合成氨变压吸附工艺优化(原文)[五篇材料]

第一篇：合成氨变压吸附工艺优化(原文)

LUOYANG NORMAL UNIVERSITY

XXXX届本科毕业论文(设计)

合成氨变压吸附工艺优化

院（系）名称

化学化工学院（全名）

专业名称 学生姓名 学号 指导教师 完成时间

XXX 职称 XXXX年XX月

合成氨变压吸附工艺优化

摘要：由于变压吸附技术在化工领域生产中的众多优势，使用变压吸附技术在合成氨的大量生产中渐渐得到了广泛的应用，本篇论文在分析了变压吸附技术的基本原理和目前常用的变压吸附脱碳技术的基础上，从工艺角度对变压吸附工艺进行了优化设计，对于变压吸附技术的进一步推广和优化应用有一定的借鉴意义。

关键词：合成氨；变压吸附；优化

Optimization of Synthetic Ammonia PSA Process Abstract：Because of the many advantages of PSA technology in chemical industry production, implementation of decarburization in ammonia production has gradually been widely used pressure swing adsorption technology, based on the analysis of the basic principle of pressure swing adsorption technology and commonly used PSA technology, optimize the design of pressure swing adsorption process from the process point of view, have certain reference significance for the further promotion and application of optimization of pressure swing adsorption technology.Key words: ammonia synthesis;PSA;optimization

目录 前言.............................................................1 2 合成氨变压吸附概要...............................................2 2.1 合成氨变压吸附技术原理......................................2 2.2 合成氨变压吸附工艺的优势....................................4 2.3 合成氨变压吸附的前景.......................................4 3 合成氨变压吸附工艺的优化.........................................5 3.1 产品纯度的调整.............................................5 3.2 装置参数的调节.............................................6 3.2.1 调整吸附时间..........................................6 3.2.2 产品气升压控制........................................6 3.2.3 粗脱碳系统与净化系统吸附时间的协调控制.................7 3.3 装置工艺的优化.............................................8 结语................................................................9 参考文献...........................................................10 致谢...............................................................12 前言

合成氨工业是氮肥工业的基础，在国民经济中占有重要的地位。由于氨的生产过程有很大的能源消耗，因此节能技术和新型制氨工艺的研究和开发一直是世界上极为关注的重点课题，毫无疑问，在节能技术的推动下，合成氨工业在不断向前发展。

合成氨工艺的原料气仅氢气和氮气。合成氨是以氢气和氮气在3：1的条件下，在高温高压条件下，通过催化剂反应生成氨的化学过程，其反应过程是一个体积缩小的过程。氮气来源于空气，取之不尽、用之不竭，只需要提纯净化即可，而氢气则是最主要的研究对象。制氢技术、氢资源的净化和供应所需采用的工艺方法，这些都是合成氨工业需要逐步解决并及时改进的重大课题。氢气与氮气相反，无法直接从自然界中获得。氢元素主要存在于大量的碳氢化合物和水中，只有通过不同的化学方法把碳氢化合物或水中的氢元素释放出来，生成含氢气的混合气体，然后再通过其它生产手段从含氢混合气体中提纯出氢气，进而为合成氨提供氢原料气，而成熟可靠的变压吸附技术就可以实现从混合气体中提纯得到氢气。[1]

通过变压吸附技术制得的氢气纯度能够超过99.99%，一氧化碳与二氧化碳的总体积不超过1×10-5，空气中提取的高纯度氮气与高纯度氢气配气后就可以进行氨合成环节，整个合成过程中，几乎没有惰性气体的存在，因此能够大大节约用于惰性气体循环的压缩功。利用变压吸附技术进行氨的合成可以最大限度的降低驰放气，进而大大节约压缩功能量。[2]

此外，在合成氨的变换气中约含有18%至30%的二氧化碳，这部分二氧化碳在到达氨合成反应工序以前，必须要全部清除掉。采用哪种工艺路线来实现变换气脱碳会直接影响到氨的产量，由此可见脱碳在整个工艺中占有重要地位。而目前常用的脱碳技术为变压吸附脱碳。[3]

变压吸附脱碳要实现连续分离的效果必须要有两个或多个吸附塔，让其更替操作，并且一定要有一个吸附塔处于吸附阶段，而别的吸附塔处于解吸再生的各个阶段。每一[1][2][3] 李俊成，肖隆斌.变压吸附提纯二氧化碳技术应用[J].大氮肥，2007，01：19-21.王波.几种脱碳方法的分析比较[J].化肥设计，2007，02：34-37.毛薛刚，张玉迅，周洪富，管建平.变压吸附技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2007，05：39-43.次循环，吸附塔都会一一经过吸附、压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最后升压等步骤。[4]在变压吸附时，由于吸附压力的作用，气体会经过含有吸附剂的吸附床层，因为吸附剂可以强力吸附二氧化碳、水以及硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则被排出。但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分氢气、氮气以及一氧化碳等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。[5]对于截留在吸附剂上的二氧化碳，我们可以采用逆向放压和抽真空的方法将其解离下来，进而实现吸附剂的循环使用。在完成抽真空之后，将少量吸附出口净化气以及均压过程的降压气用于吸附塔的升压，直到达到吸附压力后方可进行重复的吸附分离步骤[6] 合成氨变压吸附概要

变压吸附技术，也简称变压吸附，是当前的一项高新技术，用于对气体混合物进行分离提纯，其主要原理在于吸附剂的选择性以及吸附容量对压力的关系，通过多个吸附塔达到间歇过程连续化的目的。

变压吸附属于物理吸附，依靠的是吸附剂与被分离物质间的分子作用力而进行选择性吸附，其主要特点为：吸附过程中不会发生化学反应，并且具有可逆性。变压吸附能够对混合气体进行分离提纯的原因在于：第一、吸附剂对不同物质的吸附力有所不同；第二、吸附容量与压力呈正相关，与温度呈负相关。利用吸附剂的第一个特性，可以实现对不同吸附力强度的组分的分离；而第二个性质可以用于对吸附剂的再生，实现循环使用，不间断吸附分离的目的。2.1 合成氨变压吸附技术原理

合成氨的变换气中的主要成分为H2、N2、CH4、CO、CO2等，同时还有少量杂质，如H2O、硫化物等。吸附剂对于这些组分的吸附能力大小依次是H2O、硫化物>CO2>CH4>CO>N2>H2。在变压吸附过程中，为了让CO2达到较好的吸附效果，要[4] 殷文华，罗英奇，吴巍，伍毅，曾凡华，李克兵，郜豫川.变压吸附技术在合成氨行业的应用和发展[J].低温与特气，2015，01：45-49.[5][6]尤彪.型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景[J].中氮肥，2008，02：5-9.黄立新.变压吸附技术在合成氨中的工艺研究及其优化设计[J].江西化工,2008,03:188-191.选择高选择性的专用吸附剂。在变换气经过吸附剂时，二氧化碳、水、硫化物及部分CH4由于具有较强的吸附作用而被拦截，别的组分由于吸附力较弱则能够顺利通过，由此实现分离的效果；随后再利用吸附剂的吸附能力随压力变化的特点，选择合适的压力对气体再进行分离，也可以实现吸附剂的循环使用，通常情况下利用逆向防压与抽真空的方法便可实现吸附剂的再生，且都在室温下进行。[7]

为了实现连续分离的效果，变压吸附脱碳必须要具备两个及其以上的吸附塔交替运行，要保证始终有一个吸附塔在选择吸附阶段，而其余的塔则处在解吸再生的各个阶段。每一次循环，各个吸附塔都会经过吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽真空等步骤。[8]在变压吸附时，由于存在吸附压力，原料气在经过带有吸附剂的吸附床层时，因为吸附剂可以强烈吸附CO2、H2O、硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则作为脱碳净化气被排出。[9]但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分H2、N2、CO等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。随后，我们可以利用逆向放压与抽真空的技术将吸附剂上的CO2解吸附，让吸附剂再生。抽真空以后，可以通过均压中的降压气以及净化气来逐渐升压，直到吸附塔的压力达到吸附压力后，便可进行重复进行下一次分离。

变压吸附中较为常见的吸附剂主要有氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛等。氧化铝为固体，有较强的亲水性，通常用来对气体进行脱水处理。硅胶类吸附剂为合成的无定形的二氧化硅，是Na2SiO3·9H2O与无机酸通过胶凝、洗涤、干燥等步骤制作而成的，其不但具有较强的亲水性，并且对于烷烃以及二氧化碳等成分也具有良好的吸附力。活性炭作为一类广谱耐水的吸附剂，因其表面具有氧化物基团和无机物杂质，因而活性炭极性很小，再加之其较大的内表面积，因此对于弱极性以及非极性分子都具有很好的吸附力。沸石分子筛吸附剂是一种强极性的吸附剂，其含有碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，孔径均匀，选择性很强。如果气源的构成复杂，那么通常会将多种吸附剂联合使用，按[7][8][9] 汤霞槐.变压吸附提氢技术在合成氨弛放气氢回收装置的应用[J].化肥设计，2009，02：37-39+42.汪寿建.变压吸附在合成氨原料气净化中的应用[J].化工设计通讯，2011，02：34-38.洪鉴.80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造[J].小氮肥，2011，08：9-13.照其性质差别对吸附床进行分层填装，进而实现高效分离的效果。[10] 2.2 合成氨变压吸附工艺的优势

1.耗能少。变压吸附工艺能够运行的压力范围很大，因此对压力没有过高的要求和限制。如果气源自身有压力，那么就可以节省再次加压的消耗，并且变压吸附不需要特殊的温度，因此不用加热或者冷却。

2.工艺步骤简单。不需要繁琐的步骤便可以将多种气体分离开来，并且对水、硫化物以及烃类等杂质耐受力较强，不需要经过繁琐的前期处理。

3.装备可灵活调节，操作弹性大。只要稍微调整设备就能够使生产负荷发生变化，并且负荷条件不同时也可以保证产品质量相同，仅回收率可能会发生变化。对于杂质含量与压力等条件，变压吸附装置没有很多的限制，可调节性很大。

4.吸附剂耐用，如果按照正常流程操作，一般情况下，吸附剂的寿命可高达十几年。5.绿色环保。如果不考虑原料气性质的话，那么变压吸附设备的操作是没有污染的，对环境十分友好。

6.操作步骤简单便捷，可节约气体压缩功的附加耗能。2.3 合成氨变压吸附的前景

上个世纪时，吸附分离是化工操作的一部分，被用作辅助工艺，仅仅应用于工业气体的干燥脱水以及除去极少量的二氧化碳。但是随着工艺技术的发展，变压吸附技术得到了很大的改善，现已变成一种快捷高效的气体分离方法，被应用在众多领域上，是深冷法之后的又一突破分离工艺。在上个世纪80年代，变压吸附制氢被成功应用于工业当中，因为其耗能少、操作简单、制得的产品纯度高等优点，自那以后在我国迅速推广开来，迄今为止，我国已有的以及正在建设的变压吸附设备累计超过一千套。

在应用领域上，随着变压吸附技术的日渐成熟，目前已得到了较大的肯定，就当前情况而言，变压吸附技术主要在以下领域有所应用：（1）从富含氢气的气体中将氢气提纯分离出来；（2）从含有CO2的气体中分离纯化并得到食品级的CO2；（3）从富含CO的气体中收集CO；（4）在合成氨的过程中进行脱碳；（5）纯化天然气；（6）从空气中制取氧气以及氮气；（7）从瓦斯气中提取甲烷；（8）对乙烯进行纯化与提取；（9）对多 姜宏，谯中惠，郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2005，06：28-31.[10]

种气体进行干燥脱水（10）对工业上的废气进行处理等。由此可见，变压吸附技术已被广泛应用到各行各业中。合成氨变压吸附工艺的优化

3.1 产品纯度的调整

利于提高产品氢纯度。吸附循环周期和原料气处理量不变，均压次数过多，均压过程的压力降则越大，被吸附的杂质也会越容易穿透进入下一吸附塔，并留在吸附剂床层顶部被吸附，导致该塔在转入下一次吸附时杂质较容易被氢气带出，降低产品氢纯度。此外，变压吸附变压吸附工艺具有产品纯度范围宽、且易于调整的特点。在工艺参数及气体工艺条件都不变的条件下，纯度受原料气流量变化的影响很大，原料气流量越小，在每一循环周期内进入吸附塔的杂质越少，杂质也就越难以穿透，进而产品氢纯度越高；反之，原料气流量增多，则不设备随着使用时间的增加，如果对程控阀维护不当，造成程控阀动作变慢，同样会严重影响氢气的回收率和纯度。产品气从吸附塔出来后可直接进入产品气缓冲罐，取消减压阀和压力调节阀。原设计的产品气管线上引出了1条压力平衡管线，旨在为6次均升后的吸附塔补充压力，但在产品气缓冲罐前设置减压阀和压力调节阀，势必造成运行中的吸附塔的压力波动，反而不利于吸附塔的平稳运行。因此取消该减压阀和压力调节阀，将产品气缓冲罐的操作压力提高到与系统操作压力一致，这样产品气缓冲罐直接调节均压后管道和设备的压力波动，会有益于吸附塔的稳定生产。[11]

由于产品纯度与产品回收率是成反比关系的，即：在原料气条件不变和解吸压力一定的情况下，产品纯度越高，氢气回收率越低。[12]因而，要保证装置运行于最佳状态，就必须将产品纯度控制在既能满足生产需要，又尽可能低的范围内。修改吸附时间和修改“操作系数”，延长吸附时间、增大“操作系数”，则可以提高产品回收率；缩短吸附时间、减小“操作系数”，则可以提高产品纯度。

Sorption of Carbon Dioxide from Wet Gases by K2CO3-in-Porous Matrix: Influence of the Matrix Nature[J].A.G.[11]Okunev,V.E.Sharonov,Yu.I.Aristov,V.N.Parmon.Reaction Kinetics and Catalysis Letters.2000(2)[12] R and D Note: Separation of a Nitrogen-Carbon Dioxide Mixture by Rapid Pressure Swing Adsorption[J].Zhixiong Zhang,Jianyu Guan,Zhenhua Ye.Adsorption.1998(2)

3.2 装置参数的调节 3.2.1调整吸附时间

依据原料气量的变化和产品纯度的变化自动地计算出最佳吸附循环时间，优化装置的运行状况，使装置在保证产品质量的前提下，还可以自动地获得最高的产品回收率、获得最佳的经济运行效益。

因吸附剂吸附能力一定，按照一般情况来说，循环时间×气量=定值，当系统气量增大时，必须通过减少循环时间来控制出口指标，反之亦然。

气体混合物的流量、组成和循环时间三者之间密切联系。要求获得一定纯度的CO产品气，当气体混合物的流量增大时，需要缩短循环时间；当气体混合物的流量减小时，则需相应增加循环时间。在生产过程中，调节CO纯度、循环时间和气体混合物流量时，必须满足下列条件：[13]

实际吸附时间≦同时处于吸附状态塔数实际吸附压力额定压力4.5

当装置的处理量改变之后（或原料气组成改变后），将有可能影响产品的纯度，这时可调“操作系数”以调整吸附时间，使产品纯度重新运行于最佳范围。由于调整吸附时间后，产品纯度不会马上有所变化，而是有一个滞后期，故在工况变化时，必须提前逐步做好相应调节。

补充氮气可通过增加造气工段吹风气的回收时间来实现。由于变压吸附脱碳工序装置的氮气损失相对来说要大些，因而工厂可以通过延长造气工段吹风气的回收时间来回收一些氮气弥补损失，使净化气中氢氮比产量达标。与总气量相比，所增加的气体量并不多，以2万t/a合成氨能力的厂为例，生产的半水煤气大约13000m3/h（标态），增加的氮气不到总气量的1%，设备负荷就可以承受。补充氮气的既定原则是：a.氢氮比符合要求；b.加氮气量按PSA装置来说，每处理4800m3/h（标态），变换气增加90m3/h（标态）左右；c.在吹风气补充氮气的过程中，要选择好吹风气回收的时间，最好少带入CO2，应根据各厂的生产操作条件来选择好吹风气回收的时间[14]。3.2.2 产品气升压控制

[13][14]郑黎,周丽莉.变压吸附气体分离技术应用及展望[J].河南化工,2010,(16):4-6.汤士勇.变压吸附脱碳对甲烷、硫化氢等有害气体脱除的探讨[J].小氮肥设计技术,2005,06:33-35.产品气升压调节阀随PID调节来实现对产品气升压的速度的控制，升压调节阀的设定值可由计算机自动计算产生，无需操作工进行手动修改，需要调节的只是升压调节阀的最小、最大开度和PID参数。设置开度大不和PID参数时应使最终升压力在切换时基本上达到符合要求的吸附压力，与吸附压力之差不得高于0.05MPa。[15]

需保持高压机的压力平衡。变压吸附脱碳装置起着1个“碳化工段”的脱碳作用，变换气通常是由高压机三段出口送来，经过脱碳后的净化气返回高压机的四段入口。[16]众所周知，目前合成氨工业用高压机是按一、二、三段压缩变换气和四段之后压缩净化气来设计的，四段之后的压力分配和气缸设计，通常是按变换气中仅脱掉CO2而没有考虑其它气体损失的情况来制定。当变压吸附脱碳装置开始运行以后，在把CO2脱掉的同时，CH4、CO、H2S等有害杂质也会被大部分脱掉，另外也会损耗一部分H2、N2[17]。后两种因素的结果会引起高压机的四段入口压力偏低，如果在压缩机一段入口通过罗茨鼓风机加压来减小高压段的影响，也较容易引起一、二、三段超压。针对不改变高压机而又有气体损失的气缸，能让高压机满负荷压力平衡运行的办法之一是增加1台小型煤气压缩机补偿气体损失，三段出口压力与排气压力接近即可，这样的配置相当于增加了一、二、三段的打气能力，在变压吸附脱碳装置上再损耗一些气体，正好可以满足四段入口的压力要求，由此就可以解决高压机各段压力不平衡的问题，使高压机能满负荷运行，从而保证了高压机各段之间气体损失的减小，同时高压机各段气体之间的压力平衡也有利于气体回收工艺和脱碳工艺的彻底进行。[18] 3.2.3 粗脱碳系统与净化系统吸附时间的协调控制

净化系统逆放气的氢气含量约为23%左右，供给粗脱碳系统初步升压回收利用。如果净化系统与粗脱碳系统吸附时间控制不协调，致使粗脱碳系统无法完全有效地回收净化系统逆放气，净化系统逆放气因压力高被迫放空以维持净化系统彻底再生，这样将大大降低氢气回收率。一般来说，适宜适当加长净化系统吸附时间，以此减少净化系统逆 李博，韩大明，薛东旭.膜分离与变压吸附技术在甲醇和合成氨生产中的应用[J].广州化工，2012，23：132-133.唐莉，王宇飞，李忠.变压吸附脱除并回收合成氨变换气中CO2[J].中氮肥，2000，05：23-24+26.王春燕,杨莉娜,王念榕,丁建宇,王天明,黄秀杰.变压吸附技术在天然气脱除CO2上的应用探讨[J].石油规划设[15][16][17]计,2013,01:52-55.[18]马迎丽，张凡军.变压吸附脱碳在合成氨生产中应用的讨论[J].氮肥技术，2010，01：31+45.放气的解吸量，可适当缩短粗脱碳系统的吸附时间，增加其循环次数，以利用更多的净化系统逆放气量。3.3 装置工艺的优化

近几年，我国为数众多的以生产碳铵为主的中小型合成氨厂由于生产工艺落后、产品成本高、能耗高等原因，已濒临停产，根据市场需要来改单一产品为多元产品、降低产品生产成本、降低能耗已经迫在眉睫。变换气脱碳工段是合成氨生产中能耗高的工段之一，因此要降低合成氨能耗，选择低能耗的变换气脱碳工艺至关重要。[19]合成氨原料气净化的一个重要工序是变换气脱碳，我国许多中小氮肥企业目前采用的均为碳化工艺，即将合成的氨几乎全部返回碳化工序用于脱除变换气中的CO2，同时得到大量碳酸氢铵。[20]

由于碳铵价格受季节、进口化肥等因素的影响会有很大波动，而碳铵生产成本较高，因此以碳氨为主要产品的这些企业大多数都处于举步维艰的状态，由此我们也了解到由碳铵改产尿素是一条新的出路。在已成功开发的变换气脱碳工艺技术和变压吸附提纯CO2技术的基础上，经过研究最终开发出了从合成氨变换气中同时制取双高产品的新工艺，即采用变压吸附装置，用变换气直接制取能用于合成尿素的纯CO2气体和能用于生产合成氨的氢氮气两种产品。该工艺的成功开发，使变压吸附技术成为合成氨厂碳铵改产尿素的经济、有效的方法。该装置所生产多余的纯CO2气体还可直接精制，从而得到工业液体CO2和食品级CO2外售，进一步提高经济效益。[21]

装置的技术指标如下：（1）原料气：合成氨变换气

适用压力：0.7—2.5MPa适用温度：≤400C H2S含量要求：≤500mg/m3 H20：饱和（2）产品一：氢氮混合气

氢气回收率：≥96% 氢氮比：2.8--3.3 氢氮气中CO2含量：≤0.3% [19][20][21] 黄家鹄,王斌,雍思吴,穆春雷.热钾碱法与变压吸附法脱碳工艺比较[J].氮肥技术,2015,(05):10-12+20.于干.化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO_2的实验研究[D].浙江工业大学,2013.何景连.合成氨分离方法的比较及其吸附分离的初步研究[D].四川大学,2005.输出压力：低于原料气压力0.05MPa（3）产品二：纯二氧化碳气

CO2：含量：≥98 %

CO2：提取率：≥75 % 输出压力：常压

结语

总之，变压吸附技术具有流程简单、能耗低、装置自动化程度高、产品气纯度高、操作简单等优点，且在合成氨企业已得到广泛的应用，随着社会的发展和企业技术的进步，变压吸附技术必将会有越来越重要的作用。

参考文献

[1] 李俊成，肖隆斌.变压吸附提纯二氧化碳技术应用[J].大氮肥，2007，01：19-21.[2] 王波.几种脱碳方法的分析比较[J].化肥设计，2007，02：34-37.[3] 毛薛刚，张玉迅，周洪富，管建平.变压吸附技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2007，05：39-43.[4] 殷文华，罗英奇，吴巍，伍毅，曾凡华，李克兵，郜豫川.变压吸附技术在合成氨行业的应用和发展[J].低温与特气，2015，01：45-49.[5] 尤彪.型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景[J].中氮肥，2008，02：5-9.[6] 黄立新.变压吸附技术在合成氨中的工艺研究及其优化设计[J].江西化工，2008，03：188-191.[7] 汤霞槐.变压吸附提氢技术在合成氨弛放气氢回收装置的应用[J].化肥设计，2009，02：37-39+42.[8] 汪寿建.变压吸附在合成氨原料气净化中的应用[J].化工设计通讯，2011，02：34-38.[9] 洪鉴.80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造[J].小氮肥，2011，08：9-13.[10] 姜宏，谯中惠，郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2005，06：28-31.[11] Sorption of Carbon Dioxide from Wet Gases by K2CO3-in-Porous Matrix: Influence of the Matrix Nature[J].A.G.Okunev,V.E.Sharonov,Yu.I.Aristov,V.N.Parmon.Reaction Kinetics and Catalysis Letters.2000(2 [12] R and D Note: Separation of a Nitrogen-Carbon Dioxide Mixture by Rapid Pressure Swing Adsorption[J].Zhixiong Zhang,Jianyu Guan,Zhenhua Ye.Adsorption.1998(2)[13] 郑黎,周丽莉.变压吸附气体分离技术应用及展望[J].河南化工,2010,(16):4-6.[14] 汤士勇.变压吸附脱碳对甲烷、硫化氢等有害气体脱除的探讨[J].小氮肥设计技术，2005，06：33-35.[15] 李博，韩大明，薛东旭.膜分离与变压吸附技术在甲醇和合成氨生产中的应用[J].广州化工，2012，23：132-133.[16] 唐莉，王宇飞，李忠.变压吸附脱除并回收合成氨变换气中CO2[J].中氮肥，2000，05：23-24+26.[17] 王春燕，杨莉娜，王念榕，丁建宇，王天明，黄秀杰.变压吸附技术在天然气脱除CO2上的应用探讨[J].石油规划设计，2013，01：52-55.[18] Separation of Bulk Carbon Dioxide-Hydrogen Mixtures by Selective Surface Flow Membrane[J].M.Paranjape,P.F.Clarke,B.B.Pruden,D.J.Parrillo,C.Thaeron,S.Sircar.Adsorption.1998(3)

[19] 马迎丽，张凡军.变压吸附脱碳在合成氨生产中应用的讨论[J].氮肥技术，2010，01：31+45.[20] 黄家鹄,王斌,雍思吴,穆春雷.热钾碱法与变压吸附法脱碳工艺比较[J].氮肥技术,2015,(05):10-12+20.[21] 何景连.合成氨分离方法的比较及其吸附分离的初步研究[D].四川大学,2005.[22] 于干.化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO_2的实验研究[D].浙江工业大学,2013.[23] 杨军红,肖红玲,李小倍.变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行[J].大氮肥,2013,(02):115-117.[24] 强艳波.变压吸附（PSA）分离净化煤气提纯一氧化碳的工艺过程分析与优化[D].华东理工大学,2011.[25] 李耀刚.变压吸附脱碳工艺的发展及优化[J].中氮肥,2010,(01):45-47.[26] 徐冬,张军,翟玉春,刘丽影,李刚.变压吸附分离工业废气中二氧化碳的研究进展[J].化工进展,2010,(01):150-156+162.[27] 李耀刚.变压吸附提氢工艺的优化[J].化肥设计,2009,(03):36-38.[28] 李刚,母荣新,范培水.优化变压吸附脱碳工艺减少有效气体损耗[J].小氮肥,2005,(06):8-10.[29] 王祥云.合成氨气体净化技术进展(下)——脱碳技术的进展[J].化肥工业,2005,(02):19-28+37.[30] 陈道远.变压吸附法脱除二氧化碳的研究[D].南京工业大学,2003.[31] 宋伟杰.变压吸附空分制氧吸附剂的研制[D].大连理工大学,2001.[32] 吴楷.变压吸附富氧工艺用于合成氨制气过程的技术经济分析[J].化工技术经济,1996,(06):23-27+13.[33] 黄家鹄.变压吸附技术改革合成氨工艺设想[J].中氮肥,1985,(04):1-5.11

致谢

本论文是在导师的谆谆教诲和指导下完成的，从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；导师渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。

这次写论文的经历也会使我终身受益，我感受到，做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有认真学习和钻研，自己就不可能有研究的能力，就不可能有自己的研究，就不会有所收获和突破。希望这个经历，在今后的学习和生活中能够继续激励我前进。

另外，还要特别感谢我的家人，他们时刻关心我，给我提供了学习的机会，时时刻刻为我鼓劲、为我加油，进而促使我不断成长和进步。同时，也要感谢寝室的室友以及所有关心我的朋友，感谢他们陪伴我走过了很多美好的时光，在我遇到困难时他们关心我、帮助我。在完成毕业论文的过程中，很多朋友都给了我无私的帮助和支持，在此表示由衷的谢意！

最后，因本人水平有限，论文肯定还有不少不足之处，恳请各位老师批评指正，我希望可以有机会继续去完善，我将不断努力继续充实自己。

吕先豪

2017年5月12日于洛阳师范学院

第二篇：变压吸附工艺分析

变压吸附工艺分析

变压吸附（PSA）技术是近3多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。变压吸附气体分离工艺过程的实现主要是依靠吸附剂在吸附过程中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，而是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个特性，实现了对混合气体中某些组分的分离、提纯；利用吸附剂的第二个性质，实现吸附剂在低温高压下吸附、在高温低压下解吸再生。

一．基本原理

任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。

如果压力不变，在常温或低温的情况下吸附，用高温解吸的方法，称为变温吸附（简称TSA）。显然，变温吸附是通过改变温度来进行吸附和解吸的。变温吸附操作是在低温（常温）吸附等温线和高温吸附等温线之间的垂线进行，由于吸附剂的比热容较大，热导率（导热系数）较小，升温和降温都需要较长的时间，操作上比较麻烦，因此变温吸附主要用于含吸附质较少的气体净化方面。

如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小，吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大，故可将其看成等温过程，它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行，在较高压力下吸附，在较低压力下解吸。变压吸附既然沿着吸附等温线进行，从静态吸附平衡来看，吸附等温线的斜率对它的是影响很大的。

吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，它通常是由加压吸附、减压再组成的吸附一解吸系统。在等温的情况下，利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压（降至常压或抽真空）过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。因此，变压吸附既称等温吸附，又称无热再生吸附。

在实际生产中根据原料气的组成、压力机产品净化要求的不同可选择PSA、TSA或PSA+TSA工艺。变压吸附根据降压解吸方式的不同分为两种工艺：PSA与真空变压吸附（VPSA）。在实际生产种，究竟采用何种吸附工艺，主要根据原料气的组成性质、压力、流量、产品的要求等决定。

变压吸附(Pressure Swing Adsorption)分离技术是一种低能耗的气体分离技术。变压吸附（PSA）工艺所要求的压力一般在0.1～2.5MPa，允许压力变化范围较宽，一些有压力的气源，如氨厂弛放气、变换气等，本身的压力可满足变压吸附(PSA)工艺的要求，可省去再次加压的能耗。对于处理这类气源，PSA制氢装置的消耗仅是照明、仪表用电及仪表空气的消耗，能耗很低；PSA装置压力损失很小，一般不超过0.05MPa。

变压吸附循环是吸附和再生的循环，吸附过程是吸附剂在加压时吸附混合气中的某些组份，未被吸附组份通过吸附器层流出，当吸附剂被强吸附组分饱和以后，吸附塔需要进入再生过程，也就是解吸或脱附过程。在变压吸附过程中吸附器内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压实现的，在工业装置上可以采用的方法有： 1)降低吸附器压力(泄压)2)对吸附器抽真空 3)用产品组分冲洗

l 常压解吸：

升压过程(A-B): 经逆放解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P1、床内杂质吸留量为Q1(A点).在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点).吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分.吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止.此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。

顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗.在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变.当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。

逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。

冲洗过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低.在此利用别的吸附器顺向降压过程排出的产品组分，在过程最低压力P1下进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附器.经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止.至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。l 真空解吸：

升压过程(A-B): 经真空解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1(A点).在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点)。

吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分.吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止.此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。

顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗.在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变.当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。

逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。

抽空过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低杂质分压使杂质解吸并随抽空气带出吸附器.抽吸一定时间后，床内压力为P0，杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止。至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。二．变压吸附脱炭

变压吸附基本工作原理是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。

合成氨变换气中主要组分为：水（汽）、有机硫、无机硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氩及氢气。这些气体组分在物理吸附剂上的吸附能力和吸附量，在一定的温度和压力下依次减弱和减少。当变换气通过吸附床层时，在前的组分优先被吸附，即使吸附剂已经吸附了在后的组分，在前的组分也会把它顶替出来。难吸附组分氢、氮、甲烷、一氧化碳等气体很少被吸附，从吸附塔出口端排出，做为脱除了二氧化碳的气体输出。在吸附床降压时，被吸附的二氧化碳等气体解吸出来，同时吸附剂获得再生。l 装置主要类型：

由于用途不同，变压吸附脱碳装置可分为三种类型：单纯脱除二氧化碳获得净化气的装置；脱除变换气中的二氧化碳并联产食品级液体二氧化碳的装置；同时制取脱碳净化气和纯度为98%的气体二氧化碳的装置。（1）PSA脱碳装置

目前中小型合成氨厂采用最多的仍是单纯脱除CO2获得净化气的PSA装置，以替代传统的湿法脱碳。根据氨厂的不同需要又分为两种工艺，一种是替代碳化以增产液氨为目的的脱碳工艺。变换气经PSA脱碳后净化气中CO2含量小于0.2%，直接进精炼工序。目前此类装置运行情况，氢回收率﹥97%，净化气中氢氮比在3.0左右，并且在脱除CO2的同时，还将大部分杂质如CH4、CO、H2S脱除，减小了后续工段的负担。另一种是用于与联醇装置配套的工艺。由于净化气用于联醇生产，考虑到甲醇合成催化剂的寿命和尽可能提高CO的回收率问题，一般将脱碳净化气中的CO2含量控制在1%~5%的水平。目前此类装置运行情况，氢回收率﹥98%，CO回收率﹥90%。在脱除CO2的同时，还将变换气中的硫化物脱除到0.1mg/m3（标）的水平，原料气中所含微量氯、氨、水、砷等杂质可同时脱除。（2）脱碳并联产液体CO2装置

将来自PSA脱碳装置的解吸气在常压状态下进入压缩机，加压到一定的压力后首先进行预处理，除去解吸气中所含的各类硫化物、微量的砷、氟、氯等以及饱和水，以满足食品级CO2的要求。预处理后的气体冷却到0℃以下，使解吸气的CO2成为液体，然后进入提纯塔使CO2和其他气体分离，最后在提纯塔底部得到纯度为99.5%~99.999%的食品级液体CO2产品。

（3）脱碳并同时制取纯CO2装置，该装置是由提纯系统和净化系统两部分组成，两系统均采用多塔PSA工艺。变换气通过提纯系统将CO2浓度富集到98.5%以上，供尿素装置使用。出提纯系统的中间气进入净化系统，净化系统将中间气中的CO2进一步净化到0.2%以下，以保证合成氨生产需要。

两段法变压吸附脱碳的主要特点是，第一段脱除大部分二氧化碳，出口气中二氧化碳控制在8-12%，吸附结束后，通过多次均压步骤回收吸附塔中的氢氮气。多次均压结束后，吸附塔内还有0.06MPA（表）的压力，然后逆着吸附方向降压放空，直到吸附塔内压力放到常压为止，二氧化碳被排放出来，其浓度大于98%吸附剂得到初步再生。吸附得到初步再生。吸附塔逆放结束后，先与中间气缓冲罐连通，用中间气缓冲罐中的氢氮气对吸附塔升压，直到中间气缓冲破罐与吸附塔的压力平衡为止再用均压和产品气对床层逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。经过对第一段脱碳工业装置的分析，多次均压结束后，吸附塔还有0.06Mpa（表）的压力，吸附塔解吸气中的二氧化碳含量平均大于98%其它为氢气，氮气，一氧化碳及甲院：第二段将第一段吸附塔出口气中的二氧化碳脱至0.2%以下，吸附结束后通过多次均压步骤回收吸附塔中的氢氮气。多次均压结束后，吸附塔内还有0.09MPA（表）的压力）吸附压力为0.8MPA时），通过降压入入中间缓冲罐，直到吸附塔内压力与中间缓冲罐压力平衡为止，此时，吸附塔内压力在0.005-常压MPA之间。再生结束后，用均匀气和产品气对床野逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。第二段吸附塔均压结束后，吸附塔内的有效气体没有直接放空，而是利用中间缓冲罐将其返回到第一段吸附塔加以回收。

三、变压吸附制氧

变压吸附制氧的基本原理是利用空气中的氮和氧在吸附剂上因压力不同而吸附性能的差异来选择性吸附进行氧氮分离，吸附氮气及其它杂质，产出氧气。根据吸附分离的吸附和解吸压力的不同，通常可将常温变压吸附制分离制氧工艺分成三种不同的工艺方式。

1、常压解吸变压吸附制氧（PSA-O2）：

与空气变压吸附分离制氮流程相似，一定压力（0.3 MPa ～0.55MPa）的压缩空气经空气预处理系统除去油、尘及大部分的汽态水份后，洁净空气进入PSA-O2系统吸附塔，洁净空气中大部分的氮气、二氧化碳、残余水份被吸附，氧气则被分离出来。当吸附塔内被吸附的杂质组份达到设定控制值时，通过常压脱附解吸，使该吸附塔的制氧吸附剂再生。由两塔组成的吸附分离系统在DCS系统的控制下通过程控阀门的起闭而循环切换完成连续制氧，该制氧流程通常称为变压吸附常压解吸制氧流程（PSA-O2）。

2、真空解吸变压吸附制氧（VPSA-O2）：

经鼓风机鼓风输送低压的原料空气（25KPa-39KPa），净化除去粉尘后进入吸附塔，吸附塔为两塔或三塔体系，吸附塔产品气为氧气。空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附达到设定控制值后，由于吸附压力较低，先通过常压解吸，再经过真空泵抽真空达到一定真空度，使吸附塔内吸附剂杂质彻底脱附再生。由两塔或三塔组成的吸附分离制氧系统在PLC或DCS系统的控制下，程控阀循环切换完成连续产氧，该流程通常称真空解吸变压吸附制氧流程（VPSA-O2）。

3、真空解吸制氧（VSA-O2）：

经鼓风机鼓风输送低压的原料空气（15KPa ～19KPa），净化除去粉尘后进入吸附塔，吸附塔为两塔或三塔体系，吸附塔产品气为氧气。空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附达到设定控制值后，由于吸附压力较低，先经常压解吸，再经真空泵抽真空达到一定真空度进行真空解吸，彻底脱附再生吸附塔内分子筛杂质。由两塔或三塔组成的吸附分离制氧系统PLC或DCS系统的控制下，程控阀循环切换完成连续产氧，该流程通常称真空解吸制氧流程（VSA-O2），设备规模更大，经济性更强。

第三篇：变压吸附工艺流程

变压吸附工艺流程

物料在精馏低塔系统处理完毕后，剩余的不凝气体经过预热器预热进入吸附塔，乙炔和氯乙烯被吸附下来，无法被吸附剂吸附下来的其他气体通过尾排阀门排放到大气中。

吸附饱和的吸附塔经过压力均降，逆放，抽空一，抽空二，抽冲，抽空三，压力均升，终充8个步骤进行处理，塔内吸附的乙炔和氯乙烯完全解吸出来，通过压力差和真空泵送入转化。

下面将变压吸附的9个步骤进行分步介绍：

1、吸附

不凝气体在尾排前进入预热器，原料气在预热器内加热到40℃后，通过KV1阀送到吸附塔内。六塔流程为两个塔同时进行吸附，其他四个塔进行处理。原料气内氯乙烯和乙炔在吸附塔内被吸附下来，剩余未被吸附的气体，经过KV2阀到达尾排，通过压力调节阀门排放至空气中。

此过程需要的时间为804S，压力比精馏系统的压力低0.02MPa，在0.47～0.49 MPa。总时间的设定是根据原料气流量、净化气内的氯乙烯和乙炔含量决定的。

如精馏系统出现波动，变压吸附的压力也同时跟着波动。所以，我们在操作时，要保证精馏压力及原料气的流量稳定。当精馏停车时，系统通过KV10，KV11或KV15,KV16阀切换至直排；精馏压力低到设定值（0.45 MPa）时，系统自动进行切换。

2、压力均降 吸附结束后，饱和的吸附塔在设定好的T2步骤进行压力降，通过KV5和KV9阀，将吸附塔内的压力泄入中间罐内。均降步骤在16S就可完成，剩余的时间留给抽空三，使得抽空三步压力尽可能的抽至-0.09MPa吸附塔的解吸更彻底。

吸附塔压力由0.48MPa降至0.22MPa。

3、逆放

均压结束后，吸附塔的逆放为T4和T6步骤，共计130S。此时，吸附塔的压力通过KV17阀进入转化二级混脱，为防止转化压力波动，控制HV102阀门的开度调节，使气体的压力缓慢释放。

压力由0.22MPa降至0.04～0.05MPa。HV102的斜率系数为1.00，阀门的最小开度为25%，最大开度为100%。

4、抽空一

逆放结束后为吸附塔的T8抽空一，打开KV18或KV19阀控制HV102阀门的开度，真空泵

设定的时间为132S，达到要求的真空度-0.05 MPa。

5、抽空二

6、抽冲

7、抽空三

8、压力均升

9、终充

第四篇：变压吸附技术问答

变压吸附技术问答

1.什么叫吸附？

当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面原子剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。

2．气体分离的原理是什么？

当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的引力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。3.什么叫物理吸附？

物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。4.变压吸附常用吸附剂有哪几种？

变压吸附常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。5.什么叫变压吸附？

在加压下进行吸附，减压下进行解吸。由于循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，波动范围仅在几度，可近似看作等温过程。变压吸附工作状态仅仅是在一条等吸附线上变化。

6.PSA进料中为什么要充分脱水？怎样防止进料带水？

由吸附剂对水的吸附性能可知，吸附剂极易吸水，而且脱附困难，同时吸附剂吸水之后，对其它分子的吸附能力下降。所以必须对进料气进行严格脱水，以防止损害吸附剂。为了防止进料带水，通常在进料线上增设进料气水分离器，同时，为防止冬季饱和气体在管线中发生冷凝，可视情况将水分离罐后的PSA进料管线进行伴热或保温。7.PSA装置最常用的吸附剂是什么？它们对一般气体的吸附顺序如何？

PSA最常用的吸附剂是分子筛和活性炭，通常两种吸附剂组合使用。

分子筛对一般气体的吸附顺序是： H2＜＜N2＜CH4＜CO＜CO2 活性炭对一般气体的吸附顺序是： H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2 8.吸附器充分吸附杂质后，各杂质在吸附剂上如何分布？为什么？

当吸附器充分地吸附了杂质以后，杂质界面最前沿为氮气、一氧化碳，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底层是微量的水。

杂质在吸附剂中的分布规律与吸附剂对各杂质组分的吸附能力以及吸附剂的分布状况有关。在吸附器中，活性炭作为主要的吸附剂装填在下部，分子筛作为辅助吸附剂装填在上部。进料气由吸附器底部进入床层，首先接触活性炭，而活性炭对杂质的吸附能力的大小次序为：H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2＜H2O，所以吸附过程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下来。剩余的杂质N2又被上部分子筛吸附，从而获得高纯度的氢气。9.均压过程和意义

被抽真空后的吸附器内吸附剂再生完成，但吸附器内压力很低，与进料压力的压差太大，不能直接进行吸附，需要先升压。而完成吸附步骤的吸附器压力较高，同时吸附剂颗粒之间，存留一部分氢气应当回收。均压过程即是吸附之后的高压吸附器与再生之后的低压吸附器进行压力均衡，高压吸附器内部的氢气流入低压吸附器。均压过程中，高压吸附器压力降低，部分杂质脱附，并随物流上移，又被上部吸附剂重新吸附，故杂质界面上移。

所以均压过程使得再生后低压吸附器的压力升高，并充分利用高压吸附器内部存留氢气，提高氢回收率。

10.为什么顺放卸压过程中吸附器内的杂质界面上移？

变压吸附是物理吸附，压力降低时，被吸附的杂质可以脱附，所以当吸附器顺放卸压时，随着压力的降低，部分杂质逐渐脱附，并随着物流上移，同时又被床层上部尚未吸附杂质的吸附剂重新吸附下来。因而顺放卸压过程中吸附器内杂质界面逐渐上移。11.逆放过程及其作用？

逆放是吸附器从供吹扫终止压力下降到废气压力的逆流卸压过程，排放位置在吸附器底部，随着压力的不断降低，杂质不断脱附并排入废气系统，杂质前沿界面逐渐下移，所以排放过程使吸附器内大部分杂质脱附排出。排放结束，用供吹扫吸附器提供的纯氢从上部进入进行逆流吹扫，使残留杂质不断脱附并随物流排入废气系统，从而使绝大多数的吸附剂实现再生。

所以，排放和被吹扫的作用就是排除吸附器内的杂质，使吸附剂实现再生。12.废气缓冲罐有什么作用？

PSA运转过程中产生的废气，其压力、流量和组成都发生周期性的变化。而作为加热炉的燃料气应当具有稳定的压力、流量和热值，故PSA装置设置了废气缓冲罐，其作用就是为加热炉提供流量、压力和组成接近均匀一致的燃料气。13.进料组成变化对PSA有何影响？

进料中氢含量增加时，产氢量和氢收率提高。当氢含量低于设计值时，进料中杂质增加，产氢量和氢收率降低。如进料中杂质浓度增高而未能及时缩短吸附时间（或者降低进料流量），则能造成杂质超载，使产品纯度下降，影响PSA的操作性能。14.进料温度变化对PSA有何影响？

变压吸附是物理吸附过程，进料温度的高低直接影响吸附剂的吸附性能。进料温度太高，吸附剂的吸附能力下降，因而造成氢收率下降，同时还影响产品纯度和吸附剂的使用寿命。而温度太低了再生困难，如果因此造成吸附剂再生不完全，则恶性循环的后果将导致杂质超载的现象而损害吸附剂。常温下，10-30℃范围内几乎有相等的氢收率，进料温度太高或太低，氢收率都有所下降。15.解吸压力是否越低越好？为什么？

解吸压力即废气压力，解吸压力越低，氢回收率越高，吸附剂再生越好。反之，吹扫压力越高，氢回收率越低。但考虑到废气要能直接送到转化炉做燃料，故废气缓冲罐出口保持一定压力。

16.为什么要根据进料流量的大小调整吸附时间？

每个吸附器在一定的产品规格要求和一定量吸附剂的条件下，吸附剂对杂质的允许吸附量是一定的。所以每个吸附步骤只能提纯一定量的进料气。在一定的进料流速下，如果吸附时间过长，则吸附剂过多地吸附了杂质造成杂质超载，不仅使产品纯度下降，而且使PSA操作性能变坏。若吸附时间太短，则不能充分利用吸附剂，达不到应有的氢收率，造成浪费。所以应根据实际进料流量的大小合理地调整吸附时间，充分利用吸附剂，在保证产品纯度和保护好吸附剂的前提下，获得高的氢收率。17.什么是吸附剂的比表面积？

比表面积即单位重量吸附剂所具有的面积，单位为m2/g，吸附剂的表 面积主要是微孔孔壁的表面积.18.在吸附过程中，吸附床分为哪几个区段？

吸附床可分为三个区段：(1)为吸附饱和区，在此区吸附剂不再吸 附，达到动态平衡状态；(2)为吸附传质区，传质区愈短，表示传质阻力愈小(即传质系数大)，床层中吸附剂的利用率越高；(3)为吸附床的尚未吸附区 20.什么叫吸附前沿(或传质前沿)？

在实际的吸附床，由于吸附剂传质阻力的存在，吸附质流体以一定的 速率进入吸附床时，总是先在吸附床入口处形成一个浓度梯度，以此绘成的曲 线便称为吸附前沿(或传质前沿)，随着吸附质流体的不断流入，使曲线沿吸附 床高度方向推进。21.什么叫吸附床流出曲线？

在吸附庆中，随着气体混合物不断流入，吸附前沿不断向床的出口端 推进，经过一段时间，吸附质出现在吸附床出口处，以出口浓度－－时间绘成 的曲线叫做吸附床流出曲线。

22.什么叫穿透浓度和穿透时间？

在吸附床流出曲线中，随着气体混合物不断流入，经过一段时间(tc)后，流出气体中杂质浓度达到一定值(Cc)出现揭点，开始突然上升，这时的杂 质浓度(C 0)称为穿透浓度，所对应的时间(tc)称为穿透时间。23.变压吸附中吸附剂的再生有哪些方法？

利用降压、抽真空、冲洗、置换等方法使吸附剂所吸附的 杂质析出。24.什么叫氢气回收率？

回收率是变压吸附装置主要考核指标之一，它的定义是从高压吸附装置获得的产品中氢气组分绝对量占进入变压吸附装置原料气中氢气绝对量的百分比。25.在变压吸附循环过程中分哪些基本步骤？

(1)压力下吸附：吸附床在过程的最高压力下通入气体混合物，其中杂质被吸附，需提纯物质（氢气）从吸附床另一端流出。(2)减压解吸：根据被吸附组分的性能，选用降压、抽真空、冲洗和置换等几种方法使吸附剂再生；(3)升 压：吸附剂再生完毕后，用产品气体对吸附床进行充压，直至吸附压力为止。26.什么叫循环周期？

对一台吸附塔来说，一个循环周期就是指该吸附塔从吸附杂质开始，经过降压再生以后，又到新的一次吸附杂质开始，完成这样大的工艺过程叫做循环周期。27.什么叫吸附时间？

指一个吸附塔在吸附步骤所经历的时间，其长短可以反映该吸附塔处理进料气的总量。在运转过程中，吸附时间是一个主要操作参数。28.什么叫做吸附剂的孔容？

吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中微孔的面积来表示，单位是cm3/g.

第五篇：变压吸附设计（xiexiebang推荐）

一、关于吸附剂的算法：(以易吸附组分为准)QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP×3600/t 其中QF为进口体积流量Nm3/h Cout为易吸组分进口浓度 Cin为易吸组分出口浓度 n为总塔数，VR为单塔吸附剂体积 吨

q为吸附剂对易吸组分吸附容量 Nm3/吨 ΔP最后一次均压与吹扫或抽真空之间的压差 t为总循环时间，t0为单塔循环时间，t=n×t0，故上式变为：

QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP ×3600 /（n×t0）即 QF(Cout－Cin)=VR×q×ΔP ×3600/t0

由上式可看出，PSA装置的处理能力即要分离的易吸组分总量QF(Cout－Cin)只与单塔的吸附剂量VR和吸附容量q、解吸压差ΔP和单塔循环时间t0有关，对同一装置来说，吸附容量q变化不大，要想加量，只能缩短循环时间，以增加循环数次，提高吸附剂利用次数或者增大ΔP以提高吸附剂吸量。

二、关于分离系数

分离系数定义：弱吸附组分在吸附床死空间中残余量/弱吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量/强吸附组分在吸附床中的总量）之比

如根据物料算出两组分分离系统中以下数据：

1、弱吸附组分总放量、根据塔内压差及塔空隙体积算出弱吸附组分放空量

2、强吸附组分总放量、根据塔内压差及塔空隙体积算出强吸附组分放空量 比如制氧算出：

氮总放空量为8430 Nm3，通过塔压及空隙算出784 Nm3； 氧总放空量为385 Nm3，通过塔压及空隙算出196 Nm3 则分离系数为：

(196/385)/(784/8430)=5.47

另：如为两组分系统: 则塔内床层死空间弱组分残余量即为：V1*0.65*C1*ΔP 塔内床层吸附剂吸附弱组分量即为：V1*（1－0.65）*τ*ΔP*C1

三、压力与电耗一览表

动力设备123456兖矿风机兖矿压缩机中成真空泵东明空压机中成风机抽气量或打入口输出电机功最大轴轴功电耗电机电耗气量(m3/h)压力压力率功率(kw/Nm3)(kw/Nm4)8000***00***16230000000.054.000-0.080.180.140.650.24.00.24.2500***0063028015393.5301.752040535.523880427.60.0190.0520.0360.0850.03150.1600.0400.1860.0230.0610.0430.1000.0370.1880.0000.2177广东中成氧压机8兖矿鲁化压缩机

四、过热蒸汽区域描述蒸汽在温度高于饱和蒸汽温度的状态。保持压力不变，加热饱和蒸汽，它的温度会上升，就产生过热蒸汽。

实际上就像一般的气体如空气中CO2一样，就是在指定的压力下，温度高于蒸汽压。饱和蒸汽压和饱和温度有一定的关系，其遵守克劳修斯—克莱佩龙方程

lnp=－ΔvapHm/R×(1/T)+c

根据化工工艺手册提供的数据，可以求出ΔvapHm，和C，求出公式如下： y =-4820.2x + 24.493，其中y为lnp，x为1/T P(A,Mpa)P(G,Pa)0.1040.1480.2050.2790.3740.4910.6380.8191.0371.2971.607104365******14266383488******lnP11.5611.9012.2312.5412.8313.1113.3713.6213.8514.0814.29lnP14.5114.7214.9115.1015.2815.45T(℃)100110120***0***0T(℃)***260T(K)3733833934034***453463473T(K)***533密度(kg/m3)汽化潜热(千焦/千克)22600.0026810.60610.0026110.83640.00254451.12810.00248141.49770.00242131.96090.00236412.51650.00230953.19330.00225734.00310.00220754.95640.00215986.06760.00211427.35921/T1/T0.00207040.00202840.00198810.00194930.0019120.00187629.010910.808912.867015.207417.852320.82401849.8P(G,Mpa)P(G,Pa)1.8822.3272.8483.4534.1534.956 ******104655124138

五、各专业条件提法

2.1 基础设计阶段的一般要求

2.1.1 基础设计阶段，工艺安装专业应给设备专业提交工艺装置设备平面布置图，若有特殊的荷载要求时，应在图上加以说明或单独提出。2.2 详细设计阶段的一般要求

2.2.1 工艺安装专业委托设备专业设计的有隔热耐磨衬里的烟气管道等，应提供设备平竖面布置图，并确定走向和支吊架位置。工艺、自控专业的开口方位及大小，也由工艺安装专业提交设备专业。

2.2.2 与土建和设备专业都有关的平台梯子，应分别给两个专业各提供一份资料。

2.2.3 用简图表示出设备的开口方位。简图上应表示出方向针，其指向应与设备平面布置图上的相一致。如果所采用的设备图纸是复用图纸，但其开口方位需重新设计或作部分修改，则还应表示出方向针与复用设备图中原有0°方位的关系。

2.2.4 开口方位简图上应列出所有开口的编号、名称和公称直径，并应与工艺专业提交给设备专业的设计资料相一致。对开口法兰的压力等级及密封面形式有要求时，应予注明。如果所采用的设备图纸是复用图纸，则开口方位简图上的开口编号应与原图相一致，设备法兰接口外径和壁厚应与相接工艺管道一致。

2.2.5 工艺设备上的仪表开口方位，应与自控专业共同确定，画出同一张开口方位简图上，并经自控专业签字。

2.2.6 塔类设备上附设的检修吊架方位应表示在开口方位简图上。立式容器类设备的支腿、支耳的方位有特殊要求者，也应在开口方位简图上表示出来。

2.2.7 布置开口方位时，应注意开口与塔内件（如降液管、受液盘等）的关系，以保证符合工艺要求，并避免与塔内件相碰，椭圆形封头的小R 处尽量不布置开口。

3.生根于设备上的钢平台梯子

3.1 应绘制分层的平台梯子平面简图，（当复印计算机绘制的配管图作平台梯子资料时，必须用红笔标明开洞，并标注清楚平台梯子的尺寸），简图应清晰、明确、可不按比例，但尺寸的相对关系不宜与实际相差悬殊，以免造成错觉。简图上应表示出方向针，其指向应与设备平面布置图相一致。

3.2 塔及立式容器上的扇形平台应注出其张角、宽度，直梯应注出其中心线与设备中心线的夹角。塔顶或卧式的矩形平台，应注出其外形尺寸及其与设备的相对关系尺寸（例如与设备中心线或设备外形或设备支座的相对位置）。

3.3 应注出平台面标高、平台处地面标高和设备基础面标高。标高的基准应与设备平竖面布置图相一致。

3.4 当平台下方有设备开口时，平台面与开口中心的距离不得小于开口公称直径加100mm。3.5平台上的开孔应注出开孔直径及其定位尺寸或角度，如图3.2-1，图3.2-2所示。开孔直径φ一般是将此管道的最大外径（管子外径或隔热层外径或法兰外径）加50mm。

3.6 在平台梁上或在平台面上支承管道、仪表箱或检修部件，如果荷载超过200kg，则应注明荷载的大小及具体位置。

3.7 如某层平台需与其它构筑物（如框架）相连接，则应说明连接的要求，并注出尺寸及与此连接的分区设备构架物编号，层高等。

3.8 与自控专业有关的平台梯子，应与自控专业协商确定以满足两个专业的要求。仅供自控专业使用的平台梯子，应与自控专业提出委托资料给工艺安装专业会签后，由自控专业提交设备专业和工艺安装专业各一份。

3.9 电脱盐、电精制和除尘等设备上，为安装或检修高压电气设备或线路的专用平台梯子应由电气专业提交委托资料，经工艺安装专业会签后，由电气专业提交设备专业和工艺安装专业各一份。当有吊车梁生根于设备上时，应提交荷载及位置，以便设备专业考虑吊车梁荷载的影响。11 如果必须在需要热处理的合金钢设备上或不允许在现场焊接的设备上焊接支架的生根构件时，应提出生根构件垫板的大小及方位。依附在设备上或放置在平台上的小型设备及管道和大阀门应征询设备专业的意见，必要时应提出书面资料，以便设备专业核算偏心荷载。

电气目录：图纸目录，综合材料表，施工说明图例，低压配电系统图，照明系统图，电机控制原理图，电缆管线表，一层配电平面图，二层。。，一层照明平面图，二层。。，基础接地平面布置图，一层接地平面图，二层。。，屋面防雷平面图，火灾报警系统图，一层火灾报警，电话平面图，二层。。。

给排水：图纸目录，给排水设计说明，综合材料表，一层给排水平面图，二层。。，给水系统图，排水系统图，消防系统图。

建筑：图纸目录，建筑设计说明，门窗及大样，构造做法表，一层平面图，二层。。，屋顶平面图，轴里面图，剖视图，楼梯详图。

6、硫化氢质量体积含量和体积百分比的换算

如兖矿体积百分比为0.92%，转为g/Nm3，则为： =0.92%*1000L/Nm3/22.4L/mol*34g/mol=13.96g/Nm3=13.96mg/NL

按标准态换算为1%体积百分比则为15.2g/Nm3 若再转为实际压力下硫含量，则为13.96g/Nm3*35Nm3/m3=488.6g/m3=488.6mg/L

§7 解吸倍数与吸附量

当吸附剂吸附的物质越多，最后解吸出来的就越多，所以，吸附容量越大，解吸倍数就越大。根据工程经验，在脱碳中用硅胶的吸附容量与解吸倍数关系为：

工程名称

吸附容量

解吸倍数

气源组分 河北凯越单醇脱碳

7.45

7.5

COH2 辽宁凤城一段

10.65

9.71

CO2H2 枝江三宁一段

14.73

15.06

CO2COH2

兖矿国泰一段

6.03

7.02

CO2COH2

湘中成制氧一段

12.96

8.99

O2N2

§8压缩机及风机升压与升温及冷却水量关系

压缩机的出口温度取决于进口温度及压缩比和绝热系数，压缩过程可视为绝热过程，即可例出以下方程：

TOUT=TIN(POUT/PIN)(K-1)/K

一般压缩比即POUT/PIN选择不超过3，当进口温度为40℃，压缩比为3的情况下，出口温度

TOUT=313×3(1.4-1)/1.4=313×1.369=428K=155℃

如果压缩比超过3，在同样的绝热系数下，出口温度就会超过155℃，将会对设备带来很大的影响。因此，一般的压缩都以压缩比3来划等级，比如进口压力为0.03Kg(G)，要求压缩至35Kg(G)，则总压缩比为36/1.03=34.95，那压缩机至少应为3×3×3×3=81，即4级，如果只选3级，则只能至3×3×3=27，压缩不够。

冷却水量计算：

压缩机所需冷却水有两个地方：一是缸套（即油温及轴温冷却器）、二是中级冷却器及各级冷却器、三是后级冷却器

一、对缸套，所需冷却量q为：

q=120Vqd

L/h 单位为升/小时

二、对中级冷却器，所需冷却量q为：

q=60V×4.5L/h 单位为升/小时

以湘中成为例，风机中冷器所需冷却量为：（打气量130 m3/min q=270×90=24.m3/h=0.4 m3/min

三、后冷却器，所需冷却量q为：

q=γV Cp(T4-T5)×1.15/(1000×Δt)

m3/h 单位为方/小时

其中

γ

空气重度 Kg/m3

V 空气压缩机的排气量 m3/min Cp 空气的等压比热，取0.24

kcal/(kg。℃)T4-T5 冷却器空气前后温差

以湘中成为例，后冷器所需冷却量为：

q=1.2×78×0.24×(110-40)×1.15/(1000×10)§9

1830

全部为国内设备，估计11个亿，国外设备估计要16个亿。

单套百万吨的都是国外的设备，估计要70个亿，以天然气为原料，成本能降几百元 NH2-CO-NH2 CO（NH2）2 分子量60

NH3 17

34/60=0.6 3052 投资估计19亿，每吨合380元

低温甲醇洗

15万吨合成氨 投资约7500万，不包括溶剂费

气化吨氨消耗

目前空气造气

1.9吨煤/吨氨(指优质煤)

电耗1500kw/吨氨

富氧造气(60%)

1.4吨煤/吨氨(指劣质煤)

电耗950kw/吨氨

富氧消耗为

750Nm3/h O2

循环水消耗

350吨水/吨氨(62Kw/h)气量与产量的换算 1、1吨合成氨需要脱碳气量为2965标方，脱碳气成分为： CO

H2 CO2 O2 N2 CH4+Ar NH3 2.24 71.86 0.2 0.04 23.94 1.66

0.06

2、变换气成分：

1.6 51.39 28.64 0.06 17.12 1.19

3、则原料中CO2的剩余量为：2965×0.2%=5.93标方/tNH3。

4、设变换气量为X，X=2965＋（28.54%X－5.93）X=4146.7标方/tNH3。

产量

煤气量

变换气量

脱碳气量

1吨合成氨

3300Nm3/h

4200Nm3/h

2965 Nm3/h

9、不锈钢丝网计算

根据要求，不丝网要求重缝宽度不小于300mm，根据情况分两种一种是比较大，直径大于2米以上，两张1米丝网拼在一起，还凑不上一个整圆，则需要中间加叠合层，留有衔接部分，也就是需要三张丝网，一种是比较小的丝网，直接用两张合在一起中间就产生了叠合层，无衔接部分，即只需要2张丝网。对于第一种：有三个步骤，一：做两张小半圆丝网，宽度1米，长度按以下方法计算 根据以上图可以求出下料高度：

(R-1000)2+H2=R2

即H＝√(2R×1000－10002)总高度即为2H。

二：制作叠合层

叠合层宽度应该以500或1000为宜，这样可以节省材料，如果大于500，则宜以1000宽度为主，叠合层分两部分，两边为真正叠合部分，即一层小半圆层，一层为叠合层；中间为衔接部分，只有一层。这部分宽度W2为

W2=2R－2000 叠合部分W1宽度

W1＝（1000－W2）/2

对于第二种直接比较小的，制作步骤如下： 下料长度即为丝网直径，即2R，中间叠合部分宽度W2＋2R=1000+1000，即叠合部分宽度

W2＝2000－2R

§10开孔率计算

开孔率指的是冲孔区与整张板之间的一个比例，常用百分比来表示。现在让我们用下面的规格来举例说明：圆孔, 2MM孔径, 60度错排, 4MM中心距, 外形尺寸1M X 2M.根据以上的信息及以下的公式，我们可以得出这种规格的冲孔网的开孔率为23%。也就是说冲掉的孔的面积之和为0.465平方米（1M X 2M X 23%）开孔率计算公式

圆孔 60°错排

圆孔，直排

圆孔 45°错排

方孔，错排

方孔，直排

长圆孔，Z型错排

长圆孔，直排

长圆孔，K型错排

长方孔，Z型错排

长方孔，直排

长方孔，K型错排