變壓吸附壓力控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化

蘇付偉

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)河南龍宇煤化工有限公司,河南,永城,476600)

變壓吸附壓力控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化

蘇付偉

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)河南龍宇煤化工有限公司,河南,永城,476600)

變壓吸附技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的氣體分離技術(shù)。文章結(jié)合生產(chǎn)實踐闡述了近年來變壓吸附技術(shù)流程和控制系統(tǒng)的改進(jìn)及優(yōu)化方案,同時介紹了變壓吸附系統(tǒng)對壓力控制的要求,以及壓力控制調(diào)節(jié)閥的選擇要求。

變壓吸附;壓力控制;改進(jìn)優(yōu)化;調(diào)節(jié)閥選擇

變壓吸附氣體分離技術(shù),是通過壓力的改變,依靠吸附劑來實現(xiàn)氣體的選擇吸附與分離。與深冷、化學(xué)吸收、膜分離等氣體分離技術(shù)相比,它具有無污染、低能耗、產(chǎn)品氣純度高、操作彈性大、自動化程度高的優(yōu)點。近年來隨著變壓吸附技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用,對其工藝流程和壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)實踐,對變壓吸附技術(shù)的改進(jìn)優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)。

1 變壓吸附對吸附壓力控制的要求

吸附塔在吸附過程中對壓力波動的要求極為嚴(yán)格。對于吸附壓力在 1.5MPa以上的系統(tǒng),其波動范圍應(yīng)控制在在工作壓力的1.5～2.0%;吸附壓力小于 1.5MPa時,應(yīng)控制在 2.0%以下。吸附壓力的波動將產(chǎn)生以下不利影響:A)影響產(chǎn)品純度。吸附壓力的波動直接導(dǎo)致吸附 (雜質(zhì))前沿的不穩(wěn)定,從而使雜質(zhì)容易穿透吸附劑床層而影響產(chǎn)品純度。B)影響吸附塔的再生效果,導(dǎo)致解吸氣量波動。吸附壓力的波動使各塔在解吸過程中壓力不均衡,解吸氣量發(fā)生波動。C)影響產(chǎn)品氣收率。其一,由于再生過程壓力不穩(wěn),導(dǎo)致再生末期用于沖壓的產(chǎn)品氣過多而浪費。其二,由于壓力波動,產(chǎn)品純度降低,為保證產(chǎn)品氣純度則必須減少吸附時間,產(chǎn)品氣收率降低。

2 變壓吸附壓力控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化

變壓吸附的壓力控制系統(tǒng)經(jīng)歷了逐步發(fā)展完善和優(yōu)化的過程。前期的控制系統(tǒng)只專注于對吸附壓力的控制,而對解吸氣和中間再生環(huán)節(jié)的壓力控制做得較為簡單,代表性的沖洗再生工藝見圖一。隨著對變壓吸附工藝應(yīng)用和研究的逐步深入,為提高產(chǎn)品的回收率和吸附劑的再生效果而設(shè)計了多次均壓、增設(shè)沖洗閥 -2和緩沖罐 -B等,在程序控制上也做了很大改進(jìn)。對于大多數(shù)變壓吸附氣體分離裝置,其副產(chǎn)品解吸氣還擁有相當(dāng)可觀的熱值,可以用作加熱爐的燃料,需要進(jìn)行回收,從而增加緩沖罐 -C/-D。設(shè)置兩個緩沖罐的目的是為了把不同壓力等級的解吸氣分開緩沖儲存,通過兩個罐的串并聯(lián)來達(dá)到進(jìn)一步穩(wěn)定解吸氣的目的,同時用調(diào)節(jié)閥 -03/-02/-09對逆放氣、沖洗氣進(jìn)行限流,并選擇性能優(yōu)良的調(diào)節(jié)閥來滿足后面的燃?xì)夤芫W(wǎng)對解吸氣壓力和流量穩(wěn)定的要求。

通過兩種工藝對比,改進(jìn)后的流程和控制方案具有如下的優(yōu)越性:

2.1 吸附壓力控制增加了放空線 增加放空調(diào)節(jié)閥后,一方面可有效地防止后系統(tǒng)壓力波動對前面的吸附塔造成影響,在后系統(tǒng)壓力升高時,放空調(diào)節(jié)閥打開并將吸附壓力穩(wěn)定在其設(shè)定值。另一方面,可調(diào)節(jié)和縮小吸附壓力波動的幅度。對于波動頻繁的系統(tǒng),通過把放空壓力設(shè)定為接近吸附壓力 (壓控閥 04的設(shè)定值)來有效降低吸附壓力的波動。

2.2 增加沖洗氣緩沖罐 該緩沖罐的增設(shè),可方便地儲存再生過程中產(chǎn)生的沖洗氣,使再生設(shè)計更方便可調(diào)。同時有效地避免了塔對塔進(jìn)行沖洗時氣流偏流走短路、沖洗不均勻、塔再生效果差的弊端。更為重要的一點是,通過沖洗調(diào)節(jié)閥慢慢地把沖洗氣送入緩沖罐 -D,有效地避免了解吸氣系統(tǒng)壓力和流量的波動。

2.3 增加逆放調(diào)節(jié)閥 -03、沖洗調(diào)節(jié)閥 -09 兩個調(diào)節(jié)閥的增加,有效地阻止了高壓逆放氣和沖洗起始較大氣量的氣體對緩沖罐的沖擊,這對穩(wěn)定解吸氣向外輸送的壓力和流量起著至關(guān)重要的作用。圖一的工藝設(shè)計中沒有這兩個調(diào)節(jié)閥,對可燃的解吸氣很難做到回收燃燒利用。

2.4 緩沖罐超壓放空的位置選擇 該放空調(diào)節(jié)閥安裝在緩沖罐 -D的入口,用以控制緩沖罐 -D的壓力。這樣,放空的壓力設(shè)定值就可設(shè)得相對低一點,以降低與壓控閥 -08后的解吸氣管網(wǎng)的壓差,從而避免罐內(nèi)壓力波動較大而對向后輸送的解吸氣造成大的波動。若該放空管線和調(diào)節(jié)閥安裝在壓控閥 -06的前面,則其控制的是緩沖罐 -C的超壓放空壓力,放空的設(shè)定值較高,將導(dǎo)致逆放壓力的升高,緩沖罐 -C的壓力波動也較大。

3 壓力控制調(diào)節(jié)閥的選擇要求

從前面幾個重要的壓力調(diào)節(jié)閥的工作過程可以看出,變壓吸附裝置的壓力控制有著不同的要求:吸附壓力要求平穩(wěn),不能出現(xiàn)較大波動;終充、沖洗、逆放壓力是一個動態(tài)變化控制過程,而且對壓力的升降速率有著嚴(yán)格的要求;解吸氣系統(tǒng)的壓力波動要求控制在一定的比例范圍內(nèi),盡量減少波動以降低對后系統(tǒng)燃燒爐的影響。這就要求每個調(diào)節(jié)閥要有較高的靈敏度和較好的流量特性。

TB657.7

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1003-3467(2010)10-0059-01