变压吸附技术在甲醇工业中的应用.docVIP

变压吸附技术在甲醇工业中的应用 ? ??? 1、前言 变压吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）这一概念由H．Kahle于1942年在德国申请专利时提出的，变压吸附的基本原理是利用气体组份在固体材料上吸附特性的差异，通过周期性的压力变换过程来实现气体的分离或提纯。变压吸附技术于1958年应用于氢气的提纯，1962年实现工业规模的制氢。进入七十年代后，变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增，装置规模不断增大，使用范围越来越广，工艺不断完善，产品纯度、收率逐步提高，成本不断下降，逐渐成为一种主要的、高效节能的气体分离技术。 变压吸附技术在我国的工业应用已有十几年历史。我国第一套PSA工业装置是西南化工研究设计院设计的，于1982年建于上海吴淞化肥厂，用于从合成氨弛放气中回收氢气。该院于1995年被国家科委批准为“国家变压吸附研究推广中心”，目前已推广各种PSA工业装置500多套，装置规模以产品计从数m3/h到60000m3/h，可以从几十种不同气源中分离提纯十几种气体，代表了我国PSA技术的最高水平。目前，我国的研究人员已将变压吸附技术推广应用到以下九大领域： 1）??? 从各种含氢气源中提纯氢气； 2）??? 从各种富含二氧化碳的气源中生产各种等级的气体或液体二氧化碳； 3）??? 从富含一氧化碳的气源中提纯CO； 4）??? 合成氨变换气脱除二氧化碳； 5）??? 天然气的净化脱除C2及以上组份； 6）??? 空气分离制富氧； 7）??? 空气分离制富氮； 8）??? 从煤矿瓦斯气中浓缩甲烷； 9）??? 浓缩和提纯乙烯。 此外，随着技术的不断进步，PSA技术还可以应用于气体中NOX的脱除、硫化物的脱除、某些有机有毒气体的脱除与回收等，在尾气治理、环境保护等方面也有广阔的应用前景。 ? ??? 2、变压吸附技术的特点 变压吸附工艺简单，能耗低，投资少，操作方便。所以在石油、化工、冶金、电子、国防、医疗、环境保护等方面得到了广泛的应用。与其它气体分离技术相比，变压吸附技术具有以下优点： 2.1 低能耗，PSA工艺所要求的压力较低，一些有压力的气源可以省去再次加压的能耗。PSA在常温下操作，可以省去加热或冷却的能耗。 2.2 产品纯度高且可灵活调节，如PSA制氢，产品纯度可达99.999％，并可随意调节氢的纯度。 2.3 工艺流程简单，可实现多种气体的分离，对水、硫化物、氨、烃类等杂质有较强的承受能力，无需复杂的预处理工序。 2.4 装置的操作由计算机控制，自动化程度高，操作方便，开停车简单迅速。 2.5 装置调节能力强，操作弹性大，对原料气中杂质含量和压力等条件改变有很强的适应能力，调节范围很宽。 2.6? 资小，操作费用低，维护简单，检修时间少，开工率高。 2.7 吸附剂使用周期长，一般可以使用十年以上。 2.8? 装置可靠性高。变压吸附装置通常只有程序控制阀是运动部件，而目前国内外的程序控制阀均属专利产品，寿命长，故障率极低，装置可靠性很高，而且由于计算机专家诊断系统的开发应用，具有故障自动诊断，吸附塔自动切换等功能，使装置的可靠性进一步提高。 2.9? 装置扩建容易。变压吸附装置的扩建非常容易，只需增加吸附塔和程控阀，就可对PSA装置进行扩建。 2.10? 机组小，占地面积小。 2.11? 环境效益好，除因原料气的特性外，PSA装置的运行不会造成新的环境污染，几乎无“三废”产生。 ? ?? 3、变压吸附技术在甲醇工业中的应用 ?? 3.1 PSA-H2用于从甲醇生产尾气中提纯H2 在甲醇生产过程中要定期排放一部分气体，称之为甲醇尾气或甲醇弛放气（大致组成见表1），以往这部分气体多用做燃料直接燃烧。由于该气体压力较高（～5.0MPa），氢气含量也较高，直接燃烧是对氢气资源的极大浪费，现在已有众多的厂家考虑回收这部分气体中的氢气，返回到甲醇合成系统中以增加甲醇产量，提纯氢气后的解吸气再进入燃烧管网用做燃料。表2为目前已建成变压吸附法从甲醇尾气中提纯氢气装置情况。 ?????????????????????????????????????????????? 表1 甲醇尾气大致组成 ? 组成 H2 N2＋Ar CH4 CO CO2 CH3OH 其它微量组份 V％ 62～68 6～10 12～14 6～8 6～8 0.6 0.05 ???????????????????????????????????????????? 表2 甲醇尾气变压吸附提氢装置应用一览表 ? 建设单位 装置处理能力（Nm3/h） H2纯度