变压吸附氢回收率低的原因分析及解决方法

以50万t/a煤焦油加氢配套的荒煤气制氢（1.0×10⁵ m³/h）项目为研究目标,对变压吸附的原理进行了简要探讨,同时初步分析了造成荒煤气制氢中变压吸附氢回收率低的原因,并结合实际给出了一定的解决措施,使得变压吸附制氢装置能够高效、稳定、经济运行,同时变压吸附氢气回收率由原始运行的90.0%～92.3%提高到95%左右。     

基于双回流变压吸附工艺的空气分离模拟及分析

双回流变压吸附是一种在吸附塔中间位置进料,塔顶和塔底分别采用轻、重组分回流的变压吸附过程,能够同时生产两种高纯度、高回收率的产品气。以实验室自主合成的LiLSX分子筛为吸附剂,利用Aspen Adsorption模拟软件,对进料组成为78%N₂/21%O₂/1%Ar的实际空气进行了两塔双回流变压吸附的模拟研究。模拟结果表明：当原料气为78%N₂/21%O₂/1%Ar,吸附压力为2 bar(1 bar=10⁵ Pa),解吸压力为0.3 bar,进料量为0.4 m³/h,轻组分回流流量为0.095 L/min,重组分回流流量为5.22 L/min时,能够得到体积分数为95.67%的O₂和体积分数为98.25%的N₂,回收率分别为94.60%和99.91%。并且进一步探究了进料位置、吸附时间、轻组分回流流量、重组分产品气流量等因素对O₂和N₂两种产品气纯度和回收率的影响。     

活性炭材料变压吸附SO_2的研究

以活性炭材料作为吸附剂,通过变压技术吸附SO_2。通过BET和XPS表征分析了活性炭改性前后表面的物化性质,讨论了常压和变压条件下活性炭孔结构对SO_2吸附量的影响,发现在吸附压力0.1～0.2 MPa、吸附出口SO_2浓度不超过50 mg/m³条件下,介孔结构的活性炭材料的SO_2吸附量是常压条件下的1.79～2.79倍。考察了不同压力、不同入口SO_2浓度和含水蒸气条件对改性活性炭SO_2吸附性能的影响。变压吸附-真空脱附循环实验结果显示,改性活性炭对SO_2的变压吸附量保持稳定,具有良好的应用前景。     

快速变压吸附制氢工艺的模拟与分析

目前工业上主要通过变压吸附技术从蒸汽甲烷重整气中制取氢产品气。然而,能源需求量的快速增加使得传统变压吸附技术在产量方面的不足越发明显。为此,进行了快速变压吸附从蒸汽甲烷重整气中制取氢气的模拟研究。采用活性炭和5A分子筛作为吸附剂,并以测得的原料气中各组分在两种吸附剂上的吸附数据为基础,进行了六塔快速变压吸附工艺的数值模拟与分析。在分析了塔内温度、压力和固相的浓度分布后,探究了进料流量、双层吸附剂高度比以及冲洗进料比三个操作参数对于快速变压吸附工艺性能的影响,结果表明：原料气组成为H₂/CH₄/CO/CO₂=76%/3.5%/0.5%/20%,吸附压力为22 bar（1 bar=10⁵ Pa）,解吸吹扫压力为1.0 bar,处理量为0.8875 mol·s^-1,吸附剂床层高度比为0.5∶0.5,冲洗进料比为22.37%时,可获得H₂纯度99.90%,回收率69.88%,此时H₂产量为0.4713 mol·s^-1。相比之下,氢气纯度为99.90%时,尽管PSA工艺回收率为83.40%,但处理量只有0.39 mol·s^-1,因此H₂产量仅为0.2472 mol·s^-1。     

三段逐级变压吸附浓缩煤层气的工艺设计及计算

文章提出了采用分子筛吸附剂,逐级变压吸附浓缩煤层气工艺的方法,通过三段吸附-解吸将甲烷含量10%的低浓度煤层气浓缩到甲烷含量80%。一、二级采用加压吸附、常压解吸的变压吸附工艺;三级真空解吸变压吸附运用四塔操作。对该工艺中每段所需分子筛量和分子筛的吸附容积进行了计算。     

规整复合吸附剂真空变压吸附分离CH4/N2工艺模拟与分析

为减少甲烷排放,实现低浓度煤层气有效资源化利用,探究了使用规整复合吸附剂真空变压吸附富集低浓度煤层气的工艺。采用静态容积法测定了甲烷、氮气在规整复合吸附剂上的吸附等温线,同时建立了包括质量、热量和动量守恒在内的严格吸附床数学模型,设计了三塔连续进料的真空变压吸附工艺并进行模拟。分析了工艺达到循环稳态后吸附床层轴向温度分布和压力变化,并且探究了进料量、解吸压力、原料气中甲烷浓度和吸附压力对纯度、回收率、工艺能耗和吸附剂产率等工艺性能的影响。模拟结果表明,在进料量为100 L·min^-1,解吸压力为0.1 bar（1 bar=0.1 MPa）,原料气甲烷浓度为30%,吸附压力为3 bar时可以生产纯度为59.07%,回收率为93.64%的富CH₄产品气,同时单位能耗为18.70 kJ·mol^-1,吸附剂产率为4.56 mol·h^-1·kg^-1。表明规整吸附剂对CH₄/N₂具有良好的吸附分离效果,能够实现低浓度煤层气中甲烷高效富集。     

PSA脱碳装置优化工艺运行总结

0前言 河南鹤壁市宝马化肥厂脱碳采用变压吸附（PSA）工艺，设计能力为60000m^3／h（标态）。该装置设计了2套程序（即104．7／1和10-3—7／2），并分别设计了相对应的切塔程序，配备4台2BE3403型真空泵（配套电机185kW），抽真空管线按既能单抽又能双抽的工艺配制，配有1台低压回收DW-12／8型压缩机（配套电机95kW）。     

变压吸附干燥乙炔技术及其工业化应用新工艺

针对烧碱行业中乙炔气干燥问题，介绍了乙炔干燥的变压吸附技术及其工业化应用。变压吸附装置吸附塔内是由装载氧化铝、硅胶和分子筛组成的吸附剂复合床层，乙炔气经复合床层干燥后含水量≤30×10^-6。吸附剂再生方法采用带冲洗的变温变压吸附新工艺，以保证分子筛实现彻底再生，从而延长分子筛的使用寿命。     

真空变压吸附沼气净化过程的仿真研究

真空变压吸附(VPSA)是一种气体分离技术,该技术运用在沼气净化过程还存在较多的问题,针对该过程吸附塔出口浓度出现的浓度峰问题,运用线性推动力模型(LDF)与Langmuir等温方程对其建立了数学模型,模拟分析了缓冲罐中杂质浓度对吸附步骤出口浓度的影响。结果表明:相同吸附时间下,随着吸附压的降低,二均降结束时会有更多的杂质进入缓冲罐,而缓冲罐中的杂质又会通过一均升步骤进入吸附塔,最终使得吸附步骤出口浓度曲线出现波峰,从而影响了吸附塔出口CH₄含量。通过模型的分析,吸附时间随着吸附压不断降低而缩短,可以有效控制杂质进入缓冲罐,从而使吸附塔出口CH₄含量提高。     

变压吸附脱碳的应用

云南红磷化工有限责任公司年产4万t合成氨装置于1999年9月建成投产，脱碳采用的是变压吸附技术，整套装置由西南化工研究院设计，处理能力为25000m^3/h，主要设备由1台气水分离器、1台缓冲器、8台吸附塔、5台真空泵（4开1备）组成，48套切换阀采用微机自动控制，自投运以来，取得了较为满意的效果。     

大型变压吸附副塔吸附剂粉化、损失分析及处理

大型变压吸附装置由于一次吸附容量大、吸附剂装填多,受设备制作的限制,有时采用主、副两塔以增加吸附剂装填量,而这样主塔和副塔的连接方式对变压吸附装置的运行就存在影响。我公司为山西一项目设计了大型变压吸附装置,采用10塔（分为主、副塔,合计20个吸附塔）工艺,2塔吸附、5次均压、真空解吸操作。     

非耦联吸附塔新变压吸附工艺的实验研究

通过提氢实验研究一种新的变压吸附工艺.变压吸附流程的主要特征是通过中间均压罐打开吸附塔之间由均压步骤形成的耦联,从而实现了各塔操作的独立性,并提供了降低吸附压力的可能性.以H₂/N₂/CH₄（60/10/30）混合气模拟石油炼厂干气,进行低吸附压力（≤1 MPa）条件下的提氢操作.针对已有变压吸附工艺的不足和新流程特征,确定了新流程的变压吸附循环时序.分别采用普通活性炭（OAC）和高比表面活性炭（SAC）与5A沸石分子筛（ZMS-5A）的组合吸附剂,研究了不同吸附压力下的变压吸附分离效果,证明此种变压吸附新工艺在1 MPa以下、甚至0.4 MPa的低吸附压力下运行,亦可在较高的回收率下达到99.99%的高氢气纯度,并且显示出更强的对偶然性故障的应变能力.     

真空变压吸附捕集烟道气中二氧化碳的模拟、实验及分析

采用工业硅胶作为吸附剂,利用两塔变压吸附装置进行了烟道气变压吸附碳捕集实验。利用gPROMS软件建立两塔变压吸附模型对实验过程进行模拟,对比了实验和模拟的结果,验证了模型的准确性。通过两塔变压吸附可将15%的CO₂富集到74%,收率为91.52%。在模型基础上考察了变压吸附碳捕集过程中进料量、吸附时间、顺放压力与二氧化碳收率、纯度和能耗的关系,定性分析了吸附塔压力和进料量对压缩机能耗的影响。结果表明:增大进料量、延长吸附时间、降低顺放压力,可以有效提高产品气中CO₂浓度,但同时也导致收率的下降,前两者还会造成单位能耗的增加;吸附压力越高,进料流量越大,压缩机能耗越大。     

真空变压吸附提纯沼气的实验

以煤基碳分子筛为沼气净化吸附剂,借助扫描电镜观察了碳分子筛的表面形貌,并通过物理化学吸附仪表征了碳分子筛的孔径分布。基于静态容积法测定了CO₂与CH₄在碳分子筛的静态吸附量,并估算了CO₂与CH₄在碳分子筛的动力学扩散系数。单塔穿透实验考察了吸附压力与进料流量对原料气中CO₂穿透曲线的影响,选取吸附压力为0.3 MPa,进料流量为4 L·min-1进行两塔六步真空变压吸附提纯沼气的实验研究,并考察了吸附步骤时长与产品气冲洗率对CH₄富集效果的影响。实验结果表明,吸附步骤时长为140 s,冲洗率为0.05时,产品气中CH₄纯度可达98%,收率可达82%。     

焦炉煤气变压吸附制氢装置五塔与六塔工艺方案的比较

以氢气产能1 000 m3/h的焦炉煤气变压吸附制氢装置为例,介绍了常用的五塔和六塔流程2种工艺技术方案,分析比较了其工艺配置、运行程序切换方式和建造成本的差异,并说明其各自的适用场合与优劣。     

变压吸附脱碳工艺的应用

介绍了变压吸附（PSA）脱碳的基本原理、主要设计参数,采用8塔操作流程（8-3-6/V工艺）及主要设备,系统运行的主要参数、气体的回收率及系统主要消耗等应用情况。     

变压吸附装置的应用与运行程序优化

河南龙宇煤化工有限公司变压吸附系统的原运行程序为15-2-2-4-5/P/V/VP/PA工艺,该程序耗能较高,经优化程序后,采用了15-3-5/PP/P工艺。优化后的PSA-H2工艺过程包括吸附、均压降、顺逆放、冲洗、均压升、终充等工艺步骤。各工艺步骤通过计算机控制程控阀门进行切换,将降压步骤通过一台尾气压缩机来回收解析气体,取消抽真空步骤,改为冲洗步骤,利用吸附塔塔底富氢气体进行冲洗置换,不但可以保持产品氢气的纯度,还能够实现降低能耗的效果。     

论变压吸附制氢六塔的工艺优势

天然气生产甲醇过程中,采用六塔的甲烷转化气(其中包括一氧化碳、二氧化碳等)的变压吸附制设备进行制氢方案的研究,与传统的五塔制氢工艺进行工艺方案的对比,从二种制氢工艺的程序与生产配置进行分析对比,得出变压吸附制氢六塔的工艺优势。     

变压吸附塔结构的分析设计及风险控制

变压吸附塔长期承受交变载荷,疲劳失效是主要的失效模式。介绍变压吸附塔的工作原理及结构设计中应注意事项,阐述疲劳载荷工况下许用交变应力强度幅计算、应力分析结果,提出变压吸附塔在设计、选材制造、焊接和检验过程中的风险控制措施。     

大型变压吸附装置放空消声器的研制

变压吸附装置放空时产生很强的噪声,严重影响操作者的身心健康。我公司经过不断摸索,对变压吸附尤其是大型变压吸附装置的放空噪声进行分析,根据其特点研制了新型变压吸附解析气放空消声器。经过实验,对超过300m3/h的变压吸附装置,其降噪量平均可达26-35dB,满足了环保要求。