CO,H2分离变压吸附工艺方案

PSA净化项目 初步方案

附件1 装置设计要求

1.1 技术条件及规格

1.1.1 原料气条件 组分 CO H2 CO2 N2+Ar CH4 1.10 0.06 Vol，% 30~33 65.81~68.81 50ppm CO 理论含量为30.5%（此时H2含量为68.31%，其它组份的百分比同上表）。 流量：79200Nm3/h（CO含量为30.5%即理论含量时，装置所需的原料气量） 压力：3.2 MPag 温度：40℃ 1.1.2 CO产品气

组分 含量，mol%

压力：0.005~0.02 MPag 温度：40℃ 1.1.3 H2产品气

组分 H2 N2+Ar+CH4 ≤0.1 含量，mol% ≥99.9 压力：3.0MPag 温度：40℃

CO ≥98 CO2 ≤200ppm 1.2 装置工艺流程与物料平衡

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5解吸废气6CO压缩CO产品气低温甲醇洗脱硫脱碳后气体1预处理PSA-CO243PSA-H2产品氢气

图1 变压吸附提纯CO/H2流程框图

物流说明：1－原料气，2－CO产品气，3－氢气产品气，

4－PSA-CO吸附尾气，5－解吸废气，6－CO置换气

附件3 装置工艺流程描述

3.1工艺流程简述

本设计方案拟采用变压吸附（PSA）气体分离技术从原料气中分离提纯CO和H2。整个工艺过程分为三个工序，即原料气预处理工序、变压吸附提纯CO工序（PSA-CO）、变压吸附提纯氢气工序（PSA-H2）。

经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气，首先通过预处理将其中的重组分杂质脱除，然后送入PSA-CO工序分离提纯得到CO产品气，PSA-CO吸附尾气送入PSA-H2工序，在PSA-H2工序得到H2产品气。

流程框图见图1。 3.1.1预处理工序

经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气首先进入预处理工序。

预处理工序的目的是将经过低温甲醇洗后的原料气中的甲醇等重组分杂质脱除，保护PSA-CO工序吸附剂。 3.1.2变压吸附提纯CO工序（PSA-CO）

PSA-CO工序的作用是使CO进一步与其它组份如H2、N2等杂质组份分离，得到CO产品。来自预处理工序的原料气，进入PSA-CO吸附塔，吸附尾气从塔顶流入PSA-H2工序。经过一定循环步骤后，吸附塔内合格的CO通过逆向放压和抽真空方式排出吸附塔，进入CO产品气缓冲罐。

为了保证CO产品的连续性，PSA-CO装置由18个吸附塔组成，任何时刻

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均有5台吸附塔处于吸附步骤，其余各塔处于吸附剂再生过程的不同阶段，18个塔交替工作从而达到连续分离提纯CO的目的。在一个周期中每个吸附塔均经历：吸附、均压降压、顺放、逆向放压、置换、抽空、均压充压、终充压等步骤。下面以其中的一个吸附塔为例对吸附塔的各个操作步骤进行简要描述。 a．吸附

来自于预处理工序的原料气进入PSA-CO工序的吸附塔中，在预定的吸附压力下，混合气中的CO被专用吸附剂吸附下来，H2、N2等未被吸附的组份作为吸附尾气从吸附塔顶流出吸附塔，经过PSA-CO吸附尾气缓冲罐后送入PSA-H2工序。当吸附塔中的CO传质区前沿到达吸附塔的预定位置后，关闭吸附塔的原料气进口阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤，开始转入再生过程。 b．均压降压

结束吸附步骤后，将吸附塔依次与处于低压的吸附塔连通，将吸附塔死空间内的有用组份回收。 c．顺放

吸附塔经过多次均压步骤后，CO在吸附塔中的吸附前沿进一步向吸附床层的出口移动，为了提高吸附床中的CO含量，需要进一步降低吸附床的压力，将吸附床中的其他组份顺向排出吸附塔，流出气用于冲洗预处理塔。 d．置换

顺放结束后，用部分CO产品气顺着吸附方向自吸附塔底进入吸附塔，将吸附塔内残存的H2、N2、CH4等气体顺向从吸附塔置换出去，从而使吸附塔内的CO达到CO产品气纯度要求。 e．逆向放压

经过以上一系列的操作步骤，吸附塔内的CO纯度已经达到产品规格要求，此时打开吸附塔底部的逆向放压阀门，逆着吸附方向将吸附塔压力降至常压，逆向放压过程中流出的气体即为产品CO，进入产品气缓冲罐。 f．抽真空

逆向放压结束后，为得到更多产品CO并使吸附剂得到彻底地再生，用真空泵逆着吸附方向对吸附塔进行抽真空操作，使被吸附的CO得以较为彻底地解吸，解吸下来的CO流入CO产品气缓冲罐。

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g．均压升压

抽真空步骤结束后，吸附塔依次与压力较高的吸附塔相连通进行均压升压。 h．吸附尾气对吸附塔最终升压

经历了以上各个均压升压步骤的吸附塔的压力还未达到预定的吸附压力，为了使吸附塔可以平稳地切换到下一次吸附并保证吸附塔中的CO浓度前沿在终充过程中平稳移动，需要导入部分吸附尾气，使其压力升至预定的吸附压力。

至此，吸附床完成了一个完整的吸附－再生过程，并为下一次循环做好了准备。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，从而得到满足产品规格要求的产品一氧化碳。

3.1.3变压吸附提纯氢气工序（PSA-H2）

本变压吸附工序中由16台吸附塔组成，装置的16个吸附塔中始终有5个吸附塔处于吸附状态，在每一个循环周期中每个吸附塔依次进行吸附、均压降压、逆向放压、抽空、均压升压、终升压等步骤。下面以其中的一个吸附塔为例对吸附塔的各个操作步骤进行简要描述。 a．吸附

来自PSA-CO的吸附尾气从吸附塔底部进入PSA-H2工序的吸附塔中，在预定的吸附压力下，混合气中的N2、CO被吸附剂吸附截留，H2作为未被吸附的组分从吸附塔顶流出吸附塔，进入产品气缓冲罐。

当吸附塔中的杂质传质区前沿到达吸附塔的预定位置后，关闭吸附塔的原料气进口阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤，转入再生过程。 b．均压降压

顺着吸附方向将具有较高压力的吸附塔内死空间气体依次放入到其他已经完成再生的具有较低压力的吸附塔中，从而将这部分气体和机械能加以回收。 c．逆向放压过程

在顺向放压过程结束后，吸附床中的杂质前沿已经达到吸附塔的出口位置。这时，逆着吸附方向将吸附塔压力降至常压。在此过程中，吸附塔中被吸附的杂质开始从吸附剂上大量解吸下来。逆向放压气放入到解吸气缓冲罐，作为预处理塔冲洗气。 d．抽空过程

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逆向放压结束后，为使吸附剂得到较为彻底地再生，对吸附塔抽空，使吸附剂彻底解吸。抽真空流出气用于冲洗预处理吸附塔。 e．连续均压升压

吸附床完成抽空再生步骤后，依次用来自于其它处于高压的吸附塔进行压力均衡，提高吸附床的压力。 f．产品气对吸附床最终升压

在经历了多次均压升压过程后，吸附塔还未达到预定的吸附压力，为了使吸附塔可以平稳地切换到下一次吸附并保证产品氢气纯度在吸附塔的吸附过程中不发生波动，需要部分吸附尾气将吸附塔压力升至预定的吸附压力。

至此，吸附塔完成了一个完整的吸附－再生循环过程，并为下一个循环过程做好了准备。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，从而得到满足产品规格的产品氢气。

3.2 装置主要设备和吸附剂

3.2.1 预处理工序主要设备和吸附剂

3.2.1.1 预处理工序非标设备（主要材质：Q345R）

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设备名称 PSA-CO吸附塔 PSA-H2吸附塔 预处理吸附塔 原料气缓冲罐 解吸气缓冲罐 吸附尾气缓冲罐 逆放气缓冲罐 置换气缓冲罐 置换气除油器 真空缓冲罐 顺放气缓冲罐 CO产品气缓冲罐 H2产品气缓冲罐 主要规格 DN2800，V=57m3 DN2200，V=32m3 DN2800，V=70m3 DN1800，V=20m3 DN3000，V=100m3 DN3000，V=100m3 DN3000，V=170m3 DN3000，V=100m3 DN2200，V=30m3 DN2200，V=30m3 DN3000，V=100m3 DN3500，V=170m3 DN3000，V=100m3 第5页

数量(台) 18 16 2 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1

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