变压吸附提氢工艺在煤气合成气中的合理利用

学工程与装备2010年第10期Chenical Engineering Equipment2010年10月变压吸附提氢工艺在煤气合成气中的合理利用朱从军(新疆天业(集团)化工研究院,新疆石河子832000摘要:介绍了新疆天业利用变压吸附装置从煤气合成气中提取氢气的工艺流程布置;及其关键设备选择关键词:变压吸附(PSA);提氢装置;流程;布置;安全随右循环经济理念的不断深入,通过清洁生产新工艺、气合成气中杂质组分的优先吸附,从而使氢气得到提纯,利新技术的不断开发和应用,使化工行业不断走上可持续发展用吸附剂的第二个性质,可实现吸附剂在低温高压下吸附道路,实现发展与资源、环境的统一,已成为当今社会工而在向温、低压下解吸再生,从而构成吸附剂的吸附与再生业发展的必然趋势。变压吸附气体分离与提纯技术已经成为循环,达到连续分出提纯氢气的日的当代化T独树一帜的生产工艺和探作单元,而只随着变吸2吸附剂的特性附技术臼身的不斯完普,它在化工行业的不可或缺性已纶愈T艺吸附剂首先费求有较大的静活性,即在一定温度及愈烈,吸附物质在蒸汽混合物中的浓度也一定的情况下,单位体斯疆天业(集团)有限公司仵为新霸兵团所属的大型国积(重量)的吸附剂在达到平衡时所能吸附物质的最大量有企业,依托新辆丰富的煤、盐、石灰仁等资源优势,实施其次工业吸附剂还必须对不同溶质具有选择性的吸附作用优势资源转化战略,日前,已只备年产10万吨电石乙炔法变肚吸附制氢所选用的吸附剂都足具有较大比表面的固体聚氯乙烯、90万吨离子腴烧碱装置及配套的白备电厂、电颗拉石厂和电石渣制水泥装置,足国内生产能力最大的电石法聚因所选用的吸附剂具有吸附杂质组分的能力远强于吸氣乙烯生产企业。公作为国内第一批循环经济试点单位,附氢气能力的特性,因此可以将混合气体中的氢气提纯,吸始终坚持以循环经济的理念发展煤电化一体化产业清洁生附剂对各种气体的吸附性能,主要是通过测定的吸附等温线产的新T艺、新技术得到了充分的开发和应用,并在行业内来评定的优良的吸附性能和较大的吸附容量足实现吸附分推广应用,在天业集团,变压吸附分离技术主要应用于空分离的基本条件。此外,在吸附过程中,由于吸附床压力是不制氮、精馏尾气的回收、天然气制氢精制、富氢裂解气氢气断变化的,因而吸附还应有足够的强度和抗磨性提浓等等本装置吸附塔内填充的吸附剂有活性氧化铝、硅胶、1从煤气合成气中利用变压吸附提氢的原理活性炭与分子筛吸附按性质不同可分为两大类,即化学吸附和物理吸(1)活性氧化铝属于对水有强亲和力的固体,一般采附,变压吸附从本质上来说属于物理吸附。其特点是:吸附用三合水铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备主要用于过程中没有化学反应,吸附过程进行的很快,参与吸附的各气体干燥种物质间动态平衡在瞬间即可完成,并且非常重要的一点(2)硅胶类吸附剂属于属于一种合成的无定性SiO2是:这种吸附理论上说是完全可逆的它是由硅酸钠溶液和无机酸经胶凝、洗涤、干燥及烘焙而成由煤气化路线产生的合成气,往往由数十种气体组成硅胶不仅对水有强的亲和力而且对烃类和二氧化碳等组分详见表1),成分复杂,选择合理的分离工艺,对企业长也有较强的吸附能力的正常生产运行至关重要。之所以选择变压吸附提氢工中国煤化工表面所具有的氧化物艺,主要是因为吸附剂在整个物理吸附过程中所具有的两个基团CNMH〔弱极性或无极性,加性质,(1)对合成气中各个组分的吸附能力不同:(2)吸附上活性炭所具有的特别大的内表面积,使得活性炭成为一种质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加,随吸能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的广谱耐水型吸附温度上升而下降。利用吸附剂的第一个性质,可实现对煤附剂,朱从军:变压吸附提氡T艺在煤气合成气中的合理利用(4)沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素的结晶态煤气中的粉尘、硫、磷、焦油、蒸汽、水等介质在前段工序偏硅铝酸盐,属于强极性吸附剂,有着非常一致的孔径结构已经清除,从而保证进入变压吸附工段的原料气对设备、管和极强的吸附选择性。对于煤化工产生的复杂气源而言,道、吸附剂等无任何负作用,从根本上保证变压吸附流程的实际应用中往往需要多种吸附剂,按吸附性能依次分层装填整体完善组成复合吸附床,才能达到分离所需产品组分的目的。煤气该变压吸附装置工艺主流程为6-22N,即6个吸附塔合成气提取氢气的吸附塔内部吸附剂分层布置详见图1,吸任意时刻都有2个吸附塔同时进料2次均压抽空解吸再生工附剂对不同介质的吸附能力强弱详见图2艺,每个吸附塔在一次循环中需要经历吸附(A、压力均衡3工艺流程布置1降(EID)、压力均衡2降(E2D、逆向放压(D)、抽空(V)随着煤化工的蓬勃发展,煤气合成气的利用己经渗入化压力均衡R、压力均衡1升EIR)及最终升压(FR)工生产的各个领域,这种合成气由煤气化面来,组分极其复等15个步骤(详见表2),6个吸附塔在执行程序的时序上杂,利用变压吸附提取氢气,必须更严格地控制原料气的质相互错开,以保证原料的连续输入和产品的连续输出。其流量、合理地设计变压吸附流程、优化吸附剂的选择和布置等。程的简易布置图如图3所示:表1:煤气合成气的气体组分★氢气氧化碳二氧化碳★甲CH.乙烷CE≤0.2★乙8-10★乙炻≤2≤0.1CsH≤0.1ELCCECH丙快(甲基乙炔)(c豆)≤0.2丁烯≤0.1CHJ腴≤0.2丁二快CH丁二烯-≤0.1异丁烯表2吸附塔吸附、解吸工作步骤(1),(2)(3)(4)((6)7)IS.ElD. E2DD1I吸附丬隔离。一均降三均降『逆放1逆放2隔离抽空※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※9),(10)(11)(1)中国煤化工VP1E2R-ISCNMHG反冲·抽空二均升|隔离|一均升|隔离-|终充朱从军:变F吸附提氢工艺在煤气合成气中的合理利用气出口气,气于.可际活性,二息附素(无!烈也物看7,二置率辜塔鬆,只六,,二氧化誤E.E5=9“下2--于质叹改能于示意区二不里j填气会歌气受职氢气的泛程卖E4设备、仪表的选型泵选用WLW系列为无油(耐腐)立式往复真空泵,电机功41压缩机和真空泵中国煤化工除提供真空,根据解压缩机根据工况选用螺杆机或活塞机,富氢裂解气氢气吸HCNMHG在运行过程中吸附提浓装置压缩机选用DW型卧式压缩机,电机功率250KW.剂不时去m,为J阴吸刚刑灰尘进入真空泵,在根据实际流量大小采用AC-32系列变频器变频调节,压缩其进口安装有PFCⅢ型不锈钢过滤器。压缩机和真空泵均机出口压力稳定在052~06Mpa,提供吸附所需力,真空内置缸套冷却水系统,曲轴润滑油系统,活塞环氮气密封系朱从军:变压吸附提氮工芝在煤气合成气中的合理利用统,保证设备安全稳定运行5结束语42吸附塔随蒈石油资源的日益紧缺、天然气资源的严重分布不吸附塔属于二类压力容器,经专门试验按交变压力要均,当代化工从某种程度上来说已经步入了煤化工时代,以求设计,整体经过热处理,在吸附塔底部设有气流分布器,煤为原料生产合成气继而深层次开发大宗下游化工产品的在吸附剂前要进塔检査塔内的丝网,压环压条等,吸附塔内格局已经大势所趋,煤气合成气利用变压吸附装置提浓氢气均人工装填不同高度的吸附剂,吸附剂装填紧密,防止在运运行稳定、能耗低、自动化程度高、操作灵活简单、操作人行中上下和径向运动,造成吸附剂磨损粉化员少,其工艺技术先进,使化工生产相对独立的单元紧密相4.3程控阀连,达到了节能降耗、挖潜增效的目的。随着变压吸附工艺程控阀是变压吸附运行的关键,由设计厂家专门定做,的日益发展与完善,相信其在煤化工领域将发挥越来越重要型号 KYZJA-40C,配套 AIRTAC电磁阀和德国P+F公司生的作用产的阀门专用传感器,程控阀阀芯和阀门密封件做特殊处理,可开关100万次以上无泄露参考文献44 SIEMENS可编程(PLC)控制系统控制系统采用先进的德国 SIEMENS-S7-300中PLC控]朱建华,变压吸附技术用于制氢.上海煤气,2004制系统系统的编程和组态用 SIEMENS公司提供的wnCC(3):1721现场配备1台工程师站兼操作员站2]周云辉,刘新,栗莲芳.变压吸附技术在焦炉煤气制氢4.5分析检测系统中的应用.2007:(10):35-37产品氡气含量在线分析选用重庆川仪九厂生产的隔煤[3]张建伟.变压吸附原理在工业制氡中的应用.制冷技术型氢分析仪测量范围95~100%,防煤等级 DIICT6·离线2001:(3);41-4检测采用气相色谱仪。上接第73页)高压系统泄压完毕,通过此种操作,会使绝大部分气相NH16解决问题的方案被回收成为碳铵液,在很大程度上降低氨的直接放空量和放如果在现有条件的基础上,再增加一个容积为400-1000M3碳铵液槽将会使问题迎刃而解:同时还可以作为事故排放缓冲槽使用。如图(1)系统排放泄压过程中或在事故状态以及根据工况需要临时性的排放,还有时当蒸发系统和工艺冷凝液处理系统出现异常不能运转时,如果引起FA401、FA01、FA50AP501液位过高时,可通过流程图所示管线将介质转入该槽,系统正常运行后再根据需要返回各系统,这将使系统应对各种正常或突发性的化工介质排放的能力极大提高既可以加大放空气相的吸收,又可以防止其它储槽介质溢流:还可以为后系统的临时性检修创造检修时间,避免全系统停车7结语可题5存在问尿素生产及开停车过程中,含氨气相放空污染面广,社FA401设计容积为400M,在以往每次系统停车排放会彬响比较敏感,通过采取上述措施将会在很大程度上减少时,加上设备和管道冲洗置换的工艺介质,都会向FA401NH3排入至少50%的液位,如果采用第4项所述的方法进行高压来YH中国煤化工能通过气相的问收CNMHG带来较好的社会效系统泄压,势必导致LA404液位涨得史高甚满液,就可能益造成新的污染,在实际运行中,FA401已经尤法承受知期内的连续停车排放,所幸日前为止尚未造成溢流污染事故