尾气吹扫法变压吸附技术的应用

郭向东 包磊磊 梁 群 顾 群

（兖矿国泰化工有限公司，山东 滕州 277527）

经验交流

尾气吹扫法变压吸附技术的应用

郭向东 包磊磊 梁 群 顾 群

（兖矿国泰化工有限公司，山东 滕州 277527）

应用尾气吹扫法变压吸附技术净化醋酸生产用水煤浆气化炉气源，分析了装置运行中气源（环境）温度、再生吹扫气量、接收原料气组分对系统收率及分离效果的影响。结果表明，在保证小于50℃的情况下，气源温度适当的提高有利于提高系统有效气的收率；在吹扫阶段700～900 m3（标准状态）的吹扫气体体积流量为合适；气源有效气组分含量越高收率越高。

变压吸附；吹扫；温度；组分

煤制工艺气的净化分离方法很多，目前国内外采用的方法大多为聚醇醚（NHD）法、低温甲醇洗、深冷法、膜分离法和变压吸附（PSA）法等。某公司的300 kt/a醋酸生产装置，通过多次考察和论证，最终决定采用工艺简单、操作方便、自动化程度高、运行费用低的尾气吹扫法PSA气体分离技术净化水煤浆气化炉气源。

尾气吹扫法PSA气体分离技术，不仅能满足醋酸生产CO的需要，同时还向甲醇系统提供氢气混合气进行CO、H2的工艺配比，减轻甲醇变换系统的负荷，并向富氧造气炉供CO2，实现CO2气的资源化利用。

1 工艺流程

气体净化分离单元采用尾气吹扫法PSA工艺，属PSA工艺的拓展开发。该技术利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。由于采取了尾气吹扫技术，装置3级分离没有采用常规的抽真空工艺，因此减少了项目在动力设备上的投资，节约了运行费用。流程如图1。

进入气体净化分离单元原料煤气主要来自1 kt/d水煤浆加压四喷嘴气化炉装置，其温度≤40℃，压力3.5 MPa（表压），平均组成见表1。

尾气吹扫法PSA净化后可提供的气体规格见表2。

表1 原料煤气组成Tab 1 Gas composition

表2 净化气体规格Tab 2 The standard of cleaned gas

2 运行分析

为提高装置的产能，使之能够安全、稳定、高效、长周期运行，对装置运行后相关数据进行了收集、分析，以优化装置处理能力。

2.1 气源温度的影响

气源温度对PSA装置分离有很大的影响，如果产品为非吸附项，温度越低，吸附剂的吸附能力增大，（相同气量、相同气体组成）循环时间可以适当延长，放空频次减少，尾气损失减少；如果产品为吸附项，则反之。同时气源温度对吸附剂的解析也有很大影响，温度适当提高，吸附项的解析更彻底，吸附剂再生会更好，利于吸附循环的进行。

PSA I和PSA II主要是为了脱除CO2和H2S+COS 等气体，非吸附项为有效气（CO＋H2），PSA III的目的是对CO和H2进行分离，吸附项为CO，非吸附项为H2。在进入装置气体相同流量、组成的情况下，冬天温度低，有利于吸附剂的吸附但不利于非吸附项的解析；夏天温度高，影响了吸附剂的吸附能力，但非吸附项解析彻底又增加了吸附剂的吸附能力。图2是根据收集的2010年装置运行数据处理后，得出的月份与有效气平均收率关系。

图2 2010年月份与有效气平均收率关系Fig 2 The effective average gas absorbing in every month of 2010

由图2可知，温度变化会对吸附剂的解析能力和吸附能力产生影响，解析能力对收率和产能的影响要高于吸附能力的变化造成的影响。冬季有效气收率偏低，同时在其他条件一致的情况下CO的产率也偏低；夏季有效气收率较高，同时CO气的产量也容易提高。

季节的变化对装置的收率产能有很大的影响，同样白天和夜晚温差的变化对系统也有一定的影响，装置中的缓冲罐内为PSA III吸附项解析产出的CO气，其向后输送气量恒定，在循环时间等一切条件不变的情况下，白天气温偏高装置产能提高，缓冲罐压力较高，夜晚相反。

2.2 吹扫气量的影响

一般的PSA装置为了保证吸附剂的有效再生，多选用真空泵抽真空的形式。本装置为了减少动力设备投资，节约运行中的电耗，主要采用了尾气吹扫再生法。为保证吸附剂再生效果，试车阶段针对每一级的吹扫气量和效果进行了分析，得出了最佳的再生吹扫气量，见图3。由图3可知，无论是三吹二、二段自身吹扫还是二吹一，加大吹扫流量有利于解析杂质，提高吸附剂的再生效果，但吹扫过量又会影响系统整体收率。

图3 三吹二气体流量与收率的关系Fig 3 The relationship of gas flow and its yeild

同时吹扫气的质量对吹扫效果影响也很大，质量越高吹扫效果越好。

2.3 原料气组分的影响

入装置原料气体组分对PSA气体分离有直接的影响，原料气体有效气纯度越高，收率相应增高，同时装置处理气量能力增大。如表1所示，为气化炉煤种及配比较好时产出工艺气的组分，相应本PSA装置处理能力和收率较好。但当气化炉所烧煤种较差时，工艺原料气组分中的CO2含量较大，有时能达到体积分数19%，这时装置的收率会受到很大影响，同时CO的产量降低。

3 结论

通过对尾气吹扫法PSA装置近2年的运行工艺数据的收集和分析，得出如下结论：

1)在保证小于50℃的情况下，气源温度适当的提高有利于提高系统有效气的收率。不能片面的认为温度越低越利于PSA系统。

2)尾气吹扫法PSA系统，吹扫气量对有效气收率来说具有双重性。吹扫气量的选择是一个长期的逐渐的摸索确定过程，最佳的吹扫气量才能对应最高的气体收率。就本装置而言，在吹扫阶段700～900 m3（标准状态）的吹扫气体体积流量最合适。

3)气源组分及其组分的稳定对PSA系统也很重要，有效气组分含量越高，收率的控制才能越高，同时也要防止因组分不稳定操作频繁造成不必要的放空浪费。

该公司的PSA装置，气源压力3.5 MPa（表压），是国内吸附压力最高的PSA装置之一，同时也是国内首套以水煤浆气化炉为气源的PSA装置。作为煤炭资源丰富的我国，随着经济的飞速发展，能源的需求会越来越高，煤制气的需求也会越来越高，同时传统高耗的、有效气产出比低的造气方式会逐渐淘汰，先进的水煤浆和粉煤气化装置会得到快速的发展，本装置的运行成功，对国内煤化工的气体分离工艺选择及PSA装置使用，起到一定的借鉴作用。

The Application of End Gas Purge Method Pressure Swing Adsorption

Guo Xiangdong,Bao Leilei,Liang Qun,Gu Qun

(Yancon Cathay Coal Chemicals Co,Ltd,Tengzhou,Shandong 277527)

Using end gas purge method pressure swing adsorption technology to purify the source gas which produced from coal slurry gasifier used in ethylic acid production.And analyzed the effect of source gas temperature,regeneration air flow,feed gas absorbing component on system absorb rate and separating effect.The result shows that when the temperature below than 50℃，the higher of the source gas temperature，the better the absorbing rate is.And the best gas flow is under the standard purging situation of 700～900 m3.Effective gas component content of source gas is proportionate to the yield.

PSA;Purging gas;Temperature;Component

TQ

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.04.016

2011-05-04；

2011-06-08