郭万冬，张瑜
（天津渤化石化有限公司，天津滨海新区300452）
摘要：变压吸附技术，是一种新型气体吸附分离技术，因其具有能耗低、可靠性高、操作维护简便、自 动化程度高和产品纯度高等诸多优点，被广泛应用于化工、能源、冶金和环境等各个工业领域。本文详细阐述了PSA 技术在丙烷脱氢尾气提纯氢气工艺中的应用，说明了PSA 技术在该领域应用的实用性和可靠性。
关键词：变压吸附技术；丙烷脱氢；尾气提纯陶粒砖
doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2019.02.010中图分类号：TQ202
文献标志码:A
文章编号：1008-1267(2019)02-0027-03
收稿日期：2018-06-04
第33卷第2期2019年3月天津化工Tianjin Chemical Industry Vol.33No.2M ar.2019
丙烷脱氢制丙烯工艺中，生成产品丙烯的同时，副产同等摩尔量的氢气，混合在乙烷、乙烯、一氧化碳、甲烷等的混合尾气中，如采用适当的分
离手段，
可获得大量的高纯度氢气，做为产品出售能获取更大经济效益。PSA 做为高效低能耗的氢气提纯技术，被优先考虑应用在丙烷脱氢尾气提纯氢气的工艺中，实际运行考察效果良好。
1
PSA 变压吸附原理
1.1
概述
peepmPSA 即变压吸附技术（Pressure Swing Adsorp －
tion.简称PSA ），是一种新型气体吸附分离技术，与膜分离法、低温分离法相比，其具有能耗低、可靠性高、操作维护简便、自动化程度高和产品纯度高等诸多优点，被广泛应用于化工、能源、冶金和环境等各个工业领域。1.2PSA 变压吸附原理
PSA 变压吸附是以多孔性固体吸附剂（吸附剂是分子筛和活性炭，通常两种吸附剂组合使用）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态之间工作的可逆的物理吸附过程，它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力，在低压下又具有较小的吸附能力，而理想的组分H2则无论是高压或是低压都具有较小的吸附能力的原理。在高压下，增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附剂上，从而达到高的产品纯度。吸附剂的解吸或再生在低压下进行，尽量减
少吸附剂上杂质的残余量，以便于在下个循环再
次吸附杂质。1.3
PSA 变压吸附适用范围
适用于采用PSA 进行分离的混合气体应具备如下特点：混合气体中各组分必须是在相同的吸附压力下具有不同的吸附能力，不希望的组分应当是在较高的压力下具有较大的吸附能力，而在较低的压力下，又具有较小的吸附能力。吸附能力相差越大便越容易分离。而希望的组分应当是非吸附性的，或吸附能力很小，且随压力变化吸附能力变化不大。1.4
PSA 变压吸附的吸附顺序
分子筛对一般气体的吸附顺序是：H 2＜N 2＜CH 4＜CO ＜CO 2
活性炭对一般气体的吸附顺序是：H 2＜N 2＜CO ＜CH 4＜CO 2
1.5分子筛和活性炭的区别
活性炭对二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量随压力的升降变化十分明显，是二氧化碳的良好的吸附剂，分子筛则不然，它在低压下就大量吸附二氧化碳，而且随压力升高吸附量变化不明显，在低压下脱附困难，故不能作二氧化碳的吸附剂。活性炭和分子筛都可用作一氧化碳的吸附剂，活性炭的高压吸附量比分子筛的大，低压脱附容易，但是分子筛的吸附能力更强，适用于要求产品中一氧化碳很低的情况。分子筛和活性炭都适于
天津化工2019年3月
在PSA 中吸附甲烷，它们在压力变化幅度相同时，平衡吸附量的变化基本相同，而分子筛对甲烷的吸附能力更强。
2
丙烷脱氢工艺中氢气的产生
2.1
丙烷脱氢流程图
免充气内胎
图1
2.2
丙烷脱氢产生氢气的机理丙烷脱氢的主反应：C 3H 8
催化剂、加热、负压C 3H 6+H 2丙烷脱氢副反应：C 3H 8C 3H 4+H 2C 3H 8C 2H 4+CH 2n(C 3H 6)x(H 2)+y(CH)+z(C)
从丙烷脱氢的反应过程可以看出，主反应与副反应均有氢气生成，结合生产实际，生产过程中产生的氢气的摩尔量与生成的丙烯摩尔量大致相
等，
以某600KTA 产能丙烷脱氢装置为例，年可副产氢气28000多t 氢气，折合体积流量在40000Nm 3以上，
有很大的提纯利用价值。
3
丙烷脱氢尾气提氢PSA 装置的应用
3.1
PSA 设计概述
以国内某600KTA 产能丙烷脱氢装置为例，设计PSA 达到将副产氢气提纯成高纯氢的能力，具体工艺流程如下：
该PSA 装置处理能力大于55000Nm 3原料气，开
工率8000h/a 以上，操作弹性（对原料气）30%~115%，
装置由10台吸附塔、一台顺放气罐、一台逆放气罐、一台解析气罐、和一台原料气缓冲罐组成；另衔接丙烷脱氢主装置，配套原料压缩机25000Nm 3处理能
力以上两套为PSA 提供3.0MPaG 的吸附压力，解析气压缩机15000Nm 3处理能力以上一套为尾气增
压
至0.4MPaG 压力回燃料气系统。3.2PSA 工艺过程
csmate该装置共由10台吸附塔组成，吸附塔的整个吸附与再生过程通过83台高可靠性程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。每个吸附塔都执行13步的步序操作，即吸附、一均降、二均降、三均降、四均降、顺放、逆放、冲洗、四均升、三均升、二均升、一均升、产品氢终升等。正常运行时为10-2-4模式，即10塔运行，2台始终处
于吸附状态，
4台吸附塔在均压阶段，其余4台处于其它的再生不同阶段。出现局部故障时可自动或手动切塔运行，切塔后可自动9-2-3、8-2-3、7-2-2、6-1-2、5-1-2模式运行，但若要保持纯度不变，处理能力将相应减小。3.3原料组分
组分%mol
氢气85.06甲烷7.87乙烷 1.06丙烷0.81总烯烃
1.85
图2
（下转第43页）
28
第33卷第2期氮气 1.26二氧化碳0.11一氧化碳 1.943.4产品氢指标
经过10000h 以上的运行后，总结相关产品分析数据，均能达到既定的产品指标要求。
氢气≥99.999%甲烷≤1×10-4%水≤3×10-4%
氧气≤1×10-4%总烃≤1×10-4%氮气
37iii≤5×10-4%二氧化碳
≤1×10-4%
一氧化碳≤1×10-4%
4结语
随着国家对环境保护力度的不断加大，清洁能源的应用得到社会各界越来越多的重视。氢能做为环境友好的零污染洁净能源，有着非常广阔的应用前景。丙烷脱氢制丙烯工艺中副产的大量氢
气是难得的氢原料资源，
提制高纯氢条件充分可积极开发。本文就PSA 技术在丙烷脱氢工艺尾气精
制氢气领域给出一个成功的应用案例，可为本行业同类装置的氢气制取提供可靠的参考和借鉴。
参考文献：
［1］边波.PSA 技术的实际应用.研究中国化工贸易[J],2012.4,4:174.
（上接第28页）
铁橡栎
的火焰逐渐靠近中心区。另外还发现即使中心的点火烧嘴没有通入保护气进行保护，虽然头部中心区
的火焰高温区已经非常靠近，但仍然没有发现温度过高的区域，也没有发现火焰偏烧的状况。
综合分析，当通入的保护气流量小于45Nm 3/h
时，三个工艺烧嘴的火焰非常靠近，高温区的温度已经超出了点火烧嘴头部材料所能承受的最高温度，故在实际运行中点火烧嘴的保护氮气量不应该低于45Nm 3/h 。
4结论
1）熄灭点火烧嘴，通入氮气进行保护，粉煤烧
嘴火焰不发生偏烧，粉煤烧嘴之间不会发生相互
干扰。2）通入的氮气应该具备一定的流量和速度，即射流刚度，才能实现保护气作用，最低的保护氮气量应该控制在45Nm 3/h ，一旦低于这个值很可能会对点火烧嘴和粉煤烧嘴造成双重破坏。
参考文献：
［1］周力行，陈文芳，林文漪.湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值
模拟[M].北京：科学出版社,1994.
［2］张宏博，秦国彤，纪任山，等.煤粉燃烧过程的数值模拟[J].北京航
空航天大学学报，
2009,
05.a)N 2分布云图b)CO 分布云图
c)温度分布云图d)速度矢量分布
图4通入0Nm 3/h 氮气烧嘴头部截面各个物理量
孙志田等：化工管道顶置多喷嘴气化炉点火烧嘴熄火可行性数值模拟研究43
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