二氧化碳变压吸附技术技术

2014-12-31
吸附剂
１．活性氧化铝 ２．硅胶 ３．活性炭 ４．沸石分子筛 ５．碳分子筛
2014-12-31
PSA原理：
不同气体在沸石分子筛上的吸附力排序
弱
氦气 ☆ 氢气 ☆ 氩气 ☆☆ 氧气 ☆☆ 氮气 ☆☆☆ 甲烷 ☆☆☆☆☆ 一氧化碳 ☆☆☆☆☆ 二氧化碳 ☆☆☆☆☆☆ 乙烷 ☆☆☆☆☆☆ 乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆ 丙烷 ☆☆☆☆☆☆☆ 异丁烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫化氢 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫醇 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 甲苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 2014-12-31
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本装置工艺流程：
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本装置工艺流程
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本装置工艺流程
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操作参数：
预处理塔
主 要 参 数 操作条件 吸附压力（MPa） ～0.35MPa（G） 吸附温度（℃） ≤40℃（或环境温度） 再生压力（MPa） 0.02～0.05MPa（G） 再生温度（℃）进口 160 再生温度（℃）出口 120 切换时间（h） 10 A:吸附 D :逆放 H:加热 C:冷却 FR：升压
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PSA工艺路线
两种工作步骤
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PSA工艺路线：
两种工艺路线的选择
真空再生流程的特点： 优点是操作压力低，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵和能耗。 冲洗再生流程的特点： 优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分有效气体；
究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、 回收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。 本装置为油田伴生气回收CH4，脱除CO2装置； 需要较高的CH4回收率，CO2不易解析；故采用真空在 生流程。
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吸附的概念及分类
• 吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度 较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象 和过程。其实质就是在两相的交界面上，物质的浓度 会自动发生变化的现象和过程。 • 化学吸附：有化学反应，有化合物生成。 • 活性吸附：有络合化合物生成。 • 毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。 • 物理吸附：无化学反应，依靠分子力进行吸附，速度 很快，吸附热很小，吸附过程完全可逆。 • 变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理 吸附。
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PSA工艺路线：
产品 产品 产品 减压气 减压气
再生过程
纯净 区
纯净 区
传质 传质 区 区
纯净 区 传质 区 饱和 区
传质 区
传质 区
纯净 区 纯净 区
传质 区
饱和 区
饱和 区
饱和 区
传质 区
原料 吸附初
原料 吸附中
原料 吸附末 均压减压 均压减压
解吸气 逆向减压
解吸气 冲洗或 抽真空
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操作参数：
吸附塔
主 要 参 数 操作条件 吸附压力（MPa） ～0.35MPa（G） 吸附温度（℃） ≤40℃（或环境温度） 操作压力（MPa） 0.35～-0.07MPa（G） 切换时间（min） 10(一个吸附周期） A:吸附 1D、2D :均压降 1R、2R:均压升 D:逆放 V:抽真空 FR：升压 O :隔离
变压吸附技术介绍
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PSA气体提纯技术特点
与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术 之所以能得到如此迅速的发展是与其具有的下列特点分不开的。 ⑴ 产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎可除去其中的所有杂质， 得到纯度大达90-99.999%的产品。 ⑵ 工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下变压吸附都可 以一步将各种杂质脱除而获得所需产品。 ⑶ 原料气适应性强：对于杂质包括H2O、N2、O2、CO、CO2、烃类、硫化物、 氮氧化物等多种组分的复杂气源，均可利用变压吸附予以提纯。 ⑷ 操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达30～120% ⑸ 产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装置即可得到各 种不同纯度的产品以用于不同的目的。 ⑹ 操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全部是自动化操 作，开停车一般只需0.5～2小时。 ⑺ 能耗低、运行费用小：变压吸附装置一般都在常温和中、低压力下进行， 且正常操作下吸附剂可与装置同寿命。
强
PSA原理：
吸 附 量
吸附等温线
⊿Qp ⊿Qtp B
变压吸附 ⊿Qt
A
T1
T2 D 温度 T2＞T1
C
P1 P2 组分分压
Langmuir 吸附等温方程来描述：
K 1 Xi P （Ai：吸附质 i 的平衡吸附量， K1、K2： 吸附常数 ， 1 K 2 Xi P P：吸附压力，Xi：吸附质 i 的摩尔组成） 。 Ai
T3
FR V D A
T4
FR 2R V A
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变压吸附流程叙述：
变压吸附单元由4台吸附罐、2台缓冲罐、1台真空泵构成。 在吸附塔中原料气中CO2被选择性吸附下来，净化后的气体去燃烧。 当吸附塔中吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某 一位置时，停止吸附，转入再生过程。 吸附剂的再生过程依次如下： a.均压降压过程 这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的气体放入 其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更 是增浓CO2的过程，本流程共包括了二次连续的均压降压过程。 b逆放过程 在均压结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压 力降至接近常压，此时被吸附的CO2开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸 气放空。 c真空过程 逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用真空泵对床层抽真空， 进一步降低吸附质组分的分压，并将吸附质解吸出来。解吸气放空。
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变压吸附流程叙述：
d均压升压过程 真空过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力气体依次对该吸附塔 进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是 回收其它塔的床层死空间气体的过程，本流程共包括了连续两次均压升压 过程。 e产品气升压过程 在两次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次 吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢 而平稳地用富甲烷气将吸附塔压力升至吸附压力。 经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下 一次吸附 做好了准备。一个循环周期为10分钟。 四个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有一个吸附塔处于吸 附状态)即可实现气体的连续分离与提纯。
工艺设备一览表
序号 一 1 设备位号 定型设备 C-1101 原料气压缩机 组 电机 2 P-3101 真空泵组
进气压力：0.03—0.05MPa，排气压力：0.3MPa ，供气量： 230—270Nm3/h
设备名称
技术规格
数量 （台）
重量（kg） 单重 总重
1 1 1
1100
1100
功率：22KW，电压：380V，转速：1470r/min
自动控制说明
TIC-2114、HS-2114控制说明： • 在自动控制状态下，TIC-2114温度给定越高，TY-2114越高，输出由 PLC自动完成PID控制。 • 在手动控制状态下，TY-2114的值可人工在0—100%灵活开启。 • 在预处理时序联锁状态下，当预处理塔两台均未处于加热状态时，强制关 闭电加热炉电源。 • 在电加热炉出口温度联锁状态下，当TAHH-2114高高报发生时，强制关 闭电加热炉电源。 • 当电加热炉表温度TAHH-2113高高报发生时，强制关闭电加热炉电源。 • 当再生气流量度FALL-2112低低报发生时，强制关闭电加热炉电源。 • 在手动控制状态下，HSO-2114可人工远程开启加热器，HSC-2114可人 工远程关闭加热器。 • 在按下紧急停车按钮后，HSC-2114远程关闭加热器。 PIC-3112控制说明： • 在自动控制状态下，PIC-3112压力给定越高，PV-3112开启度越小，输 出由PLC自动完成PID控制。 • 在自动控制状态下，PV-3112的开启度可人工在0—100%灵活开启。
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PSA原理：
几种常见组分的吸附等温线
Adsorption Isthern (STATIC SORB AT 38C)
H2 Ar O2 N2 CO CH4 CO2 C2 C3
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Volume Adsorption
10
100
200
300
400
500
600
700
800
ü Î ½ ¸ Ö ·¹ Ñ P/P0(KPa)
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自动控制说明
PIC-1102控制说明: • 在自动控制状态下，PIC-1102压力给定值越高，PV-1102开启度越小，输出由 PLC自动PID完成。 • 在手动控制状态下，PV-1102的开启度可人工在0—100%灵活开启。 • PALL-1102压力低低报警发生时，当压缩机停止后，PV-1102开启度为全开。 PIC-1108控制说明: • 在自动控制状态下，PIC-1108压力给定值越高，VFD-1108频率越高，输出由 PIC自动完成PID控制。 • 在手动控制状态下，VFD-1108的频率可人工在0—100%灵活开启。 FIC-2112控制说明: • 在自动控制状态下，FIC-2112流量给定越高，FV-2112开启度越小，输出由 PLC自动完成PID控制。 • 在手动控制状态下，FV-2112的开启度可人工在0—100%灵活开启。 • 在预处理时序联锁状态下，当预处理塔两台均未处于加热或冷吹状态时，FIC2112流量控制自动切换到手动控制，并且强制全开FV-2112。
N2、 CO CH4 、C02 CO2 C2.C3
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再生前的吸附塔状态
本装置设计参数：
1.1装置处理能力 4000Nm3/d 1.2装置设计操作弹性 50～110% 1.3设计条件 原料气名称： 油田 伴生气 原料气进装置压力： 40-100KPa(G) 原料气进装置温度： ≤ 40°С 原料气体组成： 项目 含量 甲烷 15.6～40.4 乙烷 0.25～0.45 氮气 8.8 氧气 0.35 二氧化碳 50～75 1.4 净化气规格 净化气中CO2 ≤20% 装置CH4收率 ≥90%
T1
1 2 3 4 A 1R V 1D
T2
A O V 2D
T3
A FR V D
T4
A FR 2R V
T1
1D A 1R V
T2
2D A O V
T3
D A FR V
T4
V A FR 2R
T1
V 1D A 1R
T2
V 2D A O
T3
V D A FR
T4
2R V A FR
T1
1R V 1D A
T2
O V 2D A
2000
2000
电机
二 1 2 3 4 非标设备 T-2101AB F-2101 E-2101 T-3101A-D 预处理塔 电加热炉 再生气冷却器 吸附净化塔
功率:15KW,电压：380V
1
Ф800×3970 Ф159×2057 Ф426×2820 Ф800×3970
T1 T201 T202 A D T2 A H T3 A C T4 A FR T1 D A T2 H A T3 C A T4 FR A
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预处理流程叙述：
来自压缩工序的气体进入预处理塔，在吸附剂的选择吸附下，原料气中的绝大 部分C5+被脱除，再进入变压吸附单元。 变温吸附的工作过程包括： 吸附过程 原料气中C5+重烃类杂质在常温下被吸附下来，净化后的气体去变压吸附提浓 CO2吸附塔。当预处理塔吸附饱和后即转入再生过程。 降压过程 吸附塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体去放空管。 加热脱附杂质 装置采用净化后气体加热至160℃,逆着吸附方向吹扫吸附层，使吸附杂质在 加温下得以完全脱附，再生后的解吸气冷缺后并至净化气体。 冷却吸附剂 脱附完毕后，停止加热再生气，用常温再生气逆着进气方向吹扫吸附床层，使 之冷却至吸附温度。吹冷后的解吸气也冷却后并至净化气体。 升压过程 用处理后的气体逆着吸附方向将吸附塔加压至吸附压力，至此吸附塔就又可以 进行下一次吸附了。 预处理单元、2台吸附罐、1台电加热器、1台冷却器构成。