铜吸附剂在变压吸附CO分离中的应用总结

张国义，崔晓锦，赵军龙，李晓霞，张明涛，张泽原

(甘肃银光聚银化工有限公司, 甘肃白银 730900)

甘肃银光聚银化工有限公司气体制造厂(以下简称聚银公司)新建1套水煤气处理能力为8 500 m3/h(标态)的变压吸附(PSA)生产装置，分离提纯CO和H2(体积流量分别为1 500 m3/h和4 000 m3/h，标态)。该PSA装置自开车以来，制CO工序一直运行不稳定，CO产品气中CH4和N2频繁超标，质量合格率较低。这不仅影响后工序的稳定生产，而且CO回收率低导致生产成本增加，成为制约高负荷、安全稳定连续生产的瓶颈。为此，对制CO工序进行了研究分析，利用最短的时间和最低的投入进行优化改造，提高了生产能力，降低了生产成本。

1 技改方案的确定

原PSA装置制CO工艺采用6台吸附器，吸附剂为5A分子筛，6台吸附器中的2台同时进料，采用两步置换和抽空解析工艺[1]。因5A分子筛对原料气中的CH4、N2和H2分离效果差，造成前端工艺调整弹性受限、损失增加，导致后段产品质量合格率低、收率低、废气量大、生产成本增加。

为此，聚银公司对多家CO生产企业和PSA设计企业进行详细考察、调研，并对改造工艺的先进性、投资回报期、生产成本等因素反复论证和对比，结合企业自身特点，决定利用CO专用铜吸附剂对原工艺进行优化改造。

该技术方案具有改造周期短、操作安全稳定、有效组分回收率高、产品气纯度高、产品气质量稳定等优势。

2 方案的实施

将原5A分子筛吸附剂更换为CO专用铜吸附剂，并对工艺流程进行相应改造。因CO专用铜吸附剂具有在一定温度下对CO吸附强且较稳定的特点，同时对CO、CH4、H2和N2分离系数大。故在入口管线增设加热器提高温度，并增加5台真空泵以提高真空度，保证CO完全解析。此外，在出口管线增设冷却器，同时对PSA时序进行相应优化[2-3]，以实现CO自身置换及吹扫再生，提高吸附剂再生效果和气体回收利用效果。

2.1 工艺参数

(1)原料气组分见表1。

(2)控制温度：60～90 ℃。

(3)压力：0.5～0.8 MPa。

(4)处理气量：8 500 m3/h(标态)。

2.2 工艺流程

改造前工艺流程简图见图1，改造后工艺流程简图见图2。

图1 改造前流程图

图2 改造后流程图

3 实施效果

因CO专用铜吸附剂在670℃左右对CO2、CH4等气体吸附力小，在吸附过程中就能分离脱除，不影响产品气纯度。前段脱碳工序出口气体中原CO2体积分数为<0.3%，现可提高至0.6%。在满负荷工况下，CO和H2体积流量可分别达到1 988 m3/h(标态)和4 200 m3/h(标态)，脱碳回收率>82%，CO回收率>80%，H2回收率>91%，总回收率>80%，产品气CO和H2质量合格率达100%。

改造后负荷率从60%提高至100%，见表2。

表2 改造前后负荷率对比

CO产品气质量指标合格率为100%，H2产品气质量指标合格率为100%。

CO专用铜吸附剂与5A分子筛性能对比，见表3。

表3 CO专用铜吸附剂与5A分子筛对比

4 效益分析

改造后，生产线操作弹性明显增大，前段脱碳工序回收率大幅提高，在同等产品气量下，大幅降低了水煤气消耗，年节约费用为400万～500万元[4]；在提高产品质量合格率的同时，大大减少停车损失和水煤气排放量，既保护了环境又提高了生产效率。

5 创新点

在液态溶剂分离制CO工艺基础上改为固体分离技术，可避免因深冷法分离和液态溶剂法带来的设备投资大、占地面积大、操作复杂、生产成本费用高、管道设备腐蚀严重、环境污染等缺点。采用国内外广泛使用的PSA工艺，具有投资少、占地面积小、设备管道布置紧凑、操作强度低、自动化程度高等优点。同时，大幅度提高了产品收率和纯度，改变了国内PSA工艺CO收率不足60%的现状；明显降低了单位CO的生产成本，提升PSA分离CO装置的运行效率。

6 结语

改造后，产品气质量合格率达100%，CO纯度>99.2%，CH4含量为0，脱碳净化气中CO组分比原先高出4%～5%，CO体积流量平均增加400 m3/h，H2体积流量平均增加150 m3/h，产量、回收率明显提高，成本明显下降，工艺运行更加稳定。目前，公司新建一套采用CO专用铜吸附剂提纯CO的更大规模PSA装置，一次投产成功并取得良好效益。