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1、集团内变压吸附脱碳工艺的进展作者：昝锐变压吸附工艺在国内已经有20年的发展历程，由最初的技术水平低下，收率偏低导致推广不利的局面，到逐渐更新技术、提高收率，到宜化集团推出两段法抽真空工艺，改变了因收率低而难以推广的局面，全国各地兴建了大量的变压吸附装置以取代原有工艺。宜化集团本着不断的追求创新的目的，经过艰苦的实验，对变压吸附脱碳工艺进行了革命性的改造，在提高气体回收率和减少动力消耗上取得了长足的进步。PSA装置的设计其实取决于净化气要求的CO2的百分比（V），越高则可在均压设计上加多，以多回收气体，尽量做到放空压力低，气体损失小。一段法因为要求一段PSA装置就将出口CO2控制在0.2%以下，
2、均压次数过多将直接污染吸附器出口，导致难以控制CO2浓度，所以一段法均压次数不宜过多。这样，一段法放空压力高，气体中CO2浓度不高，有效气体成分损失大。在此种情况下，经过大量的实地工作，从理论到实际试验，开发出了两段法，将PSA装置分为第一段和第二段两段独立的装置，在第一段中间气出口控制在78%，可以多设定均压次数以降低逆放压力和提高放空气体中CO2浓度，有效的减少气体损失。第二段将出口CO2控制在0.2%以下，且将第二段放空气体返回到第一段吸附器回收。这样就达到了提高放空气中CO2浓度的问题，相应的减少了有效气体损失。在两段法推出后，在化肥厂得到了广泛的应用。 目前，变压吸附工艺在化肥厂主要
3、用于以下两种用途。一种是脱除变换气中的二氧化碳，生产液氨和联醇，这种方法不回收二氧化碳，而且应用较为普遍，；另一种工艺是用在尿素生产中，除了要将变换气中的二氧化碳脱至0.2%以下外，还必须把二氧化碳提纯到98.5%以上送尿素生产，此种工艺要求比第一种要高，因为在保证有效气体收率下又要提纯二氧化碳，难度相对大一些。但是，不管是哪种脱碳，为提高有效气体收率，就必须提高解吸放空气中的二氧化碳的浓度，减少其中有效气体的含量。所以，前述两种工艺，设计思路上是完全一样的。以下重点简述两段法抽真空工艺和新近开发的去掉动力设备的全吹扫工艺。一、 两段法变压吸附工艺首先，1999年，湖北宜化在尿素生产中采用了变
4、压吸附脱碳工艺，处理气量为60,000Nm3/h，无任何气体返回系统，吨氨电耗在135度左右，氢气收率96%，氮气收率为89%。因为第一次尿素工艺采用变压吸附的方法，本套装置的技术提升空间很大。在湖北宜化克服困难，针对性的对变压吸附工艺优化、调整，在湖北宜化的“813”工程上的处理气量为70,000Nm3/h的尿素脱碳采用了两段法变压吸附工艺。PSA装置分为提纯系统和净化系统。整个工艺流程简述如下，由造气车间送来的半水煤气经过湿法脱硫、加压后进入中低变换系统，变换气组成：CO2 28.7%、CO 0.2%、H 2 50.4%、CH4 1.1%、N2 19.6%。变换气送PSA提纯系统提纯，产品
5、CO2纯度为98.5%，中间气经压缩后去净化系统脱除CO2，使净化气中CO20.2%，净化气加压后去铜洗，然后再加压去氨合成。纯CO2经压缩后去脱硫，再压缩后去尿素生产。该装置自2000年11月23日投运一次成功，2小时后得到合格的氢氮气和二氧化碳气体，生产运行表明：装置采用DCS控制，增强了稳定性，减轻了劳动强度。CO2在压缩二出口被脱除，同等气量下4M20压缩机负荷下降（吨氨节电40kwh），解决了三段PC脱碳中超压问题。净化气中的总硫在吸附床中被脱除，省去了二次脱硫。净化气中CO20.20%，降低了精炼负荷。因在吸附过程中损失约3.5%的氮气，使造气制气效率提高，煤耗约有降低。由传统的湿
6、法脱碳改为干法脱碳后，消除了溶剂损耗，而吸附剂使用寿命长，进一步降低了操作费用。工艺简单 ，开停车方便，设备维修费用低。在本套装置中，无任何气体返回系统，吨氨电耗在98度左右，氢气收率97%，氮气收率为92%。两段法变压吸附尿素脱碳工艺的优势已经体现出来，变压吸附尿素脱碳在低压下(如0.65 MPa)也能很好地将净化气中的二氧化碳控制在0.10.2%(V)以内，操作稳定方便。而湿法脱碳需要在较高压力下(如1.6 MPa)才能将净化气中的二氧化碳控制在0.2%(V)以内，碳丙脱碳则需要在更高压力下(一般2.7 MPa)才能将净化气中的二氧化碳控制在0.2%(V)以内。湿法脱碳需要把变换气中的硫化
7、氢脱到2030 mg/ Nm3以下，而变压吸附尿素脱碳则不需要对变换气进行脱硫，变换气可直接进入变压吸附尿素脱碳装置。变压吸附尿素脱碳不仅简化了流程，而且大大地节省了投资和操作费用。湿法脱碳所用的溶剂对人体有一定的毒性，若操作不慎，将对人体造成伤害。此外，湿法脱碳所用的溶剂对脱碳设备均有不同程度的腐蚀，特别是碳丙、苯菲尔和MDEA等溶剂对脱碳设备的腐蚀较严重，既损失了昂贵的溶剂，又影响了生产。变压吸附尿素脱碳所用的吸附剂对人体没有毒性，对脱碳设备也没有腐蚀性。所有湿法脱碳均有不同程度的损耗，因此而增加的操作费用从几元到十几元不等。变压吸附尿素脱碳所用的吸附剂，其寿命是半永久性的，在实际操作过程
8、中，不会消耗吸附剂，因操作失误使吸附剂失活，可通过加温活化恢复到原来的性能。对湿法脱碳而言，操作一段时间后，溶剂将发生起泡和降解，脱碳效果降低，操作费用增高。变压吸附尿素脱碳所用的吸附剂在正常操作条件下，其性能不会下降，非常稳定。在本工艺中，变压吸附的优势已经一展无余，保证了性能，运行费用大大优于湿法脱碳。二、 无动力设备的全吹扫工艺为了进一步提高有效气体收率以及降低运行成本，我公司技术人员从吸附剂选型、工艺技术、程控阀寿命等方面进行深入细致的开发研究和不断改进，在宜化的几套PSA装置上反复论证，不断实验，开发出了成熟的去掉所有动力设备的变压吸附工艺。本新工艺，在原来的专利技术的两段法变压吸附
9、尿素脱碳工艺基础上，减少了无用气体的排放量，降低了排放气体中有效气体的含量，利用本身气体压变的动能代替真空设备，从而达到了进一步提高有效气体的收率和吨氨消耗相当于原来十分之一的效果。并且，新工艺已经成功运用在了目前世界上最大气量的装置上。集团在贵州宜化120,000Nm3/h变压吸附脱碳装置,是建成的世界上最大的和技术最先进的变压吸附脱碳装置,装置于2006年4月投产，一次开车成功，产品二氧化碳纯度98%。整个装置去掉了所有的动力设备,除仪表和液压泵站外,没有任何电耗,总电耗3度/吨氨醇，PSA尿素脱碳装置工艺简单、操作稳定、能耗低、维修费用低、净化提纯指标好而稳定。 变压吸附尿素脱碳生产控制
10、与消耗指标见下表项 目单 位生产控制和消耗指标备 注处 理 气 量Nm3/h120,000吸 附 压 力MPa1.70-1.80吸 附 温 度40原 料 气 成 分%(V)CO2:27mg/ Nm3总硫200净 化 气 成 分%(V)CO2: 0.20.5ppm总硫: 5.0产品二氧化碳%(V)98装置总 电 耗KWh/ h65油泵、仪表及照明用电循 环 水 消 耗m3/h3氢 气 回 收 率%(V) 99.0氮 气 回 收 率%(V)97一氧化碳回 收 率%(V)96二氧化碳回收率%(V)70本装置的流程在之前工艺的基础上有以下改进：1、 提纯段适当的增加均压次数，人为的降低吸附剂的有效吸附
11、容量，以达到回收净化段更多气体以及保证产品气CO2纯度的目的；2、 提纯段去掉了所有动力设备，完全依靠自身解吸和净化段放空气体过来吹扫解吸，达到了降低动力消耗的目的，实现了重大的技术突破；3、 提纯段在均压的方式进行了调整优化，且取得了良好的效果，使得有效气体回收的更充分；4、 净化段根据净化气要求来设置合理的均压次数，目的是为自身吹扫的气源得到保证以及保证净化气指标；5、 净化段对均压的方式也进行了调整优化，使得有效气体回收的更充分；6、 净化段设置了吹扫这一全新的工序，利用本身的气体对自身进行吹扫解吸，其作用完全代替了动力设备，而且实践证明效果更优于动力设备； 经过以上的改进、优化，开车后
12、本装置运行稳定，气体放空的气量减少，放空气体中的有效气体减少，而且送尿素用的产品气二氧化碳指标稳定，净化气的二氧化碳指标控制灵活。实际运行吨氨电耗3度左右，冷却水每小时1吨左右。合成氨产量与原来的碳丙相比提高2%左右。集团内还有两套装置采用此全吹扫工艺：另外还有多套全吹扫工艺装置正在建设中，其中年产量过16万吨的装置有：1、 乌拉山化肥厂处理变换气96000Nm3/h变压吸附脱碳装置（生产液氨,在建,预计2005年12月底开车），该装置变换压力为2.0MPa，变压吸附第一段和第二段吸附压力均为1.81.9MPa，净化气中二氧化碳含量一般在0.2%（V），氢气回收率大于99.5%（V），氮气回收
13、率大于98%（V）,没有动力设备电耗。总电耗3度/吨氨醇2、 重庆宜化处理变换气120000Nm3/h变压吸附脱碳装置（生产纯碱），该装置变换压力为2.0MPa，变压吸附第一段和第二段吸附压力均为1.81.9MPa，净化气中二氧化碳含量一般在0.2%（V），氢气回收率大于99.5%（V），氮气回收率大于98%（V）,没有动力设备电耗，总电耗3度/吨氨醇。在近几年不断的技术创新中，集团采用的两段法变压吸附专利技术在新工程项目普遍应用，与传统的NHD法、改良碳丙法(PC法)、改良MDEA法及改良热钾碱法等相比，具有流程简单、工艺操作简便、弹性大、运行费用低、自动化程度高等优点。若用两段法变压吸附专利技术取代正在运行的上述湿法脱碳装置，不到两年的时间内，即可收回全部投资，随着能源的紧张，两段法变压吸附专利技术节电和节煤的优势更趋明显。1
