銅吸附劑在變壓吸附CO分離中的應用總結

張國義，崔曉錦，趙軍龍，李曉霞，張明濤，張澤原

(甘肅銀光聚銀化工有限公司, 甘肅白銀 730900)

甘肅銀光聚銀化工有限公司氣體制造廠(以下簡稱聚銀公司)新建1套水煤氣處理能力為8 500 m3/h(標態)的變壓吸附(PSA)生產裝置，分離提純CO和H2(體積流量分別為1 500 m3/h和4 000 m3/h，標態)。該PSA裝置自開車以來，制CO工序一直運行不穩定，CO產品氣中CH4和N2頻繁超標，質量合格率較低。這不僅影響后工序的穩定生產，而且CO回收率低導致生產成本增加，成為制約高負荷、安全穩定連續生產的瓶頸。為此，對制CO工序進行了研究分析，利用最短的時間和最低的投入進行優化改造，提高了生產能力，降低了生產成本。

1 技改方案的確定

原PSA裝置制CO工藝采用6臺吸附器，吸附劑為5A分子篩，6臺吸附器中的2臺同時進料，采用兩步置換和抽空解析工藝[1]。因5A分子篩對原料氣中的CH4、N2和H2分離效果差，造成前端工藝調整彈性受限、損失增加，導致后段產品質量合格率低、收率低、廢氣量大、生產成本增加。

為此，聚銀公司對多家CO生產企業和PSA設計企業進行詳細考察、調研，并對改造工藝的先進性、投資回報期、生產成本等因素反復論證和對比，結合企業自身特點，決定利用CO專用銅吸附劑對原工藝進行優化改造。

該技術方案具有改造周期短、操作安全穩定、有效組分回收率高、產品氣純度高、產品氣質量穩定等優勢。

2 方案的實施

將原5A分子篩吸附劑更換為CO專用銅吸附劑，并對工藝流程進行相應改造。因CO專用銅吸附劑具有在一定溫度下對CO吸附強且較穩定的特點，同時對CO、CH4、H2和N2分離系數大。故在入口管線增設加熱器提高溫度，并增加5臺真空泵以提高真空度，保證CO完全解析。此外，在出口管線增設冷卻器，同時對PSA時序進行相應優化[2-3]，以實現CO自身置換及吹掃再生，提高吸附劑再生效果和氣體回收利用效果。

2.1 工藝參數

(1)原料氣組分見表1。

(2)控制溫度：60～90 ℃。

(3)壓力：0.5～0.8 MPa。

(4)處理氣量：8 500 m3/h(標態)。

2.2 工藝流程

改造前工藝流程簡圖見圖1，改造后工藝流程簡圖見圖2。

圖1 改造前流程圖

圖2 改造后流程圖

3 實施效果

因CO專用銅吸附劑在670℃左右對CO2、CH4等氣體吸附力小，在吸附過程中就能分離脫除，不影響產品氣純度。前段脫碳工序出口氣體中原CO2體積分數為<0.3%，現可提高至0.6%。在滿負荷工況下，CO和H2體積流量可分別達到1 988 m3/h(標態)和4 200 m3/h(標態)，脫碳回收率>82%，CO回收率>80%，H2回收率>91%，總回收率>80%，產品氣CO和H2質量合格率達100%。

改造后負荷率從60%提高至100%，見表2。

表2 改造前后負荷率對比

CO產品氣質量指標合格率為100%，H2產品氣質量指標合格率為100%。

CO專用銅吸附劑與5A分子篩性能對比，見表3。

表3 CO專用銅吸附劑與5A分子篩對比

4 效益分析

改造后，生產線操作彈性明顯增大，前段脫碳工序回收率大幅提高，在同等產品氣量下，大幅降低了水煤氣消耗，年節約費用為400萬～500萬元[4]；在提高產品質量合格率的同時，大大減少停車損失和水煤氣排放量，既保護了環境又提高了生產效率。

5 創新點

在液態溶劑分離制CO工藝基礎上改為固體分離技術，可避免因深冷法分離和液態溶劑法帶來的設備投資大、占地面積大、操作復雜、生產成本費用高、管道設備腐蝕嚴重、環境污染等缺點。采用國內外廣泛使用的PSA工藝，具有投資少、占地面積小、設備管道布置緊湊、操作強度低、自動化程度高等優點。同時，大幅度提高了產品收率和純度，改變了國內PSA工藝CO收率不足60%的現狀；明顯降低了單位CO的生產成本，提升PSA分離CO裝置的運行效率。

6 結語

改造后，產品氣質量合格率達100%，CO純度>99.2%，CH4含量為0，脫碳凈化氣中CO組分比原先高出4%～5%，CO體積流量平均增加400 m3/h，H2體積流量平均增加150 m3/h，產量、回收率明顯提高，成本明顯下降，工藝運行更加穩定。目前，公司新建一套采用CO專用銅吸附劑提純CO的更大規模PSA裝置，一次投產成功并取得良好效益。