變壓吸附技術(shù)介紹2023/4/14PSA氣體提純技術(shù)特點(diǎn)2023/4/14

與深冷、膜分離、化學(xué)吸收等氣體分離與提純技術(shù)相比，變壓吸附技術(shù)之所以能得到如此迅速的發(fā)展是與其具有的下列特點(diǎn)分不開的。⑴產(chǎn)品純度高：對(duì)于絕大多數(shù)氣源，變壓吸附幾乎可除去其中的所有雜質(zhì)，得到純度大達(dá)90-99.999%的產(chǎn)品。⑵工藝流程短：對(duì)于含有多種雜質(zhì)的氣體，在大多數(shù)情況下變壓吸附都可以一步將各種雜質(zhì)脫除而獲得所需產(chǎn)品。⑶原料氣適應(yīng)性強(qiáng)：對(duì)于雜質(zhì)包括H2O、N2、O2、CO、CO2、烴類、硫化物、氮氧化物等多種組分的復(fù)雜氣源，均可利用變壓吸附予以提純。⑷操作彈性大：變壓吸附氫提純裝置的操作彈性一般可達(dá)30～120%⑸產(chǎn)品純度易調(diào)節(jié)：只需調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，變壓吸附氫提純裝置即可得到各種不同純度的產(chǎn)品以用于不同的目的。⑹操作簡(jiǎn)便：變壓吸附裝置的設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備少，且全部是自動(dòng)化操作，開停車一般只需0.5～2小時(shí)。⑺能耗低、運(yùn)行費(fèi)用?。鹤儔何窖b置一般都在常溫和中、低壓力下進(jìn)行，且正常操作下吸附劑可與裝置同壽命。吸附的概念及分類2023/4/14吸附是指：當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時(shí)，其中密度較低物質(zhì)的分子在密度較高的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過程。其實(shí)質(zhì)就是在兩相的交界面上，物質(zhì)的濃度會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化的現(xiàn)象和過程。化學(xué)吸附：有化學(xué)反應(yīng)，有化合物生成?；钚晕剑河薪j(luò)合化合物生成。毛細(xì)管凝縮：在吸附劑孔隙中有凝結(jié)現(xiàn)象。物理吸附：無化學(xué)反應(yīng)，依靠分子力進(jìn)行吸附，速度很快，吸附熱很小，吸附過程完全可逆。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。

吸附劑2023/4/14１．活性氧化鋁２．硅膠３．活性炭４．沸石分子篩５．碳分子篩PSA原理：不同氣體在沸石分子篩上的吸附力排序2023/4/14氦氣☆弱氫氣☆氬氣☆☆氧氣☆☆氮?dú)狻睢睢罴淄椤睢睢睢睢钜谎趸肌睢睢睢睢疃趸肌睢睢睢睢睢钜彝椤睢睢睢睢睢钜蚁睢睢睢睢睢睢畋椤睢睢睢睢睢睢町惗⊥椤睢睢睢睢睢睢睢畋睢睢睢睢睢睢睢盍蚧瘹洹睢睢睢睢睢睢睢睢睢盍虼肌睢睢睢睢睢睢睢睢睢畋健睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢罴妆健睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢钜一健睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢畋揭蚁睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢钏睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢睢顝?qiáng)PSA原理：吸附等溫線2023/4/14CBDT2T1⊿Qtp變壓吸附變溫吸附溫度T2＞T1⊿QpP1P2吸附量⊿Qt組分分壓APSA原理：幾種常見組分的吸附等溫線2023/4/14PSA工藝路線兩種工作步驟2023/4/14PSA工藝路線：兩種工藝路線的選擇2023/4/14真空再生流程的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是操作壓力低，產(chǎn)品收率高，但缺點(diǎn)是需要增加真空泵和能耗。沖洗再生流程的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是正壓下即可完成，缺點(diǎn)是會(huì)多損失部分有效氣體；

究竟采用何種工藝，主要視原料氣的組成、壓力、回收率要求以及工廠的資金和場(chǎng)地等情況而定。本裝置為油田伴生氣回收CH4，脫除CO2裝置；需要較高的CH4回收率，CO2不易解析；故采用真空在生流程。PSA工藝路線：再生過程2023/4/14傳質(zhì)區(qū)沖洗或抽真空解吸氣純凈區(qū)逆向減壓解吸氣傳質(zhì)區(qū)均壓減壓減壓氣飽和區(qū)傳質(zhì)區(qū)均壓減壓減壓氣傳質(zhì)區(qū)飽和區(qū)吸附末產(chǎn)品傳質(zhì)區(qū)飽和區(qū)原料純凈區(qū)吸附中產(chǎn)品飽和區(qū)原料純凈區(qū)產(chǎn)品原料吸附初純凈區(qū)傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)純凈區(qū)N2、COCH4、C02

CO2C2.C3再生前的吸附塔狀態(tài)本裝置設(shè)計(jì)參數(shù)：2023/4/141.1裝置處理能力 4000Nm3/d1.2裝置設(shè)計(jì)操作彈性50～110%1.3設(shè)計(jì)條件原料氣名稱：油田伴生氣原料氣進(jìn)裝置壓力：40-100KPa(G)原料氣進(jìn)裝置溫度：≤40°С原料氣體組成： 項(xiàng)目 含量甲烷 15.6～40.4乙烷 0.25～0.45氮?dú)?8.8 氧氣 0.35 二氧化碳50～75

1.4凈化氣規(guī)格凈化氣中CO2≤20%裝置CH4收率≥90%本裝置工藝流程：2023/4/14本裝置工藝流程2023/4/14本裝置工藝流程2023/4/14操作參數(shù)：預(yù)處理塔2023/4/14主要參數(shù) 操作條件吸附壓力（MPa） ～0.35MPa（G）吸附溫度（℃） ≤40℃（或環(huán)境溫度）再生壓力（MPa） 0.02～0.05MPa（G）再生溫度（℃）進(jìn)口 160再生溫度（℃）出口 120切換時(shí)間（h） 10A:吸附D:逆放H:加熱C:冷卻FR：升壓T1T2T3T4T1T2T3T4T201AAAADHCFRT202DHCFRAAAA預(yù)處理流程敘述：2023/4/14來自壓縮工序的氣體進(jìn)入預(yù)處理塔，在吸附劑的選擇吸附下，原料氣中的絕大部分C5+被脫除，再進(jìn)入變壓吸附單元。變溫吸附的工作過程包括：吸附過程原料氣中C5+重?zé)N類雜質(zhì)在常溫下被吸附下來，凈化后的氣體去變壓吸附提濃CO2吸附塔。當(dāng)預(yù)處理塔吸附飽和后即轉(zhuǎn)入再生過程。降壓過程吸附塔逆著吸附方向，即朝著入口端卸壓，氣體去放空管。加熱脫附雜質(zhì)裝置采用凈化后氣體加熱至160℃,逆著吸附方向吹掃吸附層，使吸附雜質(zhì)在加溫下得以完全脫附，再生后的解吸氣冷缺后并至凈化氣體。冷卻吸附劑脫附完畢后，停止加熱再生氣，用常溫再生氣逆著進(jìn)氣方向吹掃吸附床層，使之冷卻至吸附溫度。吹冷后的解吸氣也冷卻后并至凈化氣體。升壓過程用處理后的氣體逆著吸附方向?qū)⑽剿訅褐廖綁毫?，至此吸附塔就又可以進(jìn)行下一次吸附了。預(yù)處理單元、2臺(tái)吸附罐、1臺(tái)電加熱器、1臺(tái)冷卻器構(gòu)成。操作參數(shù)：吸附塔2023/4/14主要參數(shù) 操作條件吸附壓力（MPa） ～0.35MPa（G）吸附溫度（℃） ≤40℃（或環(huán)境溫度）操作壓力（MPa） 0.35～-0.07MPa（G）切換時(shí)間（min） 10(一個(gè)吸附周期）A:吸附1D、2D:均壓降1R、2R:均壓升D:逆放V:抽真空FR：升壓O:隔離T1T2T3T4T1T2T3T4T1T2T3T4T1T2T3T41AAAA1D2DDVVVV2R1ROFRFR21ROFRFRAAAA1D2DDVVVV2R3VVV2R1ROFRFRAAAA1D2DDV41D2DDVVVV2R1ROFRFRAAAA變壓吸附流程敘述：2023/4/14變壓吸附單元由4臺(tái)吸附罐、2臺(tái)緩沖罐、1臺(tái)真空泵構(gòu)成。在吸附塔中原料氣中CO2被選擇性吸附下來，凈化后的氣體去燃燒。當(dāng)吸附塔中吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段某一位置時(shí)，停止吸附，轉(zhuǎn)入再生過程。吸附劑的再生過程依次如下：a.均壓降壓過程這是在吸附過程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氣體放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，這一過程不僅是降壓過程，更是增濃CO2的過程，本流程共包括了二次連續(xù)的均壓降壓過程。b逆放過程在均壓結(jié)束、吸附前沿已達(dá)到床層出口后，逆著吸附方向?qū)⑽剿毫抵两咏?，此時(shí)被吸附的CO2開始從吸附劑中大量解吸出來，解吸氣放空。c真空過程逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用真空泵對(duì)床層抽真空，進(jìn)一步降低吸附質(zhì)組分的分壓，并將吸附質(zhì)解吸出來。解吸氣放空。變壓吸附流程敘述：2023/4/14d均壓升壓過程真空過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氣體依次對(duì)該吸附塔進(jìn)行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對(duì)應(yīng)，不僅是升壓過程，而且也是回收其它塔的床層死空間氣體的過程，本流程共包括了連續(xù)兩次均壓升壓過程。e產(chǎn)品氣升壓過程在兩次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動(dòng)，需要通過升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用富甲烷氣將吸附塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)這一過程后吸附塔便完成了一個(gè)完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。一個(gè)循環(huán)周期為10分鐘。四個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作(始終有一個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài))即可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。自動(dòng)控制說明PIC-1102控制說明:在自動(dòng)控制狀態(tài)下，PIC-1102壓力給定值越高，PV-1102開啟度越小，輸出由PLC自動(dòng)PID完成。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，PV-1102的開啟度可人工在0—100%靈活開啟。PALL-1102壓力低低報(bào)警發(fā)生時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)停止后，PV-1102開啟度為全開。PIC-1108控制說明:在自動(dòng)控制狀態(tài)下，PIC-1108壓力給定值越高，VFD-1108頻率越高，輸出由PIC自動(dòng)完成PID控制。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，VFD-1108的頻率可人工在0—100%靈活開啟。FIC-2112控制說明:在自動(dòng)控制狀態(tài)下，F(xiàn)IC-2112流量給定越高，F(xiàn)V-2112開啟度越小，輸出由PLC自動(dòng)完成PID控制。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，F(xiàn)V-2112的開啟度可人工在0—100%靈活開啟。在預(yù)處理時(shí)序聯(lián)鎖狀態(tài)下，當(dāng)預(yù)處理塔兩臺(tái)均未處于加熱或冷吹狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)IC-2112流量控制自動(dòng)切換到手動(dòng)控制，并且強(qiáng)制全開FV-2112。自動(dòng)控制說明TIC-2114、HS-2114控制說明：在自動(dòng)控制狀態(tài)下，TIC-2114溫度給定越高，TY-2114越高，輸出由PLC自動(dòng)完成PID控制。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，TY-2114的值可人工在0—100%靈活開啟。在預(yù)處理時(shí)序聯(lián)鎖狀態(tài)下，當(dāng)預(yù)處理塔兩臺(tái)均未處于加熱狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉電加熱爐電源。在電加熱爐出口溫度聯(lián)鎖狀態(tài)下，當(dāng)TAHH-2114高高報(bào)發(fā)生時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉電加熱爐電源。當(dāng)電加熱爐表溫度TAHH-2113高高報(bào)發(fā)生時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉電加熱爐電源。當(dāng)再生氣流量度FALL-2112低低報(bào)發(fā)生時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉電加熱爐電源。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，HSO-2114可人工遠(yuǎn)程開啟加熱器，HSC-2114可人工遠(yuǎn)程關(guān)閉加熱器。在按下緊急停車按鈕后，HSC-2114遠(yuǎn)程關(guān)閉加熱器。PIC-3112控制說明：在自動(dòng)控制狀態(tài)下，PIC-3112壓力給定越高，PV-3112開啟度越小，輸出由PLC自動(dòng)完成PID控制。在自動(dòng)控制狀態(tài)下，PV-3112的開啟度可人工在0—100%靈活開啟。工藝設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱技術(shù)規(guī)格數(shù)量（臺(tái)）重量（kg）單重總重一定型設(shè)備

1C-1101原料氣壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力：0.03—0.05MPa，排氣壓力：0.3MPa，供氣量：230—270Nm3/h111001100

電機(jī)功率：22KW，電壓：380V，轉(zhuǎn)速：1470r/min1

2P-3101真空泵組

120002000

電機(jī)功率:15KW,電壓：380V1

二非標(biāo)設(shè)備

1T-2101AB預(yù)處理塔Ф800×39702120024002F-2101電加熱爐Ф159×2057190903E-2101再生氣冷卻器Ф426×282013653654T-3101A-D吸附凈化塔Ф800×39704120048005V-3101產(chǎn)品氣緩沖罐Ф1000×33871105010506V-3102均壓緩沖罐Ф1000×3387110501050注意事項(xiàng)：吸附劑裝填2023/4/14

1)

由于吸附劑均具有較強(qiáng)的吸水性，特別是分子篩吸附劑的吸水性極強(qiáng)，一旦吸水，在常溫下無法再生。所以在吸附劑運(yùn)輸過程中，應(yīng)保證吸附劑的完好密封和干燥狀態(tài)。2)

在吸附劑裝填前，應(yīng)嚴(yán)格檢查吸附塔底部分布器的完好性，然后采用干燥的儀表空氣進(jìn)行徹底置換。3)

裝填吸附劑必須選擇晴天進(jìn)行，每當(dāng)裝填作業(yè)結(jié)束時(shí)，必須封閉吸附塔，以免吸附劑受潮，性能下降。4)

一旦吸附劑裝填完成，置換氮?dú)夂痛祾邭饩捅仨毑捎酶稍?、無油氣源，并且只允許從吸附塔底部進(jìn)入。5)

為減少吸附塔內(nèi)的死空間，提高裝置回收率，PSA裝置內(nèi)的吸附劑應(yīng)采用密相裝填技術(shù)。6)

吸附劑裝填過程中應(yīng)特別注意，各吸附塔的裝填量和裝填比例