工业解决了原

第’&卷第7期低温与特气z b c0’&"Z b07’&&’年$月e b n.a q j a k\f V k a\W g]j a^T\c f‘{\i a i[V W a0"’&&’!收稿日期*’&&’4&34%5

料气提纯问题!该技术已成功的为国外引进的几套羰基合成装置相配套"#$%提纯&’

(

技术可从廉价

的工业废气制取食品级&’

("此外!#$%技术还可

以应用于气体中)’

*

的脱除+硫化物的脱除+某些有机有毒气体的脱除与回收等!在尾气治理+环境保护等方面也有广阔的应用前景"

(变压吸附的特点

变压吸附气体分离工艺在石油+化工+冶金+电子+国防+医疗+环境保护等方面得到了广泛的应用!与其它气体分离技术相比!变压吸附技术具有以下优点,-./

01低能耗!#$%工艺适应的压力范围较广!一些有压力的气源可以省去再次加压的能耗"#$%在常温下操作!可以省去加热或冷却的能耗"

(1产品纯度高且可灵活调节!如#$%制氢!产品纯度可达2212223!并可根据工艺条件的变化!在较大范围内随意调节产品氢的纯度"

-1工艺流程简单!可实现多种气体的分离!对水+硫化物+氨+烃类等杂质有较强的承受能力!无需复杂的预处理工序"

41装置由计算机控制!自动化程度高!操作方便!每班只需稍加巡视即可!装置可以实现全自动操作"开停车简单迅速!通常开车半小时左右就可得到合格产品!数分钟就可完成停车"

51装置调节能力强!操作弹性大!#$%装置稍加调节就可以改变生产负荷!而且在不同负荷下生产时产品质量可以保持不变!仅回收率稍有变化"变压吸附装置对原料气中杂质含量和压力等条件改变也有很强的适应能力!调节范围很宽"

61投资小!操作费用低!维护简单!检修时间少!开工率高"

71吸附剂使用周期长"一般可以使用十年以上"

81装置可靠性高"变压吸附装置通常只有程序控制阀是运动部件!而目前国内外的程序控制阀经过多年研究改进后!使用寿命长!故障率极低!装置可靠性很高!而且由于计算机专家诊断系统的开发应用!具有故障自动诊断!吸附塔自动切换等功能!使装置的可靠性进一步提高"

21环境效益好!除因原料气的特性外!#$%装置的运行不会造成新的环境污染!几乎无9三废:产生"-变压吸附技术的应用现状

-10变压吸附提氢技术

由于制备氢气的原料和方法很多!加上许多工业尾气含有较高的氢气!所以有许多不同的分离提纯氢气的流程"表0列出了比较常用的分离提纯氢气的方法!并对不同方法的特点及适用范围进行了简单的比较"

表0几种氢气纯化技术比较

项目膜分离变压吸附深冷分离

规模;)<-=>0

氢纯度;3

氢回收率;3

操作压力;@#A

压力降;@#A

原料氢最小含量;3

原料的预处理

产品中&’含量

操作弹性;3

投资

能耗

操作难易

0B B C0B B B B

8B C22

75C85

-C05或更高!

高!原料产品压力比为(C6

-B

需预处理

原料气中&’的-B3

(B C0B B

低

低

简单

0B B C0B B B B B

22C221222

8B C25

B15C-1B

B10

05C(B

可不预处理

D0B E F;F

0B C0B B

低

低

简单

5B B B C0B B B B B

2B C22

最高28

01B C81B

B1(

05

需预处理

几百E F;F

5B C0B B

较高

较高

较难#$%提氢技术是#$%发展最早+推广最多的一种工艺!最早在化工行业应用!仅国内就有(B B多套!冶金行业应用也较多!如用#$%法从焦炉气中提氢耗电约B15G H=;<-!远低于电解法制氢的耗电"我国几大钢铁企业纷纷采用#$%技术取代电解法制氢"

石油工业是最大的氢气用户!从世界范围看!石油工业用氢量占氢气总耗量的-53左右"这些氢绝大多数是用石油或煤转化精制而成"随着各国环保要求的提高"对油品的要求将越来越高!使炼油工业对氢气的需求更多!氢气供求之间的矛盾更加突出"#$%提氢技术在石化系统的应用近年来有较快增长"我国石化行业从8B年代开始引进#$%提氢技术!最初引进的提氢装置主要以烃类转化气为原料,4C7."现在!石化系统所用原料气已不局限于烃类转化气!许多炼厂废气都可作为#$%提氢原料气"表(列举了近年来国内石化行业采用的部分#$%提氢装置的简单情况"

表(近年石化系统采用的部分#$%提氢装置概况

建设单位装置处理能力;)<-=>0原料气种类产品I

(

纯度;3

大庆油田化工总厂

镇海炼化公司

辽阳化纤公司

格尔木炼油厂

吉化股份公司有机合成厂

济南炼油厂

濮阳甲醇厂

胜利石油化工总厂

5B B B B

5B B B B

4B B B B

85B B

58B B

05B B B

7B B B

0(B B B

催化裂化干气

炼厂混合气

炼厂气

含氢气体

乙烯尾气

催化裂化干气

甲醇弛放气

变换气

2212

22

2212

221222

2215

2212

2815

2212

(低温与特气第(B卷