变压吸附压力控制系统的改进和优化

苏付伟

(河南煤业化工集团河南龙宇煤化工有限公司,河南,永城,476600)

变压吸附压力控制系统的改进和优化

苏付伟

(河南煤业化工集团河南龙宇煤化工有限公司,河南,永城,476600)

变压吸附技术是一种应用广泛的气体分离技术。文章结合生产实践阐述了近年来变压吸附技术流程和控制系统的改进及优化方案,同时介绍了变压吸附系统对压力控制的要求,以及压力控制调节阀的选择要求。

变压吸附;压力控制;改进优化;调节阀选择

变压吸附气体分离技术,是通过压力的改变,依靠吸附剂来实现气体的选择吸附与分离。与深冷、化学吸收、膜分离等气体分离技术相比,它具有无污染、低能耗、产品气纯度高、操作弹性大、自动化程度高的优点。近年来随着变压吸附技术的不断推广和应用,对其工艺流程和压力控制系统进行了不断的改进和优化。现结合生产实践,对变压吸附技术的改进优化进行总结。

1 变压吸附对吸附压力控制的要求

吸附塔在吸附过程中对压力波动的要求极为严格。对于吸附压力在 1.5MPa以上的系统,其波动范围应控制在在工作压力的1.5～2.0%;吸附压力小于 1.5MPa时,应控制在 2.0%以下。吸附压力的波动将产生以下不利影响:A)影响产品纯度。吸附压力的波动直接导致吸附 (杂质)前沿的不稳定,从而使杂质容易穿透吸附剂床层而影响产品纯度。B)影响吸附塔的再生效果,导致解吸气量波动。吸附压力的波动使各塔在解吸过程中压力不均衡,解吸气量发生波动。C)影响产品气收率。其一,由于再生过程压力不稳,导致再生末期用于冲压的产品气过多而浪费。其二,由于压力波动,产品纯度降低,为保证产品气纯度则必须减少吸附时间,产品气收率降低。

2 变压吸附压力控制系统的改进和优化

变压吸附的压力控制系统经历了逐步发展完善和优化的过程。前期的控制系统只专注于对吸附压力的控制,而对解吸气和中间再生环节的压力控制做得较为简单,代表性的冲洗再生工艺见图一。随着对变压吸附工艺应用和研究的逐步深入,为提高产品的回收率和吸附剂的再生效果而设计了多次均压、增设冲洗阀 -2和缓冲罐 -B等,在程序控制上也做了很大改进。对于大多数变压吸附气体分离装置,其副产品解吸气还拥有相当可观的热值,可以用作加热炉的燃料,需要进行回收,从而增加缓冲罐 -C/-D。设置两个缓冲罐的目的是为了把不同压力等级的解吸气分开缓冲储存,通过两个罐的串并联来达到进一步稳定解吸气的目的,同时用调节阀 -03/-02/-09对逆放气、冲洗气进行限流,并选择性能优良的调节阀来满足后面的燃气管网对解吸气压力和流量稳定的要求。

通过两种工艺对比,改进后的流程和控制方案具有如下的优越性:

2.1 吸附压力控制增加了放空线 增加放空调节阀后,一方面可有效地防止后系统压力波动对前面的吸附塔造成影响,在后系统压力升高时,放空调节阀打开并将吸附压力稳定在其设定值。另一方面,可调节和缩小吸附压力波动的幅度。对于波动频繁的系统,通过把放空压力设定为接近吸附压力 (压控阀 04的设定值)来有效降低吸附压力的波动。

2.2 增加冲洗气缓冲罐 该缓冲罐的增设,可方便地储存再生过程中产生的冲洗气,使再生设计更方便可调。同时有效地避免了塔对塔进行冲洗时气流偏流走短路、冲洗不均匀、塔再生效果差的弊端。更为重要的一点是,通过冲洗调节阀慢慢地把冲洗气送入缓冲罐 -D,有效地避免了解吸气系统压力和流量的波动。

2.3 增加逆放调节阀 -03、冲洗调节阀 -09 两个调节阀的增加,有效地阻止了高压逆放气和冲洗起始较大气量的气体对缓冲罐的冲击,这对稳定解吸气向外输送的压力和流量起着至关重要的作用。图一的工艺设计中没有这两个调节阀,对可燃的解吸气很难做到回收燃烧利用。

2.4 缓冲罐超压放空的位置选择 该放空调节阀安装在缓冲罐 -D的入口,用以控制缓冲罐 -D的压力。这样,放空的压力设定值就可设得相对低一点,以降低与压控阀 -08后的解吸气管网的压差,从而避免罐内压力波动较大而对向后输送的解吸气造成大的波动。若该放空管线和调节阀安装在压控阀 -06的前面,则其控制的是缓冲罐 -C的超压放空压力,放空的设定值较高,将导致逆放压力的升高,缓冲罐 -C的压力波动也较大。

3 压力控制调节阀的选择要求

从前面几个重要的压力调节阀的工作过程可以看出,变压吸附装置的压力控制有着不同的要求:吸附压力要求平稳,不能出现较大波动;终充、冲洗、逆放压力是一个动态变化控制过程,而且对压力的升降速率有着严格的要求;解吸气系统的压力波动要求控制在一定的比例范围内,尽量减少波动以降低对后系统燃烧炉的影响。这就要求每个调节阀要有较高的灵敏度和较好的流量特性。

TB657.7

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1003-3467(2010)10-0059-01