變壓吸附提純CO裝置技術改造研究

吳紅勇

（安陽九天精細化工有限責任公司，河南安陽 455133）

變壓吸附提純CO裝置是變壓吸附提純技術應用的基礎保障，隨著科技水平的提高與實踐經驗的累積，對于變壓吸附提純CO裝置技術的改造方案逐步優化，在確保裝置運行安全穩定的情況下，提高提純度，降低運行成本，實現經濟效益增加是裝置技術改造的根本目的。

1 變壓吸附技術特點

Pressure Swing Adsorption，中文名為變壓吸附技術，簡稱PSA，是現階段應用范圍最廣泛，接受程度最高的新型氣體吸附分離技術。這主要是因為變壓吸附技術在應用中優勢突出，特點明確，具體表現在原料氣適用范圍廣、預處理系統簡單、滿足常溫運行條件、配套裝置自動化程度高、運行成本低、節能環保、提純度高等方面。特別是在提純CO時，能夠在CO含量極低的原料氣中實現高回收率的CO回收，這是低溫法、電解法等傳統方法所不具備的技術特點。

2 變壓吸附提純CO裝置技術改造解決的問題

車間內現有的PSA-Ⅱ的抽真空分為三步，第一步是抽真空一，第二步是沖洗抽真空，第三步是抽真空二。經過進行取樣分析，PSA-Ⅱ在抽真空一時的氣體組分中CO含量達到了50%以上，大量的CO被放空，不僅降低了PSA的回收率，而且還造成了嚴重的環境污染。

上述情況是對變壓吸附提純CO裝置進行技術改造的出發點，針對于此對PSA進行的改造，主要是將原來的抽真空一進行回收。在PSA-Ⅱ的真空泵出口增加兩臺程控閥，當運行時間在抽真空一時新增程控閥1打開，新增程控閥2關閉，將CO含量較高的抽真空氣回收。當運行時間在沖洗抽真空或抽真空二時，程控閥2打開，1閥關閉，此時將CO含量較低且沒有回收價值的抽空氣進行放空。

抽真空一時間的長短取決于抽空氣的組分，只要CO含量在50%以上可回收，如果低于50%，可適當縮短抽真空一的吸附時間。否則將會對原料粗煤氣造成影響。

經過測算，抽真空一每小時回收氣體1 170m3，CO氣體組分在50%～55%。也就是每小時增加產品氣量約為585m3。每千立方CO可以降低焦炭消耗69kg，全月可節約焦炭成本約43萬元左右。

由于PSA系統穩定運行時產品氣純度和產品氣回收率較好，也能避免雜質穿透事故。雖然在實際過程中原料氣、產品氣壓力、流量會呈現一些小的波動，但每一個分周期內其趨勢應該是保持一致的，但是實際情況是一個周期與正常趨勢有偏差，為此懷疑可能有故障存在。

3 變壓吸附提純CO裝置技術改造引用的工藝方法

3.1 均壓工藝

均壓工藝，即需降壓解吸的吸附床分別向需升壓的不同的吸附床充壓，需降壓解吸的吸附床壓力逐級下降，而需升壓的吸附床的壓力得到逐級升高，從而使吸附床降壓排出的有用氣體得到有效利用，提高回收率。均壓步驟的主要作用就是回收吸附床降壓時排出的有用氣體。所以均壓工藝的使用一定要規范到位，因為均壓工藝的使用是提高產品CO回收率的最有效工藝。

3.2 順放氣工藝

為了充分回收床層死空間內的有效氣體組分CO，除均壓工藝外，還引用了順放氣工藝，根本目的是充分回收吸附塔床層上部的有效氣體CO組分，從而提高CO的提純率。

在順放過程中，順放氣中CO組分含量較高，其含量大于或等于粗煤氣中的CO含量，直接返回原料氣緩沖罐與粗煤氣進行混合，經過原料氣壓縮機壓縮后作為原料氣重復繼續使用，最大限度提高產品CO的回收率。

PSA-Ⅰ順放是通過程控閥KV406和順放流量調節閥HV-402，將順放氣中有效組分CO含量較高的部分返回到原料氣壓縮機入口進行回收再利用。

3.3 均壓工藝與順放氣工藝的結合點

順放工藝的步序設置應在兩次均壓的中間，通過使用色譜分析儀對順放氣的前期、中期、后期的分析數據得出，順放前壓力為0.28MPa，順放結束后壓力是0.15MPa左右。順放壓力低于0.15MPa以后，順放氣中的雜質會逐漸增多，最終影響原料粗煤氣的質量，所以必須要嚴格控制順放時間。

4 變壓吸附提純CO裝置技術改造的關鍵指標

4.1 產品氣質量

產品氣質量與回收率的關系根據變壓吸附技術原理可知，產品氣質量與回收率呈反比關系，產品氣質量越高產品組分回收率相應降低。反之，產品氣質量要求越低，CO回收率越高。在實際生產中，不應片面追求產品氣純度，而應結合當時實際工況及實際需要出發來調整純度，得到較好的CO回收率，以獲得較高的收率和效益。

4.2 塔的再生情況

PSA過程運轉是否正常關鍵是看塔的再生狀況是否良好，系統操作失誤會立即或逐漸使吸附器再生惡化，由于PSA是周期性循環過程，因此只要一個塔再生惡化，就會很快波及和污染到其他塔，最終導致氣質的下降。吸附塔內的吸附劑對雜質的吸附能力是有限的，一旦處理氣量增大就應該相應縮短吸附時間，氣質不合格時一定要立即縮短吸附時間，以提高吸附壓力。如果不及時調整吸附時間，雜質就會很快污染產品氣，造成產品不合格。吸附劑的再生方式主要是順放、逆放、抽真空、沖洗抽真空，如果由于設置的抽空時間不夠或真空系統出現故障和其他原因，使吸附塔真空度不夠，會造成吸附塔中的雜質未能徹底解吸，最終影響吸附劑再生效果，從而影響氣質和回收率，這時可相應調整時間，使抽真空時間加長，或檢查真空系統確定是否存在問題。

吸附時間越長，消耗越低，PSA出口的雜質含量越高，則吸附塔的再生需要更長的時間。如果再生時間不夠，吸附劑中所吸附的分子沒有完全解析出來，會造成穿透事故，長時間會縮短吸附劑的使用壽命。吸附時間越短，消耗越高，PSA出口的雜質含量越低。

4.3 操作時間設定

操作時間的設定直接影響產品回收率的高低，正確的操作時間設定，可獲得最大的經濟利益。例如PSA-Ⅱ抽真空二的時間設定取決于抽真空的壓力，在真空末期，真空泵的抽氣量最小，此時真空泵做的功可以忽略為零。所以在抽真空末期，如果真空度不再變化，那么剩余的抽真空時間就是多余的，可以將這部分時間移至其他步驟，如均壓、沖洗、置換等步驟。

5 結語

對于變壓吸附提純CO裝置技術的改造，要從實際情況出發，通過科學的理論指導與大量實踐試驗確定改造方向與技術方案，從而實現變壓吸附提純CO裝置技術改造后，能夠帶來更好的提純效果，實現更高的提純效率。