变压吸附原理

膜分离法回收甲醇合成放空气具有如下特点。

(1)将放空气中的少量甲醇先进行吸收或低温分离后，以放空气自身压力为推动力进行放空气的回收，不需额外动力，通常做燃料的排放气(尾气)无压降。回收的有效气体(渗透气)的压力降低。 (2)在回收H2，排放N2、Ar、CH4等惰性气体的同时也能回收大部分CO2、CO气体，因此在满足放空惰性气体的前提下，有用的气体(H2、CO、CO2)的总回收率比较高。

(3)接近常温操作，装置中无运动部件，属静态操作，几乎不消耗其他材料和能源，不产生新的物质，对环境友好。

(4)分离效率高，装置规模小，投资少，占地面积通常仅有几十平方米。控制部分少，适于连续生产，且开停车十分方便。

(5)膜分离器件的组合性强，非常容易进行扩建。它可以根据实际的工况条件，适当增加或减少膜组件，以扩大或减小生产能力。

(6)回收气体(渗透气)中H2的回收率高，但产品纯度受到限制。 4 PSA与膜分离回收甲醇放空气比较

以某甲醇厂为例，放空气压力4.6 MPa，温度≤30℃，其组分见表2。

分别采用膜分离与PSA技术来回收此放空气，并将回收气返回3.0 MPa压缩机入口，将空气(瓦斯气)送到0.5MPa压缩机入口。

膜分离技术采用一级膜分离，将大部分氢气和部分CO2、CO回收，回收气压力为1.6MPa，尾气压力为3.0MPa。采用PSA技术来回收H2、CO2、CO，由于CO2、CO为解析气，需增加2台压缩机，分别将CO2、CO压缩到3.0 MPa，将尾气压缩到0.5MPa。 2种分离方法各组分的回收情况见表3，技术经济比较见表4。

表3、表4对比结果表明：

(1)膜分离技术有效气体总回收率为92.9％，PSA为91.4％；膜分离技术惰性气体的排放率为59.65％，PSA为45.7％。

(2)膜分离技术压缩回收气体的能耗为368kW；PSA压缩CO2、CO能耗为392kW，压缩尾气能耗为101 kW。 (3)膜分离技术的操作弹性大，操作和维护简单，并且投资少、占地面积小、操作人员少，对甲醇放空气中有效气体回收率高，是更为简单易行的方法。 5 结语

(1)虽然膜分离技术回收的气体纯度受到限制，但对于某些工业过程，特别是合成气的处理，包括回收、调比等不需要更高气体纯度的场合，更适宜使用膜分离技术。

(2)目前膜分离技术已在合成氨放空气的回收中得到广泛应用，但在甲醇合成放空气回收中的应用才刚刚起步，随着甲醇行业的蓬勃发展，膜分离技术这种新兴的气体分离方法，依靠其简单、节能、高效的特点必将得到更广泛的应用。

前言

贵州化肥厂有限责任公司8.13合成新系统自2002年5月26日建成投产后，因脱碳装置采用GV双塔再生工艺，主要存在问题是蒸汽消耗高，吨氨耗蒸汽3.0吨以上；再生部分腐蚀大，开车一年后经常因腐蚀泄漏造成系统停车；吸收能力差，生产负荷在55000 Nm3 /h 的工况下，蒸汽用量稍有减少易引起吸收塔出口CO2超标；运转设备多，调节较复杂，生产操作繁琐；化工原材料消耗及电耗高；一年运行费用在800万元以上。严重制约我厂8.13合成新系统高负荷长周期安全经济运行，为了扭转这一被动局面，公司经调研后决定采用成都天立化工科技有限公司的变压吸附脱碳（PSA）工艺取代GV脱碳双塔再生工艺，于2004年3月份建成投产。本文对变压吸附脱碳（PSA）装置运行作如下总结：

1 变压吸附脱碳的工作原理

变压吸附的工作原理是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下对被分离的气体混合物组分有选择吸附的特性,加压吸附脱除原料气中的杂质组分,减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此,采用多个吸附床循环地变动所组合的各吸附床压力,就可以达到连续分离气体混合物的目的。

2 装置概况

变压吸附装分初脱段和精脱段，粗脱段和精脱段都采用11塔，三塔吸附六次均降流程。利用精脱段逆放气作为粗脱段的吹扫气和二段气升压气，以保护吸附剂及回收部分有效气体，精脱段抽真空以保证吸附剂的再生。

3 工艺方块示意图

4 运行参数

4.1 设计参数 变换气组成（V）

H2

N2

CO2

CO

CH4

H2O

～52% ～15% ～26% ～5.0% ～1.7% 饱和

处理气量70000Nm3 /h 净化气中CO2含量 ≤0.2%

中间气中CO2含量 8～12%（干）、 吸附压力：粗脱 1.8MPa 净化、 1.75MPa 吸附温度： 20～40℃ 4.2 实际运行参数 变换气组成（V）

H2 52.8%

N2 17.3%

CO2 CO 24% 2.7%

CH4 2.9%

H2O 饱和

处理能力70000 Nm3 /h 净化气中CO2含量 0.8%（联醇） 中间气CO2含量 10～13% 吸附压力：粗脱 1.7MPa 净化 1.65MPa 吸附温度 32℃

5 运行状况

变压吸附在运行过程中，对系统负荷的变化适应性强，操作简单、只需根据负荷变化情况对循环时间作适当调整即可，氢回收率≥98%氮回收率≥97%，对稳定系统、降低消耗起到了重要贡献，在运行过程中易出现如下故障，对系统稳定安全运行、吸除剂使用寿命造成威胁，现就我厂出现的情况叙述如下、供同行参考：

5.1 电磁阀卡死现象

变压吸附脱流装置自2004年3月份投运自2004年8月份这段时间，主要表现在电磁阀卡死后程控阀无法动作，引起串气，严重时不得不作紧急停车处理，更换电磁阀。其原因是油系统管道设备有杂质，含有铁屑的液压油进入电磁阀后卡死油活塞，导致程式控阀不动作，所以要保证电磁阀的灵活运行，必须保证油路及油质的干净，我厂是采用油过滤机长期对液压油进行过滤。自2004年8月份以后基本没有出现电磁阀卡死的情况，保证了系统长周期高负荷稳定运行。 5.2 杜绝液体带进吸附塔

2004年6月17日2:04全厂低电压跳车，因油泵跳车后电器连锁未复位，油泵未及时开启，油压降到2.0MPa以下后，导致程控阀失控引起串气放空，三段气在4分钟内泄为常压，同时变脱泵未跳车仍在运行，此过程中将硫泡沫及部份溶液带进吸附塔，造成了粗脱吸附剂的粉化失活，为了防止类此事故再次发生，经会同天应公司商议后，决定不开变脱，用变脱塔作为分离器，确保变换气不带液。

5.3 吸附剂脱硫效果良好

自2004年8月份停变脱后，入吸附塔H2S含量都在400～650mg/ Nm3经变压

3

吸附脱除后H2S≤0.1mg/ Nm，保证了联醇对H2S的要求，我厂联醇装置自2004年4月份投产以来，运行自今甲醇合成触媒活性良好。H2S对吸附剂没有明显不良影响。

5.4 吸附剂的更换方法

我厂粗脱吸附剂失活后，循环时间缩短了200秒，气体损失明显增大，于2005年3月份对原粗脱吸附剂进行更换，签于吸附塔的特殊结构，无卸料孔，为了将吸除塔内的吸附剂清理干净，我们采用真空抽吸的办法将吸附剂抽出，即

3

加工两个容积为3m的分离器，配管至真空泵进口，塔内用软管连接抽吸，当一个容器抽满后换另一个容器，共用一个星期将粗脱11个塔内硅胶和氧化铝抽吸干净。

5.5 程控阀卡死问题

程控阀使用时间长后，少部份程控阀会出现卡死现象，主要原因是油活塞环磨损后密封不好导致程控阀无法动作；另一方面是油活塞密封环抱死油活塞导致