变压吸附脱碳技术

变压吸附脱碳技术

在合成氨和尿素生产过程中，都需要除去大量的CO2组份，其脱碳过程均在变换工序后。经变换后的变换气，CO2含量通常在18％～35％。脱除变换气中CO2的方法很多，从大类来分，可分为湿法和干法，湿法可根据吸收机理的不同，分为化学吸收法、物理吸收法和物理－化学综合吸收法；干法即变压吸附(PSA)法。变压吸附法脱除变换气中CO2是利用吸附剂对CO2的吸附力很强，而对H2、N2、C O等的吸附力相对较弱的特性，压力状态下(一般为0.7~1.5MPa)吸附CO2以及吸附力更强的H2O、硫化物等杂质，在真空状态下脱附这些杂质，使CO2与H2、N2等组分得以有效的分离，同时使吸附剂获得再生。

PSA干法脱碳技术在1991年开始进入工业应用，由于其显著的优越性，目前已得到越来越广泛的应用。PSA干法脱碳技术主要有以下特点：

（1）操作方便，流程简单，无设备腐蚀问题，能耗低，操作中不消耗蒸汽，装置运行费用低。

（2）CH4在变换气中一般为0.7～0.9%，经PSA脱碳后CH4含量可降低到0. 2～0.4%，使合成系统的弛放气大大减少。

（3）以煤为原料的氨厂变换气中一般H2S约为50～200mg/m3，有机硫为20～50ppm，其主要组分为COS、CS2、硫醇、硫醚等，在经PSA脱碳后净化气中H2 S含量可降至0.5mg/m3，有机硫除COS外可全部除去。

（4）由于PSA技术对变换气净化度高（氢氮气中CO2含量≤0.2%），可采用甲烷化代替铜洗，节省蒸汽和冷冻量消耗，免除铜洗液污染环境。由于气体净化度高，硫化物、NH3等杂质均为ppm级，使有联醇工序的合成氨厂甲醇质量大大提高，且将延长甲醇催化剂使用寿命。

针对合成氨生产厂家的不同需要，在脱碳工序，变压吸附脱碳技术的用于主要有以下三种类型：

●用来替代碳化以增产液氨为目的的PSA脱碳工艺

变换气经PSA脱碳后氢氮气中CO2含量小于0.2%，直接进铜洗或甲烷化工序。就目前运行的工业装置来看，氢气收率>99%，净化气中氢氮比在3.0左右，并且在脱除CO2的同时，还将大部份杂质如CH4、CO、水、H2S等脱除，减小了后续精炼工段的负荷及合成气的惰性循环气量。

●配甲醇生产的PSA脱碳工艺

由于净化气用于生产甲醇，考虑到甲醇合成催化剂的寿命和要尽可能提高CO 的回收率问题，一般将脱碳净化气中CO2含量控制在1～5%的水平。据目前此类装置的运行情况，H2回收率99~99.5%，CO回收率93~96%，在脱除CO2的同时，还将变换气中的硫化物脱除到1mg/Nm3的水平，原料气中所含微量氯、NH3、H2 O、砷等杂质同时彻底脱除，可省去预处理工序，简化了流程，节省了投资。

●同时制取脱碳净化气和纯度为98％以上气体CO2的工艺

该工艺主要用于中小合成氨厂转产尿素，即在变换气脱除CO2获得0.2%净化气的同时，获得纯度为98％的CO2气体，用于合成尿素。该工艺的的开发成功，使PSA技术成为合成氨厂碳铵改产尿素的经济、有效的方法。

另外，变压吸附脱碳工艺还适用于沼气、垃圾填埋气、焦炭发生炉煤气等各种含二氧化碳并需脱除的气源。