基于Aspen Adsorption的氦气/甲烷吸附分离过程模拟优化

工业氦气主要通过深冷、膜分离和变压吸附(PSA)耦合从天然气提取,其中PSA是获得高纯He的关键。吸附过程模拟可以克服实验局限,有效指导工程设计、优化工艺条件。以体积分数90%的粗He为原料,利用Aspen Adsorption软件建立He/CH_4单塔PSA模型,获得穿透曲线。以此为基础,建立双塔分离流程,分析吸附、顺放、逆放、冲洗、升压步骤中吸附塔内气相组成的变化,五步最佳操作时间分别为60、180、30、60和180s。在三塔流程中,一个循环周期的最佳吸附时间和均压时间分别为135s和90s,产品纯度可达98.42%,回收率达60.45%。在五塔流程中,考虑到各步骤时间的匹配及生产的连续性,需要对一个周期内的循环时间进行优化。循环时间为300～340 s时,产品纯度达到99.07%以上。