变压吸附装置中均压设计的讨论概要.docx
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变压吸附装置中均压设计的讨论概要
变压吸附装置中均压设计的讨论
汤洪四川天一科技股份有限公司开发设计所成都610225
摘要论述均压在变压吸附装置中的作用,介绍均压差的计算以及均压次数的选择与效果评价的方法。
关键词变压吸附均压有效均压次数气体回收
变压吸附气体分离技术是利用气体在吸附剂上的吸附容量随其分压变化（即气体分压越高,吸附量越大,反之亦然的特性,在较高压力下吸附,而弱吸附组分（如提氢装置的氢气则直接通过吸附床输出;通过降低吸附床的被吸附组分分压（降低吸附床压力,并用被吸附组分含量较低的气体对吸附床进行冲洗,或抽真空,使被吸附组分从吸附剂中解吸出来,吸附剂得到再生。
变压吸附气体分离技术与其他吸附分离技术的主要区别是吸附剂解吸再生时不需另加再生气源及外加能量（加热再生气用。
主要技术突破在于应用了均压的操作。
1操作过程
我们用简单的五塔二次均压操作工艺来说明变压吸附的操作过程。
五塔二次均压的操作时序如表1所示。
表1五塔二次均压操作时序表
分步骤12345678910时间,s90909090909090909090A塔终压,ata10210272422712124272102
吸附床AA1A2E1DE2DPPDPE2RE1RFR
BE1RFRA1A2E1DE2DPPDPE2R
CPE2RE1RFRA1A2E1DE2DPPD
DPPDPE2RE1RFRA1A2E1DE2D
EE1DE2DPPDPE2RE1RFRA1A2
注:
A吸附EiD均压降iPP顺放D逆放P冲洗EiR均压升iFR终充
以吸附床A为例说明变压吸附的工艺操作过程。
分步骤1、2,吸附床A处于吸附状态（A1、A2。
分步骤3,吸附床A吸附完成需降压再生,通过吸附床顶的程序控制阀与吸附床C连接,向吸附床C充压直至压力相等,吸附床A压力从102ata降至72ata,吸附床C压力从42ata升至72ata,吸附床A的步骤称为均压降1（E1D。
分步骤4,吸附床A通过吸附床顶的程序控制阀与吸附床D连接,向吸附床D充压直至压力相等,吸附床A压力从72ata降至42ata,吸附床D压力从12ata升至42ata。
吸附床A此步骤称为均压降2（E2D。
分步骤5,吸附床A顺向（与吸附时气体流向相同泄压（简称顺放,PP,吸附床A压力从42ata降至27ata,排出的气体作为冲洗气对15
2003,13（1汤洪变压吸附装置中均压设计的讨论汤洪:
高级工程师,总工程师,1982年毕业于浙江大学化学工程专业。
长期从事化工工艺设计工作。
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（028
降压完成吸附床E进行冲洗（P,降低床层被吸附组分的浓度,使吸附床E吸附剂得到更彻底的解吸再生。
分步骤6,吸附床A逆向（与吸附时气体流向相反泄压（简称逆放,D,将气体排出系统,吸附床A压力从27ata降至12ata,完成降压过程。
分步骤7,用吸附床B的顺放气对吸附床A进行冲洗（P,进一步降低床层A被吸附组分的浓度,并使吸附剂彻底解吸,吸附床A再生完成。
分步骤8,吸附床C向吸附床A充压,吸附床A压力从12ata升至42ata,吸附床A此步骤称为均压升2（E2R。
分步骤9,吸附床D向吸附床A充压,吸附床A压力从42ata升至72ata,吸附床A此步骤称为均压升1（E1R。
分步骤10,用产品气对吸附床A充压,吸附床A压力从72ata升至吸附压力102ata,充压完成。
吸附床A此步骤称为最终充压（简称终充,FR。
2均压的作用
从变压吸附的工艺操作过程不难看出,所谓均压就是需降压解吸的吸附床分别向需升压的不同的吸附床充压,需降压解吸的吸附床压力逐级下降,而需升压的吸附床的压力得到逐级升高,从而使吸附床降压排出的有用气体得到有效利用。
均压步骤的主要作用就是回收吸附床降压时排出的有用气体。
3均压次数的影响
我们再来看六塔三次均压操作工艺的时序如表2所示。
表2六塔三次均压操作时序表
分步骤123456789101112时间,s909090909090909090909090A塔终压,ata10210279557345245121234557795102
吸附床AA1A2E1DE2DE3DPPDPE3RE2RE1RFR
BE1RFRA1A2E1DE2DE3DPPDPE3RE2R
CE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2DE3DPPDP
DDPE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2DE3DPP
EE3DPPDPE3RE2RE1RFRA1A2E1DE2D
FE1DE2DE3DPPDPE3RE2RE1RFRA1A2
回收的有用气体量可用吸附压力与最后一次均压降终压的差值来计算,从表2中A塔各步骤终压数据看,由于增加了1次均压,回收的有用气体量有所增加。
设VA为吸附床的死体积,m3,三次均压时,三均终压为345ata,每个吸附床降压时回收的气体量为（102-345VA=675VA;而二次均压时,二均终压为42ata,每个吸附床降压时回收的气体量为（102-42VA=6VA。
显然,三次均压回收的有用气体量比二次均压多。
一般说来,增加均压次数,可回收更多的有用气体,产品气的收率也就提高。
因为有了均压操作步骤,变压吸附气体分离装置的产品气,分离技术的应用才会如此广泛。
然而,并不是说,均压次数越多越好。
首先,均压次数的增加需通过增加吸附床数来实现,而增加一个吸附床才能增加1次均压操作,故均压次数的增加必然造成装置投资的增加。
一般来说,从一次均压增加至二次均压、二次均压增加至三次均压时,有用气体的回收率增加比较明显,而由三次均压增加至四次均压,有用气体的回收率仅增加2~5个百分点,四次均压增加至五次均压,有用气体的回收率仅增加1~3个百分点。
其次,参照上述时序表可以看到,随着均压次数的增加,顺放初压（即最后一次均压降的终压相应降低,使得作为冲洗气的顺放气中被吸
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CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2003,13（1
附组分的浓度升高,同时顺放压差变小,因而吸附剂冲洗再生的效果变差,使吸附剂的动态吸附容量减少,导致吸附床吸附时间缩短、产品气的回收率也降低。
再次,由于压力越低,被吸附气体解吸越多,则均压降排出气体中的被吸附组分浓度也越高,故随着均压次数的增加,回收的低压气体中的有用气体含量相应降低,回收的价值也就小了。
因此,一般将均压降控制在2ata以上为宜。
4均压差计算与均压效果评价方法
实际上,以均压差（吸附压力-均压降1终压,或均压降i终压-均压降i+1终压来描述有用气体回收效果更为直观。
因为终充压差正好与均压差相等,而终充是用产品气来充压,均压差的增加必然会造成产品气量的减少,有用气体的回收率也相应减少。
41均压差计算
一般正常的操作时序将顺放步骤设在所有均压降步骤之后,由于每级均压压力降（升是相同的,均压差也就很容易算出。
设吸附压力为PA,再生压力为PB,均压次数为n,则均压差为:
P=（PA-PB/（n+1（1例1正常操作时序,顺放在所有均压降之后,吸附压力为19ata,再生压力为12ata,均压次数为3,均压差为:
（19-12/（3+1=445ata
这样,均压降1的终压为19-445=1455ata,均压降2的终压为1455-445=101ata,均压降3的终压为101-445=565ata,无论均压次数多少,均压降的终压均可以按此方法计算。
在国内,为了增加均压次数,常常采用一些将顺放步骤设在两次均压降之间的时序（俗称夹心饼干,如早期的4-1-2/P时序和现在常用的6-2-3/P时序等。
这类操作时序也可以用简单的方法算出其均压差。
设吸附压力为PA,再生压力为PB,均压次数为n,顺放压差为P1,则均压差为:
=（PP1/（n+1+P（
例2设定吸附压力为19ata,再生压力为12ata,均压次数为3,顺放在第3次均压降之前（夹心饼干,顺放压差为2ata。
均压差为P=（19-12-3!
2/（3+1+2=495ata
这样,均压降1的终压为19-495=1405ata,均压降2的终压为1405-495=91ata,均压降3的终压（压差为最后一次均压降与顺放压差之和为91-495=415ata。
42均压次数和均压效果
比较例1和例2的计算结果,在吸附压力、再生压力相同,均压次数也相同时,例2夹心饼干的均压差较大,即终充压差也较大,其回收有用气体的效果也将较差。
那么,均压次数相同,怎么判断其均压效果呢?
我们引入有效均压次数的概念。
由式（1变形可得
n=（PA-PB/P-1（3我们将式（3的计算结果称为有效均压次数,实际上就等于正常时序时（顺放步骤设在所有均压降步骤之后的均压次数。
均压差越大,有效均压次数越小。
显然,当均压降不很低（如>2ata时,有效均压次数越多,均压效果（回收有用气体的效果越好,有用气体回收率越高。
如例2,按夹心饼干操作时序的有效均压次数为:
n=（19-12/495-1=26（次
而且,顺放压差越大,其有效均压次数越少。
如例2重设顺放压差P1=3,其均压差为:
P=（19-12-3!
3/（3+1+3=52ata有效均压次数为
n=（19-12/52-1=242（次。
而例1的正常操作时序的有效均压次数就是3次,均压效果比夹心饼干好。
由此可见,有效均压次数是准确判断均压操作有用气体回收效果的一个重要指标。
特例:
对于夹心饼干操作时序,只有当其顺放压差很小时（此时无顺放、冲洗操作,吸附剂再生效果差,其均压次数才接
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