《空气分离技术手册》

为赶超殴美发达国家先进技术水平，我所组织专家汇编了《空气分离技术手册》，本手册精选，整理，加工国内外近期最精华，最有代表性的专利，具有显著的经济效益和社会效益。该技术手册是从事空气分离技术研究，设计，生产等单位最珍贵的技术资料，也是图书馆藏书必备的工具书。款到后即可寄出资料，并付国家正式税务发票。汇款寄：抚顺市新华应用技术研究所邮编：113008开户行：中国工商银行抚顺分行营业部主编：许万江帐号：07050209092450877-------92 联系人：顾奎国地址：辽宁省抚顺市新抚区公园街凤翔路19---1号101 传真电话：0413-----2425012电话：0413——2425012，0413——2420636 电子信箱：xhyy@https://www.360docs.net/doc/9818062732.html, 网址：https://www.360docs.net/doc/9818062732.html,

第1集180.00元第2集180.00元第3集180.00元第四集180.00元

一集目录

1空气分离法及装置

2空气分离装置

3空气分离用变压吸附过程和装置

4改进变压吸附法空气分离工艺

5低温分离空气的方法和空气分离装置6监测空气分离设备的操作方法及装置7通过精馏进行空气分离的方法及设备8空气分离工艺和装备

9空气分离方法及设备

10空气分离方法

11带有空气排放器组件的空气分离设备

12空气分离填料

13空气分离填料

14全低压空气分离新工艺

15空气分离前的净化

16用变压器吸附进行空气分离的改进方法

17带液态空气汽提低温空气分离系统

18采用温膨胀器和冷膨胀器的空气分离法

19空气分离系统的模型控制方法

20监测空气分离设备的操作方法及装置二集目录

1空气深冷分离方法及设备

2利用深冷蒸馏分离空气的方法及设备

3深冷机组结构

4深冷机组压力安全结构

5一种深冷机组结构

6利用无规填料的深冷分离空气

7使用不同密度填料的深冷分流系统

8深冷分离

9生产深冷液化工业气体的系统

10净化器和交流换热器相组合的空气深冷分离方法11用多组分致冷剂流体致冷进行低温龙其深冷分离方法

12用于低温空气分离装置的混合物存化器13生产高压气体产器的低温空气分离系统14具有双进气侧冷凝器的低温空气分离系统

15具有双产品侧冷凝器的低温空气分离系统

16用于低温空气分离的快速再起动系统

17具有热透平循环系统的低温空气分离

三集目录

1按照需求变化的模式供给气态氧的空气分离方法

2从低温空气分离体系中回收氧的方法

3共同产氧的多塔氧发生器

4制备氧的有效方法

5制备氧的多膨胀器和冷压缩机法6制备氧的多膨胀器法

7生产中纯度氧的方法和设备

8用一双塔加一辅助低压塔生产中纯度氧的方法

9从低温空气分离设备进行超高纯氧的生产10与超高纯度氧净化器相结合的超高纯度

氧蒸馏装置

11通过压力摆动吸附生产高纯度氧12由低温空气分离方法生产氧

13膜法联合制氧工艺方法

14生产气体氧用深冷空气分离系统

15用于生产多种纯度氧气的深冷精馏体系

16以非恒产率生产氧产品的深冷精馏系统

17用低温蒸馏法生产氧气的工艺和设备

18空气蒸馏制氧的方法和设备

四集目录

1空气纤维膜装置及把气态空气分离成富氧和氮流体的方法

2生产高压氧和高压氮的空气分离流程

3生产中纯度氧的中纯度氮的低温空气分离方法

4氧气和氮气的生产方法

5通过泵液生产高压氮的低温空气分离方法6用于空气分离工艺的氮选择吸附的沸石吸附剂

7生产氮的空气分离方法和装置

8空气分离方法生产氮的装置

9用高压塔和或多个低压塔生产高压氮的方法10用蒸馏器低温蒸馏制氮的方法

11大量回收氩和提取中压氮的空气分离方法和设备

12以高氩回收率从空气分离系统最大限度回收氩气的工艺

13从低温空气分离装置回收和纯化氩的方法和设备

14由低温空气分离方法生产氩

15深冷吸附净化氩

16多组份流体的蒸馏流程和由低温空气分离流程生产富氩流的流程

17从空分主塔直接生产富氪/氙物料的方法

我国变压吸附技术的工业应用现状及展望

陈健古共伟郜豫川

(化工部西南化工研究设计院，成都，610225)

提要介绍了我国变压吸附技术近十多年发展状况及变压吸附技术在各应用领域的最新发展，并对今后的应用和发展作了展望。

关键词变压吸附，吸附，气体分离，展望

1 变

变压吸附(简称PSA)技术是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术。其基本原理是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异，通过周期性的压力变化过程实现气体的分离。

PSA技术在我国的工业应用有十多年的历史，由于其具有能耗低、流程简单、产品气纯度高等优点，在工业上迅速得到推广，从1981年至今已建成的各类具有一定规模的PSA工业装置400余套，用于氢气的提纯、ＣＯ２的提纯(制取食品级ＣＯ２)、CO的提纯、变换气脱除CO２、天然气的净化、空分制O２和N２、煤矿瓦斯气浓缩CH４、浓缩和提纯乙烯等领域。

与其他气体分离技术相比，PSA技术有以下特点：

(1)低能耗，PSA工艺所要求的压力一般在0.1～2.5MPa，一些有压力的气源可省去再次加压的能耗；

(2)可获得高纯度的产品气，如PSA制氢装置，产品H２质量分数(下同)可达98.0%～99.999%；

(3)工艺流程简单，可实现多种气体的分离，对水、硫化物、氨、烃类等杂质有较强的承受能力，无需复杂的预处理工序；

(4)装置的运行由计算机控制，自动化程度高，操作方便，启动后短时间内即可获得合格产品。

2 我国变压吸附技术的工业应用

2.1 氢气的分离提纯

氢气分离提纯是PSA技术中最早实现工业化的领域。我国第一套PSA工业装置由化工部西南化工研究设计院研究设计，1982年建于上海吴淞化肥厂，用于从合成氨弛放气中回收氢气。

PSA提氢装置所采用的气源分为两类，一类是以煤、天然气、重油为原料造气或用甲醇、氨裂解制备的含氢气源；另一类为各种工业生产过程中产生的含氢尾气，如炼油厂含氢尾气、合成氨弛放气，炭黑尾气、DMF尾气、甲醛及甲醇尾气等。一般而言，含氢气30%以上的混合气可作为PSA提纯氢气的气源。从弛放气中回收氢气是合成氨厂普遍采用的节能措施，回收的氢气用于生产比氨的产值高得多的化工产品，如双氧水、硬化油、甲醇、山梨醇、人造黄油等。目前有200余套从各种工业废气中提纯氢气的PSA装置投入使用。氢气是冶金工业中重要的保护气，主要用作硅钢及其他特殊钢材的退火保护。早期的保护用氢气均由高电耗的电解法提供。钢厂有丰富的含氢气源(如焦炉煤气)。第一套从焦炉气中提纯氢气的PSA

装置于1990年在武汉钢铁公司建成投产，氢气生产能力为1000 m３/h(标准)，纯度达

99.999 %，用作硅钢片光亮退火的保护气。原电解法制氢装置氢气耗电6～7 kWh/m３，PSA 法从焦炉气中提纯氢气仅为0.5 kWh/m３。继武汉钢铁公司之后，我国几大钢铁企业(鞍山钢铁公司、本溪钢铁公司、攀枝花钢铁公司等)纷纷采用PSA技术取代电解法制氢。石油炼制过程需要大量氢气，同时石油加工过程中又产生大量含氢尾气(如加氢裂化尾气、催化重整副产气、回炼渣油的催化裂化干气等)，这些尾气有很大的回收价值。用于石化工业的PSA 提氢装置规模较大，原料气处理能力一般在1万m３/h(标准)以上，国外最大的PSA制氢装置处理气量已超过10万m３/h(标准)。1994年12月在镇海炼化公司5 万m３/h(标准)PSA制氢装置国际招标中，化工部西南化工研究设计院中标，这套亚洲目前最大的PSA制氢装置已于1996年底投入运行。

2.2 变换气脱碳

用于合成氨厂的PSA脱碳装置，根据合成氨厂的不同需要分为两种工艺，一种是代替碳化以增产液氨为目的PSA脱碳工艺，脱碳后净化气CO２含量小于0.25%，直接送精炼工序。脱碳气中CO２一般在0.1 %～0.2 %之间，该脱碳工艺在脱除CO２的同时，将大部分杂质(如CH４、ＣＯ）脱除。1991年8月在湖北襄阳氮肥厂建成了第一套PSA从合成氨变换气中脱除CO２的工业装置，与其他脱碳方法相比，PSA脱碳在技术经济上具有一定的优势。另一种PSA脱碳工艺是将脱碳净化气用于甲醇生产，脱除CO２的同时，保留变换气中的CO，一般将脱碳气中CO２含量控制在1 %～5 %的水平，该工艺CO收率可达到90%以上。目前在合成氨厂已有40多套PSA脱碳装置投入运行，PSA脱碳装置最大处理气量可达5万m３/h(标准)以上。现有的PSA变换气脱碳工艺得到的解吸气含有80 %～90 %CO２，直接放空。CO２在工业上有广泛的用途，如将脱碳得到的解吸气回收，将为工厂带来更大的经济效益。一种新的PSA脱碳工艺已完成试验研究，该工艺可以在脱碳的同时将CO２提纯到98.5 %～99.99 %，回收的CO２可作为尿素生产的原料气或作工业和食品用。

2.3 CO分离提纯

CO是C１化学的基础原料气，可用于多种羰基化学产品的合成。目前，采用固体吸附剂分离CO的PSA工艺主要有两类：一类是采用化学吸附的专用吸附剂工艺；另一类是采用物理吸附的常规吸附剂工艺。前一种工艺采用CO专用铜系吸附剂，混合气体可在PSA装置内一步实现CO与CO２等杂质的分离，这类工艺又称一段法PSA提纯CO工艺。后一种工艺采用常规吸附剂(如活性炭、分子筛等)，CO的吸附能力介于混合气体中其他杂质组分之间，通常采用两套串接的PSA装置进行CO的分离提纯，第一步脱除CO２等吸附能力较强的气体，第二步再从剩余混合气中分离提纯CO，这种工艺又称二段法PSA提CO工艺。一段法在工艺

流程简化方面有一定的特点，但目前一段法所用的专用吸附剂在国内外还处于实验室研究及工业试运转阶段。国内目前亦有不少单位在进行CO专用铜系吸附剂的研究，其中北京大学CO专用吸附剂研制已取得较大进展，据称可供工业化应用，但目前尚未见到实现工业化的进一步报道。

二段法PSA提纯CO工艺由化工部西南化工研究设计院开发成功，并于1993年分别在山东淄博有机胺厂和浙江江山化工总厂建成了生产CO能力为500 m３／h(标准)的工业装置。1996年在山东肥城阿斯德化工有限公司建成1500 m３/h(标准)提纯CO的PSA装置，与亚洲最大的甲酸生产装置配套。正在设计中的3000 m３/h(标准)PSA分离提纯CO装置将建于上海吴泾化工总厂，为引进的年产10 万t醋酸装置提供CO气源，缓解原装置CO气源供应不足的问题。

冶金行业中有丰富的CO资源，如高炉气(BFG)、转炉气(LDG)等含有大量的CO，特别是高炉气，由于CO热值较低，难以直接利用。一种专门用于处理高炉气的PSA新工艺已经完成试验研究，该工艺可使高炉气中的CO浓缩到70 %以上，使高炉气的热值提高到7500 kJ/m ３(标准)，用作冶金工业燃气。转炉气、黄磷尾气含CO浓度较高，是PSA技术提纯CO的理想气源。

2.4 CO２的分离提纯

PSA分离提纯CO２技术于1986年工业化，可从油田伴生气、食品发酵气、合成氨变换气、石灰窑气、烟道气、甲醇裂解气等气源中提纯CO２，以满足CO２的多种工业用途。

现在我国采用PSA技术分离提纯CO２的工业装置有20多套。

2.5 变压吸附空分制氧气、氮气

传统的空气分离制氧气、氮气的方法是深冷法。近年来，PSA空气分离技术在世界范围内得到了广泛的研究和开发，在吸附剂的研制和工艺技术上均取得很大进展，国内已有不同规模的PSA制氧装置投入运行。随着PSA制氧技术的不断完善，其能耗将进一步降低、装置的稳定性和可靠性将大大提高，在今后的工业生产中将发挥更重要的作用。

早期的PSA制氮工艺采用5A分子筛作为吸附剂，通过5A分子筛对氮气的选择性吸附，实现氧氮气的分离，富集在吸附床中的氮气通过抽真空方式解吸，再经过压缩后向用户输送。这种工艺流程长，能耗高，已逐步被淘汰。碳分子筛(CMS)在工业上的成功应用，使得PSA 制氮技术发生了突破性的发展。CMS是一种具有较均匀孔径分布的多孔碳质吸附剂，其微孔结构特殊，氧氮分子在微孔中的扩散速度存在显著差异，利用扩散速度的差异，可用简单的PSA工艺过程实现氧氮气的分离。PSA制氮装置投资少，能耗低，操作非常方便，在中小规模制氮领域大有取代传统低温空气装置的趋势。在80年代，国内PSA制氮装置所用的CMS 以进口为主。进入90年代，国内CMS的研制和生产水平不断提高，带动了我国CMS制氮技术的发展。国内各行各业对PSA制氮装置需求量日趋增大，为我国PSA制氮技术的发展创造了良好的条件，PSA制氮技术的应用前景十分广阔。目前国内建成的最大PSA制氮装置是由西南化工研究设计院设计的，氮气生产能力为1600 m３/h(标准)。

2.6 其他领域

2.6.1 天然气的净化天然气中通常含有0.5 %～3 %左右的甲烷同系物，如乙烷、丙烷、丁烷等烃类杂质。这些烃类的存在，影响到以天然气为原料的化工产品质量。PSA技术可将天然气中这些烃类杂质组分脱除到小于100×10－６的水平。已有多套PSA净化天然气装置投入运行，分别建于四川自贡鸿鹤化工总厂、山东荷泽化肥厂、辽阳二硫化碳厂等单位。PSA净化天然气技术能耗低、净化度高，是一种理想的方法。

2.6.2 煤矿瓦斯气浓缩甲烷煤矿瓦斯气中甲烷的浓缩是PSA气体分离技术的一个新领域。我国每年约有30亿m３瓦斯气排放，由于热值低，难以直接利用。如果将甲烷浓缩，使热值提高到城市煤气的水平，可使瓦斯气变废为宝。西南化工研究设计院在1983年推出工业装

置，并获国家专利。第一套工业装置建于河南焦作矿务局，瓦斯气处理量为500 m３/h(标准)。该装置可将瓦斯气中甲烷的质量分数从20 %～40 %浓缩至80 %～90 %。

我国PSA技术水平和应用领域经过20多年的发展，已进入世界先进行列，在很多领域已具备与国外PSA技术竞争的能力。笔者认为，我国今后PSA技术的发展和应用将在以下几个方面有所突破。

(1)将从辅助工艺进入化工工艺主流程，如PSA-Ｈ２装置在石油化工和有机合成工艺中、PSA-CO装置在羰基合成工艺中将成为主装置不可缺少的组成部分。

(2)新型吸附剂的研制、吸附性能和分离效果的提高，将使PSA技术的能耗更低、投资更省、应用领域更广阔。

(3)采用一套装置同时生产多种产品的PSA新技术将投入工业运行，PSA技术能耗低、投资省的特点将得到更充分的体现。

(4)PSA技术将用于更多的工业废气净化和综合利用，如钢铁厂的高炉气、转炉气和黄磷尾气回收CO，硝酸尾气净化和回收氮氧化物，各种工业含氢废气回收氢气，油田伴生气、烟道气回收CO２，不仅可以变废为宝，还可为环境保护作出贡献。

(5)PSA技术与深冷技术或膜分离技术相结合，将推出复合型的气体分离技术。

陈健男，33岁，1989年四川联合大学硕士研究生毕业。高级工程师。

1997-０1-06收稿。

4 参考文献

1 杜柏和.齐鲁石油化工，1991(3)：186～187

2 苏卫.深冷技术，1991(5)：7～11

Actuality and Prospect of Pressure Swing Adsorption

Application in lndustry

Chen Jian,Gu Gongwei,Gao Yuchuan

(Southwest Research Institute of Chemical Industry,Chengdu,610225)

Abstract This article introduced the development of pressure swing adsorption in recent decade in China an

d described latest advancement of pressur

e swing adsorption in nine fields o

f hydrogen purification,carbon diox

ide purification,carbon monoxide separation,carbon dioxide removal from reforming gas,natural gas purification,oxygen-

rich gas production from air,nitrogen production from air,methane concentration from coal mine gas,ethylene co

ncentration and purification.It also made some prospect about future application and development.

Key words pressure swing adsorption(PSA),adsorption,gas separation,prospect