变压吸附提纯CO装置技术改造研究

吴红勇

（安阳九天精细化工有限责任公司，河南安阳 455133）

变压吸附提纯CO装置是变压吸附提纯技术应用的基础保障，随着科技水平的提高与实践经验的累积，对于变压吸附提纯CO装置技术的改造方案逐步优化，在确保装置运行安全稳定的情况下，提高提纯度，降低运行成本，实现经济效益增加是装置技术改造的根本目的。

1 变压吸附技术特点

Pressure Swing Adsorption，中文名为变压吸附技术，简称PSA，是现阶段应用范围最广泛，接受程度最高的新型气体吸附分离技术。这主要是因为变压吸附技术在应用中优势突出，特点明确，具体表现在原料气适用范围广、预处理系统简单、满足常温运行条件、配套装置自动化程度高、运行成本低、节能环保、提纯度高等方面。特别是在提纯CO时，能够在CO含量极低的原料气中实现高回收率的CO回收，这是低温法、电解法等传统方法所不具备的技术特点。

2 变压吸附提纯CO装置技术改造解决的问题

车间内现有的PSA-Ⅱ的抽真空分为三步，第一步是抽真空一，第二步是冲洗抽真空，第三步是抽真空二。经过进行取样分析，PSA-Ⅱ在抽真空一时的气体组分中CO含量达到了50%以上，大量的CO被放空，不仅降低了PSA的回收率，而且还造成了严重的环境污染。

上述情况是对变压吸附提纯CO装置进行技术改造的出发点，针对于此对PSA进行的改造，主要是将原来的抽真空一进行回收。在PSA-Ⅱ的真空泵出口增加两台程控阀，当运行时间在抽真空一时新增程控阀1打开，新增程控阀2关闭，将CO含量较高的抽真空气回收。当运行时间在冲洗抽真空或抽真空二时，程控阀2打开，1阀关闭，此时将CO含量较低且没有回收价值的抽空气进行放空。

抽真空一时间的长短取决于抽空气的组分，只要CO含量在50%以上可回收，如果低于50%，可适当缩短抽真空一的吸附时间。否则将会对原料粗煤气造成影响。

经过测算，抽真空一每小时回收气体1 170m3，CO气体组分在50%～55%。也就是每小时增加产品气量约为585m3。每千立方CO可以降低焦炭消耗69kg，全月可节约焦炭成本约43万元左右。

由于PSA系统稳定运行时产品气纯度和产品气回收率较好，也能避免杂质穿透事故。虽然在实际过程中原料气、产品气压力、流量会呈现一些小的波动，但每一个分周期内其趋势应该是保持一致的，但是实际情况是一个周期与正常趋势有偏差，为此怀疑可能有故障存在。

3 变压吸附提纯CO装置技术改造引用的工艺方法

3.1 均压工艺

均压工艺，即需降压解吸的吸附床分别向需升压的不同的吸附床充压，需降压解吸的吸附床压力逐级下降，而需升压的吸附床的压力得到逐级升高，从而使吸附床降压排出的有用气体得到有效利用，提高回收率。均压步骤的主要作用就是回收吸附床降压时排出的有用气体。所以均压工艺的使用一定要规范到位，因为均压工艺的使用是提高产品CO回收率的最有效工艺。

3.2 顺放气工艺

为了充分回收床层死空间内的有效气体组分CO，除均压工艺外，还引用了顺放气工艺，根本目的是充分回收吸附塔床层上部的有效气体CO组分，从而提高CO的提纯率。

在顺放过程中，顺放气中CO组分含量较高，其含量大于或等于粗煤气中的CO含量，直接返回原料气缓冲罐与粗煤气进行混合，经过原料气压缩机压缩后作为原料气重复继续使用，最大限度提高产品CO的回收率。

PSA-Ⅰ顺放是通过程控阀KV406和顺放流量调节阀HV-402，将顺放气中有效组分CO含量较高的部分返回到原料气压缩机入口进行回收再利用。

3.3 均压工艺与顺放气工艺的结合点

顺放工艺的步序设置应在两次均压的中间，通过使用色谱分析仪对顺放气的前期、中期、后期的分析数据得出，顺放前压力为0.28MPa，顺放结束后压力是0.15MPa左右。顺放压力低于0.15MPa以后，顺放气中的杂质会逐渐增多，最终影响原料粗煤气的质量，所以必须要严格控制顺放时间。

4 变压吸附提纯CO装置技术改造的关键指标

4.1 产品气质量

产品气质量与回收率的关系根据变压吸附技术原理可知，产品气质量与回收率呈反比关系，产品气质量越高产品组分回收率相应降低。反之，产品气质量要求越低，CO回收率越高。在实际生产中，不应片面追求产品气纯度，而应结合当时实际工况及实际需要出发来调整纯度，得到较好的CO回收率，以获得较高的收率和效益。

4.2 塔的再生情况

PSA过程运转是否正常关键是看塔的再生状况是否良好，系统操作失误会立即或逐渐使吸附器再生恶化，由于PSA是周期性循环过程，因此只要一个塔再生恶化，就会很快波及和污染到其他塔，最终导致气质的下降。吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附能力是有限的，一旦处理气量增大就应该相应缩短吸附时间，气质不合格时一定要立即缩短吸附时间，以提高吸附压力。如果不及时调整吸附时间，杂质就会很快污染产品气，造成产品不合格。吸附剂的再生方式主要是顺放、逆放、抽真空、冲洗抽真空，如果由于设置的抽空时间不够或真空系统出现故障和其他原因，使吸附塔真空度不够，会造成吸附塔中的杂质未能彻底解吸，最终影响吸附剂再生效果，从而影响气质和回收率，这时可相应调整时间，使抽真空时间加长，或检查真空系统确定是否存在问题。

吸附时间越长，消耗越低，PSA出口的杂质含量越高，则吸附塔的再生需要更长的时间。如果再生时间不够，吸附剂中所吸附的分子没有完全解析出来，会造成穿透事故，长时间会缩短吸附剂的使用寿命。吸附时间越短，消耗越高，PSA出口的杂质含量越低。

4.3 操作时间设定

操作时间的设定直接影响产品回收率的高低，正确的操作时间设定，可获得最大的经济利益。例如PSA-Ⅱ抽真空二的时间设定取决于抽真空的压力，在真空末期，真空泵的抽气量最小，此时真空泵做的功可以忽略为零。所以在抽真空末期，如果真空度不再变化，那么剩余的抽真空时间就是多余的，可以将这部分时间移至其他步骤，如均压、冲洗、置换等步骤。

5 结语

对于变压吸附提纯CO装置技术的改造，要从实际情况出发，通过科学的理论指导与大量实践试验确定改造方向与技术方案，从而实现变压吸附提纯CO装置技术改造后，能够带来更好的提纯效果，实现更高的提纯效率。