第一篇：關(guān)于變壓吸附制氧機(jī)的穩(wěn)定性分析

關(guān)于變壓吸附制氧機(jī)的穩(wěn)定性分析

□河南開元空分集團(tuán)有限公司副總工程師

張冰

摘要：變壓吸附制氧在得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，它的穩(wěn)定性問題也被人們關(guān)注，本文就影響變壓吸附制氧穩(wěn)定性的幾個(gè)方面原因，對(duì)比國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備做了一些分析，提出了一些建議和看法。關(guān)鍵詞：變壓吸附制氧、國(guó)產(chǎn)設(shè)備、進(jìn)口設(shè)備、穩(wěn)定性。

變壓吸附制氧以其啟動(dòng)快、低能耗、操作簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)整范圍大等特點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在不需要高純氧的場(chǎng)合，如有色金屬冶煉（煉銅、煉鉛、煉鋅、煉金、煉鎳等）、黑色金屬冶煉（高爐富氧噴煤煉鐵、電爐煉鋼等）、富氧燃燒、化工造氣、醫(yī)療、污水處理（富氧爆氣）等領(lǐng)域使用越來越多。隨著變壓吸附制氧越來越多的使用，一些單位和用戶對(duì)變壓吸附制氧的穩(wěn)定性提出了一些質(zhì)疑，特別是長(zhǎng)期使用深冷制氧機(jī)和從事深冷制氧機(jī)制造的單位認(rèn)為變壓吸附制氧穩(wěn)定性差，連續(xù)性差。本文就大家更多關(guān)心的裝置的穩(wěn)定性問題談一些看法。

穩(wěn)定性問題不外乎兩方面：

1.產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性

一些單位反映說變壓吸附產(chǎn)量和純度使用會(huì)越來越低，我們認(rèn)為可能出現(xiàn)的這種情況，與使用分子篩的質(zhì)量、工藝裝備水平及用戶的操作都有一定的關(guān)系。

筆者曾參觀考察過一些在運(yùn)行的國(guó)內(nèi)和進(jìn)口的變壓吸附制氧設(shè)備，發(fā)生這種現(xiàn)象的裝置中，使用分子篩的質(zhì)量占據(jù)主要地位。分子篩是變壓吸附的核心，分子篩性能優(yōu)劣和使用壽命的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性影響是相當(dāng)直接的。幾家選用不同廠家分子篩的用戶，裝置產(chǎn)量的穩(wěn)定性就各不相同。

比如采用老5A分子篩的設(shè)備，問題就稍顯突出些。使用年限和壽命比現(xiàn)在普遍采用的LIX鋰基離子分子篩就差了許多。有的用戶本身上項(xiàng)目追求的就是短期效應(yīng)，只求低價(jià)，上馬快，設(shè)備早投產(chǎn)，就采用5A分子篩，不考慮運(yùn)行成本和后期產(chǎn)量的穩(wěn)定性問題，這種選型的設(shè)備穩(wěn)定性就差一些。

采用LIX鋰基離子分子篩的用戶是占了大多數(shù)的，特別是在大中型設(shè)備上，它的優(yōu)勢(shì)是明顯的，這也是主流。因?yàn)槌杀竞烷L(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益是用戶的根本利益，多數(shù)用戶都不是在急功近利。采用LIX鋰基離子分子篩，可以提高氧氣提取率，有效降低能耗和減少分子篩的使用量，設(shè)備數(shù)量和占地面積也在減少，可靠性和經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。因此采用5A分子篩的設(shè)備占有率在逐漸縮小，采用LIX鋰基離子分子篩的設(shè)備在占據(jù)主導(dǎo)地位。

即便采用的都是LIX鋰基離子分子篩，因?yàn)橹圃旃に嚭团浞降牟煌湫阅苤笜?biāo)也有所不同。這在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備中已經(jīng)看到了使用效果上的差異，從用戶反饋回來的信息中也得到了印證。即使是國(guó)外的專用LIX鋰基離子分子篩也需要在性能質(zhì)量和使用壽命上下些功夫，在筆者看到的國(guó)外設(shè)備中也同樣存在分子篩壽命的問題。它昂貴的價(jià)格使得用戶在添加或更換它的時(shí)候顯得不十分情愿，用戶希望他們使用的分子篩壽命不只是十年，應(yīng)該更長(zhǎng)。所以提高分子篩性能，提高使用經(jīng)濟(jì)性，這也是提高產(chǎn)量穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

閥門頻繁切換，密封圈的使用壽命等對(duì)產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性也有影響。閥門長(zhǎng)期使用，有時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)開啟不靈活，閥板關(guān)不嚴(yán)，或者密封圈達(dá)不到使用壽命要求，提前產(chǎn)生磨損而導(dǎo)致密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，這些原因會(huì)引起泄露，導(dǎo)致保壓保不住，均壓均不了，引起工況不穩(wěn)，影響產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性。盡管大家在長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐中針對(duì)發(fā)生的問題做了不少的改進(jìn)工作，但是不管是國(guó)產(chǎn)閥門或者中外合資的閥門都還是存在一個(gè)穩(wěn)定性的問題，即使是原裝進(jìn)口的閥門在這樣頻繁切換使用的環(huán)境里也有一個(gè)穩(wěn)定性的問題。

裝備設(shè)計(jì)水平，比如吸附塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也是影響分子篩的使用效果，影響產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性至關(guān)重要的一個(gè)因素。

吸附塔是變壓吸附制氧機(jī)的關(guān)鍵部件，在吸附塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證高效和長(zhǎng)壽是兩大目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)的吸附塔結(jié)構(gòu)普遍采用的是軸流式吸附床結(jié)構(gòu)。這種吸附床的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造費(fèi)用低，缺點(diǎn)是軸流式的進(jìn)氣排氣對(duì)床層的沖擊比較大，容器死隙比較大，設(shè)備體積大，對(duì)氣流分布計(jì)算要求比較嚴(yán)。因?yàn)檫@種吸附塔直徑超大，分布器孔板計(jì)算有難度，設(shè)計(jì)偏薄剛性就顯得不夠，設(shè)計(jì)偏厚又存在不經(jīng)濟(jì)，頻繁的正壓進(jìn)氣和負(fù)壓抽氣造成大直徑孔板的震動(dòng)，會(huì)引起絲網(wǎng)松動(dòng)、破裂，導(dǎo)致分子篩粉化、流化。這種軸流式的進(jìn)排氣方式，分子篩老化和粉化過早出現(xiàn)的概率就相對(duì)也大一些。這種現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)和進(jìn)口設(shè)備采用軸流式吸附床結(jié)構(gòu)的裝置中都曾經(jīng)發(fā)生過。這就是吸附塔長(zhǎng)壽的問題。因?yàn)榧夹g(shù)開發(fā)上的原因，也有設(shè)備造價(jià)的原因，國(guó)內(nèi)的吸附塔結(jié)構(gòu)恐怕還要有一段時(shí)間要沿用這種結(jié)構(gòu)。在沒有大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)突破的情況下，合理優(yōu)化，解決好氣流分布和孔板強(qiáng)度問題，即便是先天不足也要設(shè)計(jì)得相對(duì)合理，這樣長(zhǎng)壽問題才會(huì)有保證。這一點(diǎn)內(nèi)功，我們國(guó)內(nèi)的同行是應(yīng)當(dāng)互相勉勵(lì)來共同加強(qiáng)的！承認(rèn)問題，正視存在不足，這樣才會(huì)想辦法去改進(jìn)、去完善自己的設(shè)計(jì)。

進(jìn)口設(shè)備在大中型裝置中多采用徑軸流（也稱徑向流）吸附床結(jié)構(gòu)。這種軸向進(jìn)氣徑向排氣（也有徑向進(jìn)氣軸向排氣）的方式對(duì)分子篩造成的沖擊較小，氣流分布也更為均勻、平穩(wěn)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是吸附塔容積小、容器死隙小，壓降也小，吸附和解吸期間氣流分布良好，即使是頻繁的進(jìn)氣和抽氣，床層的穩(wěn)定性比較好，絲網(wǎng)松動(dòng)、破裂、分子篩粉化、流化的機(jī)會(huì)也相對(duì)少的多。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)也保證了分子篩與進(jìn)塔空氣的充分接觸，分子篩床層薄，吸附充分，吸附效率高，分子篩用量也少，產(chǎn)量和純度也比較穩(wěn)定。這種吸附床在進(jìn)口設(shè)備中可以經(jīng)常看到，國(guó)內(nèi)供貨商暫時(shí)還沒有開發(fā)出這種昂貴的設(shè)備。有國(guó)內(nèi)供貨商稱已經(jīng)設(shè)計(jì)出了徑向流吸附床，但尚未見到有用在設(shè)備的報(bào)道。這就是高效問題。這也就是國(guó)內(nèi)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備存在差距的一個(gè)重要所在。

2.裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性

裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)供貨商來說是靠程控系統(tǒng)和裝備質(zhì)量來保證的，對(duì)用戶來說則是靠正確的操作和維護(hù)保養(yǎng)來決定的。

程控系統(tǒng)大家都采用PLC控制，國(guó)內(nèi)這方面程控軟硬件做的已經(jīng)很成功，應(yīng)用也非常普及廣泛，這方面已經(jīng)沒有太多的問題。裝備質(zhì)量的問題就比較復(fù)雜。

先談進(jìn)口設(shè)備。

進(jìn)口設(shè)備多采用“一拖二”的機(jī)組配備，即一臺(tái)電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備少但配置合理，主機(jī)的穩(wěn)定性也好。鼓風(fēng)機(jī)和真空泵占地少，精度好，效率高，振動(dòng)也小。而國(guó)內(nèi)設(shè)備的配置卻做不到這么緊湊，不但實(shí)現(xiàn)不了“一拖二”，鼓風(fēng)機(jī)和真空泵也做不到體積小和效率高。這就是配置可靠性的問題。雖然變壓吸附制氧因?yàn)樵O(shè)備少，故障相對(duì)較少，處理起來也比較容易，但與進(jìn)口設(shè)備這種簡(jiǎn)捷高效的配置相比，設(shè)備增多故障點(diǎn)也隨之增多，還是存在穩(wěn)定性的差異。

“消噪”處理的好壞對(duì)穩(wěn)定性也有影響。有效的“消噪”處理，可以減輕設(shè)備和管道的振動(dòng)，有助于提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

大家知道，噪音是由振動(dòng)產(chǎn)生的，特別是蘿茨真空泵出口消音器“消噪”處理對(duì)變壓吸附來說是一個(gè)不容忽視的難題，因?yàn)樽儔何降脑胍艉艽笠徊糠殖鲎杂谒Ｌ}茨真空泵抽真空時(shí)產(chǎn)生的氣流流速達(dá)到30m/s，又是低頻脈沖式的，對(duì)消音器筒壁的沖刷斷續(xù)又劇烈，產(chǎn)生的振動(dòng)噪音比較大，“消噪”的難度也比較大，這成了蘿茨真空泵的一個(gè)“硬傷”。

難度大并不意味著沒辦法處理。筆者看到一家進(jìn)口設(shè)備的濕式消音器“消噪”處理就比較好，振動(dòng)比國(guó)產(chǎn)設(shè)備小的多，國(guó)產(chǎn)設(shè)備雖然也在不斷嘗試改進(jìn)，但效果總談不上理想。鄂州汴京空氣分離設(shè)備有限公司剛剛在大冶市興成礦業(yè)有限公司投產(chǎn)的變壓吸附制氧機(jī)就在“消噪”處理上下了一些功夫，做了些新的嘗試，不但廠房?jī)?nèi)做“消噪”處理，連真空泵濕式消音器也整體做“消噪”處理，并且在消音器出口又增加了消音器，實(shí)測(cè)廠房外噪聲只有68～70dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。“硬傷”在這里得到了有效的解決。

進(jìn)口設(shè)備的整體“消噪”處理也做得精細(xì)，不但該做的處理一點(diǎn)都不省，連廠房橫梁都做了消音處理，這一點(diǎn)值得我們國(guó)內(nèi)供貨商學(xué)習(xí)。

進(jìn)口設(shè)備也有不完善的地方。我們談的這家進(jìn)口設(shè)備的鼓風(fēng)機(jī)出口消音器，振動(dòng)就比我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備大得多。國(guó)產(chǎn)設(shè)備原來振動(dòng)也大，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)改動(dòng)，振動(dòng)大大減少。

再談國(guó)內(nèi)設(shè)備。

裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性還有一條重要的因素，就是吸附塔制造質(zhì)量。吸附塔制造質(zhì)量的好壞對(duì)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響。

因?yàn)閲?guó)內(nèi)的軸流式吸附塔超大的直徑造成制造和運(yùn)輸?shù)牟槐悖覀兊墓┴浬坛鲇谥圃斐杀旧系目紤]，多數(shù)采取就近尋找有資質(zhì)的單位就近加工就近供貨的方式，這樣做的好處是節(jié)約了制造成本，但對(duì)制造質(zhì)量的把關(guān)卻造成了難度，對(duì)制造過程做不到有效監(jiān)控。這種制造質(zhì)量上存在的不確定性因素甚至給設(shè)備的穩(wěn)定性帶來致命的隱患！這一點(diǎn)相信我們的供貨商應(yīng)該深有感觸，本來設(shè)計(jì)很好的一套裝置因?yàn)橥獍剿闹圃熨|(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)造成分子篩粉化、流化，給設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果！這種嚴(yán)重的后果在早期進(jìn)口設(shè)備中采用軸流式的吸附塔中也曾經(jīng)發(fā)生過，造成的損失也很大。

因此我們的供貨商要在控制好產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫，該把好關(guān)的一定要把好關(guān)，加強(qiáng)和提高裝備制造水平，避免這種嚴(yán)重的后果發(fā)生。

實(shí)際上產(chǎn)量和純度的穩(wěn)定性和裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性都是在談一個(gè)問題，兩者是結(jié)合在一起分不開的。國(guó)產(chǎn)設(shè)備雖然因?yàn)樯厦嬲劦降囊恍┰颍诜€(wěn)定性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上等等還需要做出努力，但是國(guó)產(chǎn)設(shè)備也有自身的優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉，設(shè)計(jì)富裕量大。造價(jià)低廉可以惠顧用戶，與進(jìn)口設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但富裕量大卻值得探討。筆者認(rèn)為這個(gè)富裕量既是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)，嚴(yán)格來說應(yīng)該不是經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)。

進(jìn)口設(shè)備從設(shè)備選型到分子篩用量都是采用模塊設(shè)計(jì)，產(chǎn)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)到位，工藝計(jì)算準(zhǔn)確，幾乎沒有富裕量。量化準(zhǔn)確，實(shí)際上也是一種嚴(yán)謹(jǐn)、成熟和負(fù)責(zé)態(tài)度的表現(xiàn)。這一點(diǎn)值得我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備借鑒。

隨著使用年限的增加，因?yàn)榱鞒探M織和采用分子篩性能不同，用戶操作使用和維修保養(yǎng)效果也不一樣，個(gè)別機(jī)組存在這種產(chǎn)量和純度降低的現(xiàn)象。但大多數(shù)裝置運(yùn)行狀況都是良好的，這是主流！即使有產(chǎn)量和純度降低的裝置，降低的比例也是很小的，有限的降低對(duì)整套裝置的使用不會(huì)造成太大的影響，也不會(huì)影響到用戶的正常生產(chǎn)，用戶不必為此擔(dān)心。相對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)有充足富裕量的優(yōu)點(diǎn)來講，又是對(duì)產(chǎn)量和純度降低的一種補(bǔ)充。況且分子篩供貨商對(duì)分子篩的質(zhì)量和使用壽命也有承諾：正常使用，十年之內(nèi)（也有供貨商保證十五年的）因?yàn)榉肿雍Y質(zhì)量原因引起產(chǎn)量和純度降低，供貨商免費(fèi)更換或添加或活化再生分子篩。這樣的服務(wù)承諾用戶可以放心地使用變壓吸咐制氧機(jī)了。

隨著原材料的不斷上漲，鋼材和有色金屬材料價(jià)格也在不斷上漲，設(shè)備制造成本也在不斷的增加，深冷制氧機(jī)因?yàn)橛斜姸嗟闹圃煸O(shè)備而引起成套設(shè)備價(jià)格的攀升，相對(duì)變壓吸附較少設(shè)備價(jià)格的攀升來說壓力和負(fù)擔(dān)就重了些。但在裝置大型化上和純度上深冷制氧機(jī)的優(yōu)勢(shì)還是明顯的，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始承做了83000Nm3/h的制氧機(jī)（開封空分集團(tuán)已經(jīng)與天津榮城鋼鐵有限公司簽約），純度99.6%。變壓吸附因?yàn)槭茏陨砉に嚄l件的限制，目前還做不到這樣大的裝置，純度也做不到這樣高。雖然有新嘗試的報(bào)道，也有復(fù)合制氧機(jī)的出現(xiàn)，但也只是在中小型的規(guī)模上。從前雖有日本能夠用變壓吸附法生產(chǎn)９９.５%的報(bào)道，但實(shí)際的工業(yè)化裝置，筆者還未確知。西梅卡亞洲氣體系統(tǒng)成都有限公司，僅在裝置容量很小（<１５ＮＭa3/Ｈ）的情況下，采用意大利Ｔtalfilo技術(shù)生產(chǎn)９９%氧純度的分子篩制氧裝置。這也是迄今為止變壓吸附制氧最高的純度報(bào)道。

開發(fā)新工藝，設(shè)計(jì)新型吸附塔，研發(fā)更加高效的分子篩吸附劑，應(yīng)該是變壓吸附大型化發(fā)展的方向。

國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的變壓吸附制氧裝置，流程設(shè)計(jì)上有采用傳統(tǒng)的蘿茨鼓風(fēng)機(jī)和蘿茨真空泵的，有采用離心鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵的，基本上都是這兩種。吸附劑也都采用目前專用的ＬＩＸ鋰基離子分子篩。專用切換蝶閥有采用中外合資產(chǎn)品的也有采用國(guó)產(chǎn)液壓傳動(dòng)閥門的。采用蘿茨風(fēng)機(jī)流程的優(yōu)點(diǎn)是能耗低了一些的，缺點(diǎn)是噪音稍高，消噪的任務(wù)比較大；采用離心風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵流程的優(yōu)點(diǎn)是噪音稍低些，缺點(diǎn)是能耗稍高些，密封水量用得多了一些，密封水的回收工作要多做一些。吸附塔的數(shù)量有采用兩塔、三塔、四塔或五塔的（有開發(fā)單塔的報(bào)道，但沒見到使用）。采用吸附塔的數(shù)量的多少實(shí)際上也是一個(gè)工藝裝備水平衡量的標(biāo)志，這方面我們國(guó)內(nèi)的同行可是任重而道遠(yuǎn)！雖然供貨商從各自工藝流程設(shè)計(jì)角度和裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性角度考慮采用吸附塔數(shù)量的多少，但是進(jìn)口的“四千”、“五千”變壓吸附制氧裝置，兩塔流程就可以實(shí)現(xiàn)，甚至敢說“七千”也可以采用兩塔流程！兩塔流程工藝簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備數(shù)量少，投資低，長(zhǎng)期運(yùn)行成本也低，當(dāng)然是一種優(yōu)化的流程方案，但要在大型裝置上實(shí)現(xiàn)，理論上可行，實(shí)際上難度很大。所以在裝備水平和工藝水平上我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備的差距是明顯的。提高裝備水平，縮短工藝差距，任務(wù)比較艱巨！

我們常常可以看到這種現(xiàn)象，新上項(xiàng)目試車階段和項(xiàng)目完成以后種種原因致使不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，頻繁開停制氧機(jī)，造成無謂的水電浪費(fèi)。筆者在內(nèi)蒙一家剛剛投產(chǎn)的銅冶煉廠就看到這種現(xiàn)象，這家銅冶煉廠在招標(biāo)制氧機(jī)（中型空分）時(shí)采用了傳統(tǒng)的深冷機(jī)，當(dāng)時(shí)對(duì)變壓吸附制氧機(jī)也有推薦，但這家單位認(rèn)為變壓吸附制氧不穩(wěn)定，又沒有技術(shù)含量，就沒有采用。現(xiàn)在的生產(chǎn)狀況是半月一開或者是一月一開，每次一停一開制氧機(jī)就要三天三夜（停機(jī)后加溫吹除一天，開機(jī)后開車出氧兩天），電費(fèi)就是十萬元，浪費(fèi)實(shí)在是驚人！實(shí)際上大家都知道，銅的冶煉需要混氧鼓風(fēng)，不需要純度太高的氧氣，采用變壓吸附機(jī)是非常合適的，既方便操作，又減少電費(fèi)損失，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。筆者認(rèn)為，深冷機(jī)和變壓吸附無所謂孰優(yōu)孰劣，只是適用場(chǎng)合不一樣，用戶應(yīng)該從自身經(jīng)濟(jì)和實(shí)用角度考慮選擇采用哪種制氧機(jī)。

筆者認(rèn)為，在純度要求不高的制氧項(xiàng)目上，中小型制氧機(jī)（“六千”以下）采用變壓吸附應(yīng)該比較經(jīng)濟(jì)劃算，在大型制氧機(jī)項(xiàng)目上（“六千”以上）采用深冷機(jī)可靠性比較強(qiáng)。

產(chǎn)生疑問與宣傳資料少和變壓吸附空分制氧技術(shù)成熟時(shí)間相對(duì)較短及國(guó)家對(duì)此推廣力度不夠有關(guān)。通過這幾年我們供貨商不斷的努力，也通過宣傳力度的加強(qiáng)和越來越多的裝置的投產(chǎn)，用戶看到了變壓吸附的存在，也逐漸接受了這種制氧機(jī)。人們對(duì)變壓吸附的認(rèn)識(shí)也越來越清晰、客觀，定位也越來越準(zhǔn)確，這種客觀的認(rèn)識(shí)和定位就是一種可喜的進(jìn)步！

第二篇：變壓吸附工藝分析

變壓吸附工藝分析

變壓吸附（PSA）技術(shù)是近3多年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型氣體分離與凈化技術(shù)。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。變壓吸附氣體分離工藝過程的實(shí)現(xiàn)主要是依靠吸附劑在吸附過程中所具有的兩個(gè)基本性質(zhì)：一是對(duì)不同組分的吸附能力不同，而是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合氣體中某些組分的分離、提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫高壓下吸附、在高溫低壓下解吸再生。

一．基本原理

任何一種吸附對(duì)于同一被吸附氣體（吸附質(zhì)）來說，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過程。

如果壓力不變，在常溫或低溫的情況下吸附，用高溫解吸的方法，稱為變溫吸附（簡(jiǎn)稱TSA）。顯然，變溫吸附是通過改變溫度來進(jìn)行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫（常溫）吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進(jìn)行，由于吸附劑的比熱容較大，熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）較小，升溫和降溫都需要較長(zhǎng)的時(shí)間，操作上比較麻煩，因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。

如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。變壓吸附操作由于吸附劑的熱導(dǎo)率較小，吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其看成等溫過程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進(jìn)行，在較高壓力下吸附，在較低壓力下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進(jìn)行，從靜態(tài)吸附平衡來看，吸附等溫線的斜率對(duì)它的是影響很大的。

吸附常常是在壓力環(huán)境下進(jìn)行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結(jié)合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng)。在等溫的情況下，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過程。吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加，并隨著壓力的降低而減少，同時(shí)在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生，外界不需要供給熱量便可進(jìn)行吸附劑的再生。因此，變壓吸附既稱等溫吸附，又稱無熱再生吸附。

在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)原料氣的組成、壓力機(jī)產(chǎn)品凈化要求的不同可選擇PSA、TSA或PSA+TSA工藝。變壓吸附根據(jù)降壓解吸方式的不同分為兩種工藝：PSA與真空變壓吸附（VPSA）。在實(shí)際生產(chǎn)種，究竟采用何種吸附工藝，主要根據(jù)原料氣的組成性質(zhì)、壓力、流量、產(chǎn)品的要求等決定。

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)分離技術(shù)是一種低能耗的氣體分離技術(shù)。變壓吸附（PSA）工藝所要求的壓力一般在0.1～2.5MPa，允許壓力變化范圍較寬，一些有壓力的氣源，如氨廠弛放氣、變換氣等，本身的壓力可滿足變壓吸附(PSA)工藝的要求，可省去再次加壓的能耗。對(duì)于處理這類氣源，PSA制氫裝置的消耗僅是照明、儀表用電及儀表空氣的消耗，能耗很低；PSA裝置壓力損失很小，一般不超過0.05MPa。

變壓吸附循環(huán)是吸附和再生的循環(huán)，吸附過程是吸附劑在加壓時(shí)吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附器層流出，當(dāng)吸附劑被強(qiáng)吸附組分飽和以后，吸附塔需要進(jìn)入再生過程，也就是解吸或脫附過程。在變壓吸附過程中吸附器內(nèi)吸附劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實(shí)現(xiàn)的，在工業(yè)裝置上可以采用的方法有： 1)降低吸附器壓力(泄壓)2)對(duì)吸附器抽真空 3)用產(chǎn)品組分沖洗

l 常壓解吸：

升壓過程(A-B): 經(jīng)逆放解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P1、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點(diǎn)).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點(diǎn)).吸附過程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時(shí)輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(shí)(C點(diǎn))停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時(shí)吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點(diǎn))。

順放過程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點(diǎn)時(shí)，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過程(D-E): 開始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

沖洗過程(E-A): 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用別的吸附器順向降壓過程排出的產(chǎn)品組分，在過程最低壓力P1下進(jìn)行逆向沖洗不斷降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨沖洗氣帶出吸附器.經(jīng)一定程度沖洗后，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量降低到過程的最低量Q1時(shí)，再生終止.至此，吸附器完成了一個(gè)吸附—解吸再生過程，再次升壓進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。l 真空解吸：

升壓過程(A-B): 經(jīng)真空解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P0、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點(diǎn)).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點(diǎn))。

吸附過程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時(shí)輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(shí)(C點(diǎn))停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時(shí)吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點(diǎn))。

順放過程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點(diǎn)時(shí)，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過程(D-E): 開始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

抽空過程(E-A): 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨抽空氣帶出吸附器.抽吸一定時(shí)間后，床內(nèi)壓力為P0，雜質(zhì)吸留量降低到過程的最低量Q1時(shí)，再生終止。至此，吸附器完成了一個(gè)吸附—解吸再生過程，再次升壓進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。二．變壓吸附脫炭

變壓吸附基本工作原理是利用吸附劑對(duì)吸附質(zhì)在不同的分壓下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定壓力下對(duì)被分離的氣體混合物的各組分有選擇吸附的特性，加壓吸附除去原料氣中的雜質(zhì)組分，減壓脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。因此，采用多個(gè)吸附床，循環(huán)地變動(dòng)所組合的各吸附床壓力，就可以達(dá)到連續(xù)分離氣體混合物的目的。

合成氨變換氣中主要組分為：水（汽）、有機(jī)硫、無機(jī)硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氬及氫氣。這些氣體組分在物理吸附劑上的吸附能力和吸附量，在一定的溫度和壓力下依次減弱和減少。當(dāng)變換氣通過吸附床層時(shí)，在前的組分優(yōu)先被吸附，即使吸附劑已經(jīng)吸附了在后的組分，在前的組分也會(huì)把它頂替出來。難吸附組分氫、氮、甲烷、一氧化碳等氣體很少被吸附，從吸附塔出口端排出，做為脫除了二氧化碳的氣體輸出。在吸附床降壓時(shí)，被吸附的二氧化碳等氣體解吸出來，同時(shí)吸附劑獲得再生。l 裝置主要類型：

由于用途不同，變壓吸附脫碳裝置可分為三種類型：?jiǎn)渭兠摮趸极@得凈化氣的裝置；脫除變換氣中的二氧化碳并聯(lián)產(chǎn)食品級(jí)液體二氧化碳的裝置；同時(shí)制取脫碳凈化氣和純度為98%的氣體二氧化碳的裝置。（1）PSA脫碳裝置

目前中小型合成氨廠采用最多的仍是單純脫除CO2獲得凈化氣的PSA裝置，以替代傳統(tǒng)的濕法脫碳。根據(jù)氨廠的不同需要又分為兩種工藝，一種是替代碳化以增產(chǎn)液氨為目的的脫碳工藝。變換氣經(jīng)PSA脫碳后凈化氣中CO2含量小于0.2%，直接進(jìn)精煉工序。目前此類裝置運(yùn)行情況，氫回收率﹥97%，凈化氣中氫氮比在3.0左右，并且在脫除CO2的同時(shí)，還將大部分雜質(zhì)如CH4、CO、H2S脫除，減小了后續(xù)工段的負(fù)擔(dān)。另一種是用于與聯(lián)醇裝置配套的工藝。由于凈化氣用于聯(lián)醇生產(chǎn)，考慮到甲醇合成催化劑的壽命和盡可能提高CO的回收率問題，一般將脫碳凈化氣中的CO2含量控制在1%~5%的水平。目前此類裝置運(yùn)行情況，氫回收率﹥98%，CO回收率﹥90%。在脫除CO2的同時(shí)，還將變換氣中的硫化物脫除到0.1mg/m3（標(biāo)）的水平，原料氣中所含微量氯、氨、水、砷等雜質(zhì)可同時(shí)脫除。（2）脫碳并聯(lián)產(chǎn)液體CO2裝置

將來自PSA脫碳裝置的解吸氣在常壓狀態(tài)下進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓到一定的壓力后首先進(jìn)行預(yù)處理，除去解吸氣中所含的各類硫化物、微量的砷、氟、氯等以及飽和水，以滿足食品級(jí)CO2的要求。預(yù)處理后的氣體冷卻到0℃以下，使解吸氣的CO2成為液體，然后進(jìn)入提純塔使CO2和其他氣體分離，最后在提純塔底部得到純度為99.5%~99.999%的食品級(jí)液體CO2產(chǎn)品。

（3）脫碳并同時(shí)制取純CO2裝置，該裝置是由提純系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)兩部分組成，兩系統(tǒng)均采用多塔PSA工藝。變換氣通過提純系統(tǒng)將CO2濃度富集到98.5%以上，供尿素裝置使用。出提純系統(tǒng)的中間氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)將中間氣中的CO2進(jìn)一步凈化到0.2%以下，以保證合成氨生產(chǎn)需要。

兩段法變壓吸附脫碳的主要特點(diǎn)是，第一段脫除大部分二氧化碳，出口氣中二氧化碳控制在8-12%，吸附結(jié)束后，通過多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮?dú)狻６啻尉鶋航Y(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.06MPA（表）的壓力，然后逆著吸附方向降壓放空，直到吸附塔內(nèi)壓力放到常壓為止，二氧化碳被排放出來，其濃度大于98%吸附劑得到初步再生。吸附得到初步再生。吸附塔逆放結(jié)束后，先與中間氣緩沖罐連通，用中間氣緩沖罐中的氫氮?dú)鈱?duì)吸附塔升壓，直到中間氣緩沖破罐與吸附塔的壓力平衡為止再用均壓和產(chǎn)品氣對(duì)床層逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過程。經(jīng)過對(duì)第一段脫碳工業(yè)裝置的分析，多次均壓結(jié)束后，吸附塔還有0.06Mpa（表）的壓力，吸附塔解吸氣中的二氧化碳含量平均大于98%其它為氫氣，氮?dú)猓谎趸技凹自海旱诙螌⒌谝欢挝剿隹跉庵械亩趸济撝?.2%以下，吸附結(jié)束后通過多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮?dú)狻６啻尉鶋航Y(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.09MPA（表）的壓力）吸附壓力為0.8MPA時(shí)），通過降壓入入中間緩沖罐，直到吸附塔內(nèi)壓力與中間緩沖罐壓力平衡為止，此時(shí)，吸附塔內(nèi)壓力在0.005-常壓MPA之間。再生結(jié)束后，用均勻氣和產(chǎn)品氣對(duì)床野逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過程。第二段吸附塔均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)的有效氣體沒有直接放空，而是利用中間緩沖罐將其返回到第一段吸附塔加以回收。

三、變壓吸附制氧

變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮和氧在吸附劑上因壓力不同而吸附性能的差異來選擇性吸附進(jìn)行氧氮分離，吸附氮?dú)饧捌渌s質(zhì)，產(chǎn)出氧氣。根據(jù)吸附分離的吸附和解吸壓力的不同，通常可將常溫變壓吸附制分離制氧工藝分成三種不同的工藝方式。

1、常壓解吸變壓吸附制氧（PSA-O2）：

與空氣變壓吸附分離制氮流程相似，一定壓力（0.3 MPa ～0.55MPa）的壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)除去油、塵及大部分的汽態(tài)水份后，潔凈空氣進(jìn)入PSA-O2系統(tǒng)吸附塔，潔凈空氣中大部分的氮?dú)狻⒍趸肌堄嗨荼晃剑鯕鈩t被分離出來。當(dāng)吸附塔內(nèi)被吸附的雜質(zhì)組份達(dá)到設(shè)定控制值時(shí)，通過常壓脫附解吸，使該吸附塔的制氧吸附劑再生。由兩塔組成的吸附分離系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)的控制下通過程控閥門的起閉而循環(huán)切換完成連續(xù)制氧，該制氧流程通常稱為變壓吸附常壓解吸制氧流程（PSA-O2）。

2、真空解吸變壓吸附制氧（VPSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（25KPa-39KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣。空氣中的氮?dú)狻⒍趸肌⑺魵獗晃竭_(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先通過常壓解吸，再經(jīng)過真空泵抽真空達(dá)到一定真空度，使吸附塔內(nèi)吸附劑雜質(zhì)徹底脫附再生。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)在PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸變壓吸附制氧流程（VPSA-O2）。

3、真空解吸制氧（VSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（15KPa ～19KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣。空氣中的氮?dú)狻⒍趸肌⑺魵獗晃竭_(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先經(jīng)常壓解吸，再經(jīng)真空泵抽真空達(dá)到一定真空度進(jìn)行真空解吸，徹底脫附再生吸附塔內(nèi)分子篩雜質(zhì)。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸制氧流程（VSA-O2），設(shè)備規(guī)模更大，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

第三篇：變壓吸附工藝流程

變壓吸附工藝流程

物料在精餾低塔系統(tǒng)處理完畢后，剩余的不凝氣體經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)入吸附塔，乙炔和氯乙烯被吸附下來，無法被吸附劑吸附下來的其他氣體通過尾排閥門排放到大氣中。

吸附飽和的吸附塔經(jīng)過壓力均降，逆放，抽空一，抽空二，抽沖，抽空三，壓力均升，終充8個(gè)步驟進(jìn)行處理，塔內(nèi)吸附的乙炔和氯乙烯完全解吸出來，通過壓力差和真空泵送入轉(zhuǎn)化。

下面將變壓吸附的9個(gè)步驟進(jìn)行分步介紹：

1、吸附

不凝氣體在尾排前進(jìn)入預(yù)熱器，原料氣在預(yù)熱器內(nèi)加熱到40℃后，通過KV1閥送到吸附塔內(nèi)。六塔流程為兩個(gè)塔同時(shí)進(jìn)行吸附，其他四個(gè)塔進(jìn)行處理。原料氣內(nèi)氯乙烯和乙炔在吸附塔內(nèi)被吸附下來，剩余未被吸附的氣體，經(jīng)過KV2閥到達(dá)尾排，通過壓力調(diào)節(jié)閥門排放至空氣中。

此過程需要的時(shí)間為804S，壓力比精餾系統(tǒng)的壓力低0.02MPa，在0.47～0.49 MPa。總時(shí)間的設(shè)定是根據(jù)原料氣流量、凈化氣內(nèi)的氯乙烯和乙炔含量決定的。

如精餾系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，變壓吸附的壓力也同時(shí)跟著波動(dòng)。所以，我們?cè)诓僮鲿r(shí)，要保證精餾壓力及原料氣的流量穩(wěn)定。當(dāng)精餾停車時(shí)，系統(tǒng)通過KV10，KV11或KV15,KV16閥切換至直排；精餾壓力低到設(shè)定值（0.45 MPa）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行切換。

2、壓力均降 吸附結(jié)束后，飽和的吸附塔在設(shè)定好的T2步驟進(jìn)行壓力降，通過KV5和KV9閥，將吸附塔內(nèi)的壓力泄入中間罐內(nèi)。均降步驟在16S就可完成，剩余的時(shí)間留給抽空三，使得抽空三步壓力盡可能的抽至-0.09MPa吸附塔的解吸更徹底。

吸附塔壓力由0.48MPa降至0.22MPa。

3、逆放

均壓結(jié)束后，吸附塔的逆放為T4和T6步驟，共計(jì)130S。此時(shí)，吸附塔的壓力通過KV17閥進(jìn)入轉(zhuǎn)化二級(jí)混脫，為防止轉(zhuǎn)化壓力波動(dòng)，控制HV102閥門的開度調(diào)節(jié)，使氣體的壓力緩慢釋放。

壓力由0.22MPa降至0.04～0.05MPa。HV102的斜率系數(shù)為1.00，閥門的最小開度為25%，最大開度為100%。

4、抽空一

逆放結(jié)束后為吸附塔的T8抽空一，打開KV18或KV19閥控制HV102閥門的開度，真空泵

設(shè)定的時(shí)間為132S，達(dá)到要求的真空度-0.05 MPa。

5、抽空二

6、抽沖

7、抽空三

8、壓力均升

9、終充

第四篇：變壓吸附制氮機(jī)的原理分析

變壓吸附制氮機(jī)的原理分析

川匯氣體

變壓吸附制氮機(jī)名詞解釋及工作原理分析

變壓吸附（PSA）制氮技術(shù)，具有能耗低、低噪音、無污染、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。可滿足各種用氣需要，在冶煉、金屬加工、石化工業(yè)、電子工業(yè)、食品行業(yè)、倉儲(chǔ)運(yùn)輸、等眾多領(lǐng)域得到廣泛使用。

變壓吸附制氮機(jī)是以空氣為原料，利用分子篩吸附劑對(duì)空氣中氮、氧不同的吸附性能，在常溫下變壓吸附(簡(jiǎn)稱PSA)制取氮?dú)狻Ｖ饕Y(jié)構(gòu)由空氣凈化系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)，制氮系統(tǒng)、氮?dú)鈨?chǔ)罐等部分構(gòu)成。

碳分子篩是由碳組成的多孔物質(zhì)，孔結(jié)構(gòu)模型為無序堆積碳素結(jié)構(gòu)。它分離空氣的能力，取決于空氣中各種氣體在碳分子篩微孔中的不同擴(kuò)散速度或不同的吸附力。由于氧分子通過碳分子篩微孔系統(tǒng)的狹窄空隙的擴(kuò)散速度比氮分子快得多。因此，當(dāng)加壓時(shí)它對(duì)氧優(yōu)先吸附，而氮?jiǎng)t被富集成高純度氣體。變壓吸附制氮機(jī)正是利用這一特性，采用加壓吸附、減壓解吸的方式實(shí)現(xiàn)氮氧分離。變壓吸附法通常使用兩塔并聯(lián)，交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生，從而獲得連續(xù)的氮?dú)饬鳌SA制氮機(jī)工藝流程

壓縮后的空氣經(jīng)空氣貯存緩沖罐進(jìn)入活性碳過濾器，除去油和水，然后經(jīng)過冷干機(jī)干燥冷卻卸壓再經(jīng)過T級(jí)和A級(jí)精密過濾后進(jìn)入兩個(gè)吸附塔。

PSA制氮工藝流程是采用在常溫下變壓吸附（即PSA）為無熱源的吸附分離過程，碳分子篩對(duì)吸附組合（主要是氧分子）的吸附容量因其分壓升高而增加，因其分壓的下降而減少。這樣，碳分子篩在加壓時(shí)吸附，減壓時(shí)解吸，放出被吸附的部分，使碳分子再生，形成循環(huán)操作。

變壓吸附過程，循環(huán)操作包括：吸附、均壓、降壓、釋放、沖洗，然后再充壓、吸附幾個(gè)工作階段，形成循環(huán)操作過程。

PSA制氮裝置根據(jù)流程的再生壓力不同，可分為真空再生和常壓再生流程。在兩種流程中，原料空氣經(jīng)無油空壓機(jī)壓縮調(diào)壓后，進(jìn)入除油系統(tǒng)和冷卻器，再經(jīng)干燥進(jìn)入碳分子篩吸附塔，吸附塔的上部排出產(chǎn)品氮?dú)猓晃降难鯕庵苯优欧诺酱髿庵校瑢?shí)現(xiàn)碳分子篩的再生。

第五篇：變壓吸附設(shè)計(jì)（xiexiebang推薦）

一、關(guān)于吸附劑的算法：(以易吸附組分為準(zhǔn))QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP×3600/t 其中QF為進(jìn)口體積流量Nm3/h Cout為易吸組分進(jìn)口濃度 Cin為易吸組分出口濃度 n為總塔數(shù)，VR為單塔吸附劑體積 噸

q為吸附劑對(duì)易吸組分吸附容量 Nm3/噸 ΔP最后一次均壓與吹掃或抽真空之間的壓差 t為總循環(huán)時(shí)間，t0為單塔循環(huán)時(shí)間，t=n×t0，故上式變?yōu)椋?/p>

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裝置的處理能力即要分離的易吸組分總量QF(Cout－Cin)只與單塔的吸附劑量VR和吸附容量q、解吸壓差ΔP和單塔循環(huán)時(shí)間t0有關(guān)，對(duì)同一裝置來說，吸附容量q變化不大，要想加量，只能縮短循環(huán)時(shí)間，以增加循環(huán)數(shù)次，提高吸附劑利用次數(shù)或者增大ΔP以提高吸附劑吸量。

二、關(guān)于分離系數(shù)

分離系數(shù)定義：弱吸附組分在吸附床死空間中殘余量/弱吸附組分在吸附床中的總量）與（強(qiáng)吸附組分在吸附床死空間中殘余量/強(qiáng)吸附組分在吸附床中的總量）之比

如根據(jù)物料算出兩組分分離系統(tǒng)中以下數(shù)據(jù)：

1、弱吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出弱吸附組分放空量

2、強(qiáng)吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出強(qiáng)吸附組分放空量 比如制氧算出：

氮總放空量為8430 Nm3，通過塔壓及空隙算出784 Nm3； 氧總放空量為385 Nm3，通過塔壓及空隙算出196 Nm3 則分離系數(shù)為：

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

另：如為兩組分系統(tǒng): 則塔內(nèi)床層死空間弱組分殘余量即為：V1*0.65*C1*ΔP 塔內(nèi)床層吸附劑吸附弱組分量即為：V1*（1－0.65）*τ*ΔP*C1

三、壓力與電耗一覽表

動(dòng)力設(shè)備123456兗礦風(fēng)機(jī)兗礦壓縮機(jī)中成真空泵東明空壓機(jī)中成風(fēng)機(jī)抽氣量或打入口輸出電機(jī)功最大軸軸功電耗電機(jī)電耗氣量(m3/h)壓力壓力率功率(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廣東中成氧壓機(jī)8兗礦魯化壓縮機(jī)

四、過熱蒸汽區(qū)域描述蒸汽在溫度高于飽和蒸汽溫度的狀態(tài)。保持壓力不變，加熱飽和蒸汽，它的溫度會(huì)上升，就產(chǎn)生過熱蒸汽。

實(shí)際上就像一般的氣體如空氣中CO2一樣，就是在指定的壓力下，溫度高于蒸汽壓。飽和蒸汽壓和飽和溫度有一定的關(guān)系，其遵守克勞修斯—克萊佩龍方程

lnp=－ΔvapHm/R×(1/T)+c

根據(jù)化工工藝手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)，可以求出ΔvapHm，和C，求出公式如下： y =-4820.2x + 24.493，其中y為lnp，x為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)汽化潛熱(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、各專業(yè)條件提法

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段的一般要求

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，工藝安裝專業(yè)應(yīng)給設(shè)備專業(yè)提交工藝裝置設(shè)備平面布置圖，若有特殊的荷載要求時(shí)，應(yīng)在圖上加以說明或單獨(dú)提出。2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的一般要求

2.2.1 工藝安裝專業(yè)委托設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)的有隔熱耐磨襯里的煙氣管道等，應(yīng)提供設(shè)備平豎面布置圖，并確定走向和支吊架位置。工藝、自控專業(yè)的開口方位及大小，也由工藝安裝專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)。

2.2.2 與土建和設(shè)備專業(yè)都有關(guān)的平臺(tái)梯子，應(yīng)分別給兩個(gè)專業(yè)各提供一份資料。

2.2.3 用簡(jiǎn)圖表示出設(shè)備的開口方位。簡(jiǎn)圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖上的相一致。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，但其開口方位需重新設(shè)計(jì)或作部分修改，則還應(yīng)表示出方向針與復(fù)用設(shè)備圖中原有0°方位的關(guān)系。

2.2.4 開口方位簡(jiǎn)圖上應(yīng)列出所有開口的編號(hào)、名稱和公稱直徑，并應(yīng)與工藝專業(yè)提交給設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)資料相一致。對(duì)開口法蘭的壓力等級(jí)及密封面形式有要求時(shí)，應(yīng)予注明。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，則開口方位簡(jiǎn)圖上的開口編號(hào)應(yīng)與原圖相一致，設(shè)備法蘭接口外徑和壁厚應(yīng)與相接工藝管道一致。

2.2.5 工藝設(shè)備上的儀表開口方位，應(yīng)與自控專業(yè)共同確定，畫出同一張開口方位簡(jiǎn)圖上，并經(jīng)自控專業(yè)簽字。

2.2.6 塔類設(shè)備上附設(shè)的檢修吊架方位應(yīng)表示在開口方位簡(jiǎn)圖上。立式容器類設(shè)備的支腿、支耳的方位有特殊要求者，也應(yīng)在開口方位簡(jiǎn)圖上表示出來。

2.2.7 布置開口方位時(shí)，應(yīng)注意開口與塔內(nèi)件（如降液管、受液盤等）的關(guān)系，以保證符合工藝要求，并避免與塔內(nèi)件相碰，橢圓形封頭的小R 處盡量不布置開口。

3.生根于設(shè)備上的鋼平臺(tái)梯子

3.1 應(yīng)繪制分層的平臺(tái)梯子平面簡(jiǎn)圖，（當(dāng)復(fù)印計(jì)算機(jī)繪制的配管圖作平臺(tái)梯子資料時(shí)，必須用紅筆標(biāo)明開洞，并標(biāo)注清楚平臺(tái)梯子的尺寸），簡(jiǎn)圖應(yīng)清晰、明確、可不按比例，但尺寸的相對(duì)關(guān)系不宜與實(shí)際相差懸殊，以免造成錯(cuò)覺。簡(jiǎn)圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖相一致。

3.2 塔及立式容器上的扇形平臺(tái)應(yīng)注出其張角、寬度，直梯應(yīng)注出其中心線與設(shè)備中心線的夾角。塔頂或臥式的矩形平臺(tái)，應(yīng)注出其外形尺寸及其與設(shè)備的相對(duì)關(guān)系尺寸（例如與設(shè)備中心線或設(shè)備外形或設(shè)備支座的相對(duì)位置）。

3.3 應(yīng)注出平臺(tái)面標(biāo)高、平臺(tái)處地面標(biāo)高和設(shè)備基礎(chǔ)面標(biāo)高。標(biāo)高的基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)備平豎面布置圖相一致。

3.4 當(dāng)平臺(tái)下方有設(shè)備開口時(shí)，平臺(tái)面與開口中心的距離不得小于開口公稱直徑加100mm。3.5平臺(tái)上的開孔應(yīng)注出開孔直徑及其定位尺寸或角度，如圖3.2-1，圖3.2-2所示。開孔直徑φ一般是將此管道的最大外徑（管子外徑或隔熱層外徑或法蘭外徑）加50mm。

3.6 在平臺(tái)梁上或在平臺(tái)面上支承管道、儀表箱或檢修部件，如果荷載超過200kg，則應(yīng)注明荷載的大小及具體位置。

3.7 如某層平臺(tái)需與其它構(gòu)筑物（如框架）相連接，則應(yīng)說明連接的要求，并注出尺寸及與此連接的分區(qū)設(shè)備構(gòu)架物編號(hào)，層高等。

3.8 與自控專業(yè)有關(guān)的平臺(tái)梯子，應(yīng)與自控專業(yè)協(xié)商確定以滿足兩個(gè)專業(yè)的要求。僅供自控專業(yè)使用的平臺(tái)梯子，應(yīng)與自控專業(yè)提出委托資料給工藝安裝專業(yè)會(huì)簽后，由自控專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)和工藝安裝專業(yè)各一份。

3.9 電脫鹽、電精制和除塵等設(shè)備上，為安裝或檢修高壓電氣設(shè)備或線路的專用平臺(tái)梯子應(yīng)由電氣專業(yè)提交委托資料，經(jīng)工藝安裝專業(yè)會(huì)簽后，由電氣專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)和工藝安裝專業(yè)各一份。當(dāng)有吊車梁生根于設(shè)備上時(shí)，應(yīng)提交荷載及位置，以便設(shè)備專業(yè)考慮吊車梁荷載的影響。11 如果必須在需要熱處理的合金鋼設(shè)備上或不允許在現(xiàn)場(chǎng)焊接的設(shè)備上焊接支架的生根構(gòu)件時(shí)，應(yīng)提出生根構(gòu)件墊板的大小及方位。依附在設(shè)備上或放置在平臺(tái)上的小型設(shè)備及管道和大閥門應(yīng)征詢?cè)O(shè)備專業(yè)的意見，必要時(shí)應(yīng)提出書面資料，以便設(shè)備專業(yè)核算偏心荷載。

電氣目錄：圖紙目錄，綜合材料表，施工說明圖例，低壓配電系統(tǒng)圖，照明系統(tǒng)圖，電機(jī)控制原理圖，電纜管線表，一層配電平面圖，二層。。，一層照明平面圖，二層。。，基礎(chǔ)接地平面布置圖，一層接地平面圖，二層。。，屋面防雷平面圖，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)圖，一層火災(zāi)報(bào)警，電話平面圖，二層。。。

給排水：圖紙目錄，給排水設(shè)計(jì)說明，綜合材料表，一層給排水平面圖，二層。。，給水系統(tǒng)圖，排水系統(tǒng)圖，消防系統(tǒng)圖。

建筑：圖紙目錄，建筑設(shè)計(jì)說明，門窗及大樣，構(gòu)造做法表，一層平面圖，二層。。，屋頂平面圖，軸里面圖，剖視圖，樓梯詳圖。

6、硫化氫質(zhì)量體積含量和體積百分比的換算

如兗礦體積百分比為0.92%，轉(zhuǎn)為g/Nm3，則為： =0.92%*1000L/Nm3/22.4L/mol*34g/mol=13.96g/Nm3=13.96mg/NL

按標(biāo)準(zhǔn)態(tài)換算為1%體積百分比則為15.2g/Nm3 若再轉(zhuǎn)為實(shí)際壓力下硫含量，則為13.96g/Nm3*35Nm3/m3=488.6g/m3=488.6mg/L

§7 解吸倍數(shù)與吸附量

當(dāng)吸附劑吸附的物質(zhì)越多，最后解吸出來的就越多，所以，吸附容量越大，解吸倍數(shù)就越大。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在脫碳中用硅膠的吸附容量與解吸倍數(shù)關(guān)系為：

工程名稱

吸附容量

解吸倍數(shù)

氣源組分 河北凱越單醇脫碳

7.45

7.5

COH2 遼寧鳳城一段

10.65

9.71

CO2H2 枝江三寧一段

14.73

15.06

CO2COH2

兗礦國(guó)泰一段

6.03

7.02

CO2COH2

湘中成制氧一段

12.96

8.99

O2N2

§8壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)升壓與升溫及冷卻水量關(guān)系

壓縮機(jī)的出口溫度取決于進(jìn)口溫度及壓縮比和絕熱系數(shù)，壓縮過程可視為絕熱過程，即可例出以下方程：

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

一般壓縮比即POUT/PIN選擇不超過3，當(dāng)進(jìn)口溫度為40℃，壓縮比為3的情況下，出口溫度

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

如果壓縮比超過3，在同樣的絕熱系數(shù)下，出口溫度就會(huì)超過155℃，將會(huì)對(duì)設(shè)備帶來很大的影響。因此，一般的壓縮都以壓縮比3來劃等級(jí)，比如進(jìn)口壓力為0.03Kg(G)，要求壓縮至35Kg(G)，則總壓縮比為36/1.03=34.95，那壓縮機(jī)至少應(yīng)為3×3×3×3=81，即4級(jí)，如果只選3級(jí)，則只能至3×3×3=27，壓縮不夠。

冷卻水量計(jì)算：

壓縮機(jī)所需冷卻水有兩個(gè)地方：一是缸套（即油溫及軸溫冷卻器）、二是中級(jí)冷卻器及各級(jí)冷卻器、三是后級(jí)冷卻器

一、對(duì)缸套，所需冷卻量q為：

q=120Vqd

L/h 單位為升/小時(shí)

二、對(duì)中級(jí)冷卻器，所需冷卻量q為：

q=60V×4.5L/h 單位為升/小時(shí)

以湘中成為例，風(fēng)機(jī)中冷器所需冷卻量為：（打氣量130 m3/min q=270×90=24.m3/h=0.4 m3/min

三、后冷卻器，所需冷卻量q為：

q=γV Cp(T4-T5)×1.15/(1000×Δt)

m3/h 單位為方/小時(shí)

其中

γ

空氣重度 Kg/m3

V 空氣壓縮機(jī)的排氣量 m3/min Cp 空氣的等壓比熱，取0.24

kcal/(kg。℃)T4-T5 冷卻器空氣前后溫差

以湘中成為例，后冷器所需冷卻量為：

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

1830

全部為國(guó)內(nèi)設(shè)備，估計(jì)11個(gè)億，國(guó)外設(shè)備估計(jì)要16個(gè)億。

單套百萬噸的都是國(guó)外的設(shè)備，估計(jì)要70個(gè)億，以天然氣為原料，成本能降幾百元 NH2-CO-NH2 CO（NH2）2 分子量60

NH3 17

34/60=0.6 3052 投資估計(jì)19億，每噸合380元

低溫甲醇洗

15萬噸合成氨 投資約7500萬，不包括溶劑費(fèi)

氣化噸氨消耗

目前空氣造氣

1.9噸煤/噸氨(指優(yōu)質(zhì)煤)

電耗1500kw/噸氨

富氧造氣(60%)

1.4噸煤/噸氨(指劣質(zhì)煤)

電耗950kw/噸氨

富氧消耗為

750Nm3/h O2

循環(huán)水消耗

350噸水/噸氨(62Kw/h)氣量與產(chǎn)量的換算 1、1噸合成氨需要脫碳?xì)饬繛?965標(biāo)方，脫碳?xì)獬煞譃椋?CO

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

0.06

2、變換氣成分：

1.6 51.39 28.64 0.06 17.12 1.19

3、則原料中CO2的剩余量為：2965×0.2%=5.93標(biāo)方/tNH3。

4、設(shè)變換氣量為X，X=2965＋（28.54%X－5.93）X=4146.7標(biāo)方/tNH3。

產(chǎn)量

煤氣量

變換氣量

脫碳?xì)饬?/p>

1噸合成氨

3300Nm3/h

4200Nm3/h

2965 Nm3/h

9、不銹鋼絲網(wǎng)計(jì)算

根據(jù)要求，不絲網(wǎng)要求重縫寬度不小于300mm，根據(jù)情況分兩種一種是比較大，直徑大于2米以上，兩張1米絲網(wǎng)拼在一起，還湊不上一個(gè)整圓，則需要中間加疊合層，留有銜接部分，也就是需要三張絲網(wǎng)，一種是比較小的絲網(wǎng)，直接用兩張合在一起中間就產(chǎn)生了疊合層，無銜接部分，即只需要2張絲網(wǎng)。對(duì)于第一種：有三個(gè)步驟，一：做兩張小半圓絲網(wǎng)，寬度1米，長(zhǎng)度按以下方法計(jì)算 根據(jù)以上圖可以求出下料高度：

(R-1000)2+H2=R2

即H＝√(2R×1000－10002)總高度即為2H。

二：制作疊合層

疊合層寬度應(yīng)該以500或1000為宜，這樣可以節(jié)省材料，如果大于500，則宜以1000寬度為主，疊合層分兩部分，兩邊為真正疊合部分，即一層小半圓層，一層為疊合層；中間為銜接部分，只有一層。這部分寬度W2為

W2=2R－2000 疊合部分W1寬度

W1＝（1000－W2）/2

對(duì)于第二種直接比較小的，制作步驟如下： 下料長(zhǎng)度即為絲網(wǎng)直徑，即2R，中間疊合部分寬度W2＋2R=1000+1000，即疊合部分寬度

W2＝2000－2R

§10開孔率計(jì)算

開孔率指的是沖孔區(qū)與整張板之間的一個(gè)比例，常用百分比來表示。現(xiàn)在讓我們用下面的規(guī)格來舉例說明：圓孔, 2MM孔徑, 60度錯(cuò)排, 4MM中心距, 外形尺寸1M X 2M.根據(jù)以上的信息及以下的公式，我們可以得出這種規(guī)格的沖孔網(wǎng)的開孔率為23%。也就是說沖掉的孔的面積之和為0.465平方米（1M X 2M X 23%）開孔率計(jì)算公式

圓孔 60°錯(cuò)排

圓孔，直排

圓孔 45°錯(cuò)排

方孔，錯(cuò)排

方孔，直排

長(zhǎng)圓孔，Z型錯(cuò)排

長(zhǎng)圓孔，直排

長(zhǎng)圓孔，K型錯(cuò)排

長(zhǎng)方孔，Z型錯(cuò)排

長(zhǎng)方孔，直排

長(zhǎng)方孔，K型錯(cuò)排