變壓吸附有效氣體回收綜合利用

李 云，趙金濤

(安陽化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽 455133)

安陽化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司年產(chǎn)200 kt乙二醇項(xiàng)目，配套工程采用變壓吸附(簡稱PSA)從水煤氣中提取98.0%(體積分?jǐn)?shù)，下同)以上的CO和99.9%以上的 H2供乙二醇合成用氣。該裝置共分為4個(gè)工序：PSA吸附CO2工序(PSA-CO2)、精脫硫工序、PSA制CO工序(PSA-CO，2套)、PSA制H2工序(PSA-H2)。在正常生產(chǎn)情況下，PSA-CO2和PSA-CO的順放氣回收至乙二醇原料氣柜，PSA-CO2解吸氣去乙二醇配套工程三廢鍋爐，燃燒副產(chǎn)蒸汽；PSA-H2的逆放氣和解吸氣送至合成氨氣柜，供生產(chǎn)合成氨用[1-4]。目前，整套裝置氣體完全回收，氣體得到有效再利用。

1 工藝流程

由脫硫變換工序送過來的凈化氣含有CO、H2、CO2、CH4、N2及Ar，在通過PSA-CO2時(shí)，氣體中CO2、H2O及CH4等被吸附在吸附劑上，從吸附塔頂部流出的半成品氣經(jīng)精脫硫后，總硫體積分?jǐn)?shù)≤0.1×10-6，再進(jìn)入PSA-CO工序，CO氣體被PU-1型吸附劑選擇性吸附，通過逆放和抽真空得到純度≥98.5%(體積分?jǐn)?shù)，下同)的CO，CO經(jīng)壓縮機(jī)增壓后送往乙二醇主裝置。PSA-CO吸附尾氣進(jìn)入PSA-H2工序，N2等雜質(zhì)氣體被吸附劑選擇性吸附，產(chǎn)品H2即吸附尾氣從塔頂流出，其純度≥99.9%(體積分?jǐn)?shù))，經(jīng)H2壓縮機(jī)增壓后送往乙二醇主裝置[5-6]。

圖1 變壓吸附工藝流程示意

2 PSA-CO2和PSA-CO順放氣的回收

該裝置PSA-CO2和 PSA-CO順放氣回收至乙二醇原料氣柜，回收有效氣體H2和CO。當(dāng)系統(tǒng)水煤氣流量為81 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時(shí)，PSA-CO2和PSA-CO工序順放氣成分見表1。

表1 PSA-CO2和 PSA-CO工序順放氣成分

由表1可以知道：當(dāng)系統(tǒng)水煤氣流量為81 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時(shí)，PSA-CO2順放氣中H2流量為 1 315 m3/h(標(biāo)態(tài))、CO流量為847 m3/h(標(biāo)態(tài))；PSA-CO順放氣中H2流量為3 646 m3/h(標(biāo)態(tài))、CO流量為1 077 m3/h(標(biāo)態(tài))。按正常情況下水煤氣結(jié)算價(jià)格為0.43元/(m3，標(biāo)態(tài))、H2和CO結(jié)算價(jià)格為0.68元/(m3，標(biāo)態(tài))計(jì)，由此可知順放氣的回收大大降低了乙二醇原料氣的生產(chǎn)成本。

3 PSA-CO2解吸氣和PSA-H2解吸氣去一段沖洗氣的回收

該裝置逆放氣和解析氣的回收利用主要是PSA-CO2解吸氣去乙二醇配套工程三廢鍋爐，燃燒副產(chǎn)蒸汽。PSA-CO2在脫除CO2后，通過真空泵將吸附在吸附劑上的CO2抽出，吸附劑得到再生，這部分解吸的氣體最終送至三廢鍋爐。而圖1中③處氣體還包含了圖中⑩所示的PSA-H2解吸氣去一段沖洗氣。當(dāng)系統(tǒng)水煤氣流量在81 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時(shí)，PSA-CO2解吸氣流量為15 192 m3/h(標(biāo)態(tài))，PSA-H2解吸氣去一段沖洗氣流量為1 691 m3/h(標(biāo)態(tài))。兩種氣體組分的工藝參數(shù)見表2。

表2 PSA- CO2解吸氣和PSA-H2解吸氣去一段沖洗氣組分的工藝參數(shù)

PSA-CO2解吸氣低位熱值Q1為：

Q1=0.01(17.50×10 794+3.24×35 906+10.97×12 644)

=4 439 kJ/m3(標(biāo)態(tài))

PSA-CO2解吸氣燃燒放出熱量Q2為：

Q2=0.01(17.50×10 794×2 658+3.24×35 906×492+10.97×12 644×1 666)

=67 421 108 kJ/h

PSA-H2解吸氣低位熱值Q3為：

Q3=0.01(55.79×10 794+20.99×35 906+13.99×12 644)

=15 328 kJ/m3(標(biāo)態(tài))

PSA-H2解吸氣去一段沖洗氣燃燒放出熱量Q4為：

Q4=0.01(55.79×10 794×943+20.99×

35 906×355+13.99×12 644×236)

=25 909 356 kJ/h

經(jīng)計(jì)算，這兩種氣體在三廢鍋爐燃燒可副產(chǎn)3.82 MPa蒸汽16.87 t/h，按年生產(chǎn)天數(shù)300 d、蒸汽64元/t計(jì)，則年可創(chuàng)造效益777.37萬元。

4 PSA-H2解吸氣和逆放氣的回收

PSA-H2逆放氣和解吸氣送至合成氨氣柜回收H2、CO、N2三種氣體，PSA-H2解吸氣、逆放氣組分的工藝參數(shù)見表3。

表3 PSA-H2解吸氣、逆放氣組分的工藝參數(shù)

由表3可以知道：當(dāng)系統(tǒng)水煤氣流量在81 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時(shí)，PSA-H2逆放氣流量為2 536 m3/h(標(biāo)態(tài))、解吸氣流量為7 672 m3/h(標(biāo)態(tài))；合成氨系統(tǒng)接收兩種氣體后，噸氨節(jié)約2.5 MPa 蒸汽111.36 kg，按蒸汽價(jià)格為64元/t，則噸氨節(jié)約生產(chǎn)成本7.127元。

5 結(jié)語

將該套乙二醇系統(tǒng)PSA提CO和H2裝置日常生產(chǎn)中的順放氣、逆放氣和解吸氣進(jìn)行了全部回收，既得到了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，也改善了目前嚴(yán)峻的環(huán)境形勢，為增產(chǎn)降耗創(chuàng)造了條件，也為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 銀醇彪，張東輝，魯東東，等．?dāng)?shù)值模擬和優(yōu)化變壓吸附流程研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展，2014，33(3)：550- 557．

[2] 肖聰，向紅星，楊曉勤，等．變壓吸附脫碳裝置二段逆放氣回收方式的優(yōu)化[J]．化肥工業(yè)，2016，43(1)：27- 28．

[3] 孫守田，張?jiān)購?qiáng)．變壓吸附法脫除變換氣中二氧化碳的技術(shù)總結(jié)[J]．氮肥技術(shù)，2012，33(1)：9- 13．

[4] 吳元?jiǎng)偅儔何?PSA)技術(shù)的應(yīng)用及改造[J]．氮肥技術(shù)，2007，28(4)：34- 36．

[5] 周光強(qiáng)．變壓吸附裝置放空氣的回收利用[J]．化肥設(shè)計(jì)，2012,50(3)：50- 51．

[6] 陳平，彭科席，譚小木．變壓吸附技術(shù)應(yīng)用小結(jié)[J]．化肥工業(yè)，2000，27(2)：27- 29．