變壓吸附裝置中均壓設(shè)計(jì)的討論概要

1、變壓吸附裝置中均壓設(shè)計(jì)的討論湯洪四川大一科技股份有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)所成都610225摘要論述均壓在變壓吸附裝置中的作用，介紹均壓差的計(jì)算以及均壓次數(shù)的選擇與效果評(píng)價(jià)的方法。關(guān)鍵詞變壓吸附均壓有效均壓次數(shù)氣體回收變壓吸附氣體分離技術(shù)是利用氣體在吸附劑上的吸附容量隨其分壓變化（即氣體分壓越高，吸附量越大，反之亦然的特性，在較高壓力下吸附，而弱吸附組分（如提氫裝置的氫氣則直接通過吸附床輸出；通過降低吸附床的被吸附組分分壓（降低吸附床壓力，并用被吸附組分含量較低的氣體對(duì)吸附床進(jìn)行沖洗，或抽真空，使被吸附組分從吸附劑中解吸出來，吸附劑得到再生。變壓吸附氣體分離技術(shù)與其他吸附分離技術(shù)的主要區(qū)別是吸附劑解吸再

2、生時(shí)不需另加再生氣源及外加能量（加熱再生氣用。主要技術(shù)突破在于應(yīng)用了均壓的操作。1操作過程我們用簡單的五塔二次均壓操作工藝來說明變壓吸附的操作過程。五塔二次均壓的操作時(shí)序如表1所示。表1五塔二次均壓操作時(shí)序表分步驟12345678910時(shí)間,s90909090909090909090陽終壓,ata10210272422712124272102吸附床AA1A2E1DE2DPPDPE2RE1RFRBE1RFRA1A2E1DE2DPPDPE2RCPE2RE1RFRA1A2E1DE2DPPDDPPDPE2RE1RFRA1A2E1DE2DEE1DE2DPPDPE2RE1RFRA1A2注:A吸附EiD均壓

3、降iPP順放D逆放P沖洗EiR均壓升iFR終充以吸附床A為例說明變壓吸附的工藝操作過程。分步驟1、2,吸附床A處于吸附狀態(tài)（A1、A2。分步驟3,吸附床A吸附完成需降壓再生，通過吸附床頂?shù)某绦蚩刂崎y與吸附床C連接，向吸附床C充壓直至壓力相等，吸附床A壓力從102ata降至72ata,吸附床C壓力從42ata升至72ata,吸附床A的步驟稱為均壓降1（E1D。分步驟4,吸附床A通過吸附床頂?shù)某绦蚩刂崎y與吸附床D連接，向吸附床D充壓直至壓力相等，吸附床A壓力從72ata降至42ata,吸附床D壓力從12ata升至42ata。吸附床A此步驟稱為均壓降2（E2D。分步驟5,吸附床A順向（與吸附時(shí)氣體流

4、向相同泄壓（簡稱順放，PP，吸附床A壓力從42ata降至27ata,排出的氣體作為沖洗氣對(duì)152003,13（1湯洪變壓吸附裝置中均壓設(shè)計(jì)的討論湯洪：高級(jí)工程師，總工程師，1982年畢業(yè)于浙江大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)。長期從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:（028降壓完成吸附床E進(jìn)行沖洗（P，降低床層被吸附組分的濃度，使吸附床E吸附劑得到更徹底的解吸再生。分步驟6,吸附床A逆向（與吸附時(shí)氣體流向相反泄壓（簡稱逆放，D,將氣體排出系統(tǒng),吸附床A壓力從27ata降至12ata,完成降壓過程。分步驟7,用吸附床B的順放氣對(duì)吸附床A進(jìn)行沖洗（P，進(jìn)一步降低床層A被吸附組分的濃度，并使吸附劑徹底解吸，吸附床A再生

5、完成分步驟8,吸附床C向吸附床A充壓,吸附床A壓力從12ata升至42ata,吸附床A此步驟稱為均壓升2(E2R。分步驟9,吸附床D向吸附床A充壓,吸附床A壓力從42ata升至72ata,吸附床A此步驟稱為均壓升1(E1R。分步驟10,用產(chǎn)品氣對(duì)吸附床A充壓，吸附床A壓力從72ata升至吸附壓力102ata,充壓完成。吸附床A此步驟稱為最終充壓(簡稱終充，F(xiàn)R。2均壓的作用從變壓吸附的工藝操作過程不難看出，所謂均壓就是需降壓解吸的吸附床分別向需升壓的不同的吸附床充壓，需降壓解吸的吸附床壓力逐級(jí)下降，而需升壓的吸附床的壓力得到逐級(jí)升高，從而使吸附床降壓排出的有用氣體得到有效利用。均壓步驟的主要作

6、用就是回收吸附床降壓時(shí)排出的有用氣體。3均壓次數(shù)的影響我們再來看六塔三次均壓操作工藝的時(shí)序如表2所示。表2六塔三次均壓操作時(shí)序表分步驟123456789101112時(shí)間，s909090909090909090909090Af終壓，ata10210279557345245121234557795102吸附床AA1A2E1DE2DE3DPPDPE3RE2RE1RFRBE1RFRA1A2E1DE2DE3DPPDPE3RE2RCE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2DE3DPPDPDDPE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2DE3DPPEE3DPPDPE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2DFE

7、1DE2DE3DPPDPE3RE2RE1RFRA1A2回收的有用氣體量可用吸附壓力與最后一次均壓降終壓的差值來計(jì)算，從表2中A塔各步驟終壓數(shù)據(jù)看，由于增加了1次均壓，回收的有用氣體量有所增加。設(shè)VA為吸附床的死體積，m3,三次均壓時(shí)，三均終壓為345ata,每個(gè)吸附床降壓時(shí)回收的氣體量為(102-345VA=675VA;而二次均壓時(shí)，二均終壓為42ata,每個(gè)吸附床降壓時(shí)回收的氣體量為(102-42VA=6VA。顯然，三次均壓回收的有用氣體量比二次均壓多。一般說來，增加均壓次數(shù)，可回收更多的有用氣體，產(chǎn)品氣的收率也就提高。因?yàn)橛辛司鶋翰僮鞑襟E，變壓吸附氣體分離裝置的產(chǎn)品氣，分離技術(shù)的應(yīng)用才會(huì)如

8、此廣泛。然而，并不是說，均壓次數(shù)越多越好。首先，均壓次數(shù)的增加需通過增加吸附床數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而增加一個(gè)吸附床才能增加1次均壓操作，故均壓次數(shù)的增加必然造成裝置投資的增力口。一般來說，從一次均壓增加至二次均壓、二次均壓增加至三次均壓時(shí)，有用氣體的回收率增加比較明顯，而由三次均壓增加至四次均壓，有用氣體的回收率僅增加25個(gè)百分點(diǎn)，四次均壓增加至五次均壓，有用氣體的回收率僅增加13個(gè)百分點(diǎn)。其次，參照上述時(shí)序表可以看到，隨著均壓次數(shù)的增加，順放初壓(即最后一次均壓降的終壓相應(yīng)降低，使得作為沖洗氣的順放氣中被吸16CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工設(shè)計(jì)2003,13(1附組分的濃度升高

9、，同時(shí)順放壓差變小，因而吸附劑沖洗再生的效果變差，使吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附容量減少，導(dǎo)致吸附床吸附時(shí)間縮短、產(chǎn)品氣的回收率也降低。再次，由于壓力越低，被吸附氣體解吸越多，則均壓降排出氣體中的被吸附組分濃度也越高，故隨著均壓次數(shù)的增加，回收的低壓氣體中的有用氣體含量相應(yīng)降低，回收的價(jià)值也就小了。因此，一般將均壓降控制在2ata以上為宜。4均壓差計(jì)算與均壓效果評(píng)價(jià)方法實(shí)際上，以均壓差(吸附壓力-均壓降1終壓，或均壓降i終壓-均壓降i+1終壓來描述有用氣體回收效果更為直觀。因?yàn)榻K充壓差正好與均壓差相等，而終充是用產(chǎn)品氣來充壓，均壓差的增加必然會(huì)造成產(chǎn)品氣量的減少，有用氣體的回收率也相應(yīng)減少。41均壓差計(jì)算

10、一般正常的操作時(shí)序?qū)㈨樂挪襟E設(shè)在所有均壓降步驟之后，由于每級(jí)均壓壓力降(升是相同的，均壓差也就很容易算出。設(shè)吸附壓力為PA，再生壓力為PB，均壓次數(shù)為n,則均壓差為：P=(PA-PB/(n+1(1例1正常操作時(shí)序，順放在所有均壓降之后,吸附壓力為19ata,再生壓力為12ata,均壓次數(shù)為3,均壓差為：(19-12/(3+1=445ata這樣，均壓降1的終壓為19-445=1455ata,均壓降2的終壓為1455-445=101ata,均壓降3的終壓為101-445=565ata,無論均壓次數(shù)多少，均壓降的終壓均可以按此方法計(jì)算。在國內(nèi)，為了增加均壓次數(shù)，常常采用一些將順放步驟設(shè)在兩次均壓降之

11、間的時(shí)序(俗稱夾心餅干，如早期的4-1-2/P時(shí)序和現(xiàn)在常用的6-2-3/P時(shí)序等。這類操作時(shí)序也可以用簡單的方法算出其均壓差。設(shè)吸附壓力為PA,再生壓力為PB,均壓次數(shù)為n,順放壓差為P1,則均壓差=(PP1/(n+1+P(例2設(shè)定吸附壓力為19ata,再生壓力為12ata,均壓次數(shù)為3,順放在第3次均壓降之前(夾心餅干，順放壓差為2ata。均壓差為P=(19-12-3!2/(3+1+2=495ata這樣，均壓降1的終壓為19-495=1405ata,均壓降2的終壓為1405-495=91ata,均壓降3的終壓(壓差為最后一次均壓降與順放壓差之和為91-495=415atao42均壓次數(shù)和均

12、壓效果比較例1和例2的計(jì)算結(jié)果，在吸附壓力、再生壓力相同，均壓次數(shù)也相同時(shí)，例2夾心餅干的均壓差較大，即終充壓差也較大，其回收有用氣體的效果也將較差。那么，均壓次數(shù)相同，怎么判斷其均壓效果呢？我們引入有效均壓次數(shù)的概念。由式(1變形可得n=(PA-PB/P-1(3我們將式(3的計(jì)算結(jié)果稱為有效均壓次數(shù)，實(shí)際上就等于正常時(shí)序時(shí)(順放步驟設(shè)在所有均壓降步驟之后的均壓次數(shù)。均壓差越大，有效均壓次數(shù)越小。顯然，當(dāng)均壓降不很低(如2ata時(shí)，有效均壓次數(shù)越多，均壓效果(回收有用氣體的效果越好，有用氣體回收率越高。如例2,按夾心餅干操作時(shí)序的有效均壓次數(shù)為：n=(19-12/495-1=26(次而且，順放

13、壓差越大，其有效均壓次數(shù)越少。如例2重設(shè)順放壓差P1=3,其均壓差為：P=(19-12-3!3/(3+1+3=52ata有效均壓次數(shù)為n=(19-12/52-1=242(次。而例1的正常操作時(shí)序的有效均壓次數(shù)就是3次，均壓效果比夾心餅干好。由此可見，有效均壓次數(shù)是準(zhǔn)確判斷均壓操作有用氣體回收效果的一個(gè)重要指標(biāo)。特例：對(duì)于夾心餅干操作時(shí)序,只有當(dāng)其順放壓差很小時(shí)（此時(shí)無順放、沖洗操作，吸附劑再生效果差，其均壓次數(shù)才接近有效均壓次數(shù)。,172003,13（1湯洪變壓吸附裝置中均壓設(shè)計(jì)的討論次均壓的操作時(shí)序，也可以用有效均壓次數(shù)來判斷其均壓操作的有用氣體回收效果。例3某變壓吸附裝置為四次均壓，其中兩

14、次均壓借助均壓緩沖罐完成。吸附壓力894ata,再生壓力02ata,均壓緩沖罐的容積為吸附塔死體積的4倍。其均壓差為19ata,而其有效均壓次數(shù)為：n=（894-02/19-1=36歐顯然其有效均壓次數(shù)未達(dá)到4次。特例：對(duì)于靠均壓緩沖罐來實(shí)現(xiàn)多次均壓的操作，只有當(dāng)其均壓緩沖罐容積很大時(shí)（此時(shí)投資也很大，其均壓次數(shù)才接近有效均壓次數(shù)。由以上各例的計(jì)算結(jié)果可以看出，夾心餅干和靠均壓緩沖罐來實(shí)現(xiàn)多次均壓的操作，與正常操作時(shí)序（順放操作在所有均壓降之后的操作工藝相比，其均壓效果（有用氣體回收效果差一些。5結(jié)語均壓是變壓吸附氣體分離裝置的一個(gè)關(guān)鍵操作步驟。如何設(shè)置均壓（次數(shù)、時(shí)序直接影響裝置的氣體分離效

15、果和裝置投資。目前國內(nèi)變壓吸附裝置的均壓設(shè)置五花八門，有將順放操作設(shè)置在最后一次均壓之前的，有通過緩沖罐來實(shí)現(xiàn)多次均壓的，實(shí)際上其所謂的均壓次數(shù)并不能達(dá)到應(yīng)有的有用氣體回收效果。而采用本文介紹的有用氣體回收量的計(jì)算方法，或用更直觀的有效均壓次數(shù)，可定量地判斷各種均壓設(shè)置對(duì)變壓吸附裝置有用氣體回收率的影響，從而為變壓吸附裝置的均壓設(shè)計(jì)的合理性提供可靠判據(jù)。（修改回稿2002-11-27（上接第19頁（1減少吸入管路的水力損失。在一般情況下，卸油鶴管的最高點(diǎn)處，管內(nèi)的油品壓力最低，這是最容易發(fā)生氣阻之處。合理加大吸入管直徑，減小流速，使吸入管最短，并盡可能減少吸入管的閥門、管件，可以有效減少管路的

16、壓力損失，提高鶴管頂部剩余壓力，從而克服氣阻。（2選用潛油泵式鶴管。在普通型的鶴管上增加氣動(dòng)或液動(dòng)潛油泵，它特別適于高氣溫、低氣壓地區(qū)接卸輕質(zhì)油品或其它化工產(chǎn)品。氣動(dòng)潛油泵是以壓縮空氣作動(dòng)力源，無需電源及其它動(dòng)力源，使用安全可靠。液動(dòng)潛油泵則是以專用液壓站向液動(dòng)馬達(dá)提供高壓液壓油作為動(dòng)力源。潛油泵式鶴管改變了上卸系統(tǒng)為負(fù)壓工作的狀態(tài)，因而從根本上解決了氣阻問題。（3采用SUB滑片輸油泵。SUB滑片泵是一種新型的容積式輸加油泵,其出口壓力最高可達(dá)到10MPa,吸入口極限真空度可達(dá)009MPa。不僅適用于輸送介質(zhì)溫度-2080?的汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油品，還適用于輸送高粘度的潤滑油和化工介質(zhì)。S

17、UB滑片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、快速自吸以及較強(qiáng)的液、氣二相輸送的特點(diǎn)，無需設(shè)置真空系統(tǒng)，即使是在惡劣的工作環(huán)境及工況下仍能正常工作。近年來，通過對(duì)小型油庫鐵路卸油工藝改造，證明SUB滑片泵是比較理想的卸油泵。5結(jié)語輕油上卸工藝流程簡單，易于操作，只要管路設(shè)計(jì)合理，吸入管壓力損失小，并采用新型鶴管和卸油泵等，配合夏季夜間卸油、油罐降溫等方法，就可以有效防止氣阻，加快卸車速度，減少空氣污染和油品損耗（收稿日期2002-02-06（上接第50頁4結(jié)語化工企業(yè)因其工藝的特殊性，往往處于危險(xiǎn)生產(chǎn)環(huán)境，因此電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)引起重視，熟悉有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，掌握所選電氣產(chǎn)品的性能，并結(jié)合實(shí)際，以滿足企業(yè)的安全生產(chǎn)需要。

18、（收稿日期2002-06-1218CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工設(shè)計(jì)2003,13（1ABSTRACTSSchemeStudyforProductionCapacity-increasingRetrofitofAbsorberofAcrylonitrileUnitXiaoZhenping（LanzhouDesignInstituteofSINOPEC,Lanzhou730060Thestudyisrelatedtoimpactoftheoreticalnumberoftrays,pressure,coldcirculationonthebottomoftheabsorb

19、er,andinletlocationofcondensatefromaftercondenserofquenchtoweronabsorptioneffectandconsumptionofC?coolingamount.Throughthisproductioncapacity-increasingschemeoftheabsorber,absorptioneffectofacrylonitrileisnotonlyimproved,butconsumptionoflowtemperaturebrinealsoreduced.Keywordsacrylonitrileabsorberpro

20、ductioncapacity-increasingretrofitStudyonCalculationofBatchDistillationProcessforMulti-ComponentsTanChong(EastChinaEngineeringCorporation,Hefei230024Itintroducesthatashort-cutmethodisusedforcalculatingbatchdistillationprocessformulti-components.Keywordsmulti-componentdistillationbatchdistillationrel

21、ativevolatilitySideReactionofLowTemperatureShiftCatalystLiWeichun(ChemicalCo.Ltd.,CNOOC,Dongfang572600Itanalyzesreasonofthesidereactionoflowtemperatureshiftcatalyst,takenplaceduringproduction,andputsforwardmeasuresforreducingthesidereactionatthesametime.Keywordslowtemperatureshiftcatalystsidereactio

22、naffectionmeasureReductionofUreaContentofStrippingWasteLiquidbyUsingUrea-washingRecoveryTechnologyGuanWei(HefengChemicalCo.Ltd.,Jiangjin402260Itintroducesthatureaisusedtowashrecoverytowerinureaevaporationsystemsoastoreduceureacontentinthestrippingwasteliquid,andrecovermostofurea,achievingenvironment

23、andeconomicbenefits.Keywordsurea-washingrecoverytowerstrippingwasteliquidDiscussiononDesignofEqualizationPressurePressurizationofPressureSwingAbsorptionUnitTangHong(DevelopmentDesignInstituteofSichuanTianyiScientific&TechnologyCo.Ltd.,Chengdu610225Itintroducesfunctionofequalizationpressurepressu

24、rizationinthepressureswingabsorptionunit,calculationofpressuredifference,selectionoftimesoftheequalizationpressurepressurizationandevaluationmethodofeffect.KeywordspressureswingabsorptionequalizationPressurePressurizationeffectivetimesofpressureequalizationgasrecoveryUnloadingImprovementofLightOilGa

25、nMin(DesignInstituteofLuoyangPetrochemicalComplex,Luoyang471012Thefeaturesoflightoilunloadingaresimpleflowsheetandeasyoperation.Pressurelossofsuck-inpipeislessifdesignofpiperouteisreasonable.GasblockcanbeeffectivelyavoidedifnewtypeofpipeandoiltransferringpumpwithSUBslipvaneareadopted.Thenoillossisre

26、duced.Itisspeciallysuitabletothegasolineanddieseloillsizeoiltanks.Keywordsunloadingoflightoiloil-transferringpumpprocessStudyonDesignofLiquidAmmoniaFillingStationWengWu(IndustrialDesignInstituteofWenzhouMunicipality,Wenzhou325003Studyonoptimizationofparameterselectionofliquidammoniafillingasperrequi

27、rementofrelevantstandardsandcodes.KeywordsLiquidammoniafillingstationdesignProductionCapacityAnalysisandSeriesDesignofSodaAshSteamCalcinerDuWeigang(DalianDesignandResearchInstituteofDalianChemicalGroupCompany,Dalian116031Analyzeallfactorsaffectingproductioncapacityofsodaashsteamcalciner,andbrieflyde

28、scribedesignandapplicationoftheseriesequipment.KeywordsCalcinerproductioncapacityseriesApplicationofVibratedandFluidizedBedinDryingofEurikaAsphaltChenYiguang(DesignInstituteofNanjingChemicalGroupCompany,Nanjing210048Thestudy,basedontheindustrialmaterial,Eurikaasphalt,analyzesdynamiccharacteristics,f

29、eaturesofheattransferanddryingofthedrierwithvibratedandfluidizedbed.Sorting-outandcalculationareperformedformainparametersfortypeselectiondesignofdrierwithvibratedandfluidizedbed.KeywordsvibratedandfluidizedbeddrierasphaltMuIti-loopControlofCirculationOilTemperatureofSyntheticReactorofVinylAcetateLiGuoyuan,etal(GuizhouCrystalChemical(GroupCo.Ltd.,Qingzhen551402Itintroducesmulti-loopautomaticcontrolsystemusingsmartcontroltechnology,whichreplacesconventionalcontrolmode.Overallautomat