变压吸附技术回收二氧化碳的方法

变压吸附技术回收二氧化碳的方法

【摘 要】变压吸附技术就是对混合气中各气体组分选择性吸附及各组分在吸附剂上的吸附容量随压力的变化而呈现差异的特性实现混合气体的分离或提纯。变压吸附分离技术正在加速占领工业气体分离的市场。所以进一步研究变压吸附技术具有十分重要的作用。

【关键词】变压吸附技术；工业领域；二氧化碳回收

温室气体CO2是一种重要的化工原料，可以应用在食品、轻工、冶金、化工、医药等行业，向大气中排放不仅污染环境，也造成资源浪费。因此回收相关生产装置的二氧化碳尾气，是一种利国利民的好事，且具有一定的经济效益。合成氨厂变压吸附脱碳尾气中CO2的体积分数达到85％左右，完全可以回收加工后作为一种产品。

目前回收提浓CO2气体的方法有溶剂法、膜分离法、变压吸附（PSA）法、精馏法等方法。其中溶剂法投资大、流程长、能耗高、设备腐蚀严重、开停车麻烦、运行费用高。膜分离法回收CO2，成本高，长期运行的可靠性有待进一步解决。精馏法能耗相对较高，产品回收率低，应用更少。相对而言，国内目前CO2的回收采用变压吸附法的较多。

1 回收二氧化碳技术方案

1.1 技术方案一

技术一技术流程框图见下图1。

该技术方案的工艺流程为合成氨装置变压吸附脱碳尾气首先经过缓冲罐将其中的水分、固体杂质进行初步分离后，进行压缩。因为压缩后气体温度升高，经利用部分液体CO2产品或装置其它设备的尾气将其降低温度后，再次将其中的水分等杂质脱除出来。经压缩、分离大多数杂质后的气体可以进入变压吸附装置，进行提浓操作，将其中大部分的杂质气体脱除掉。经变压吸附后的CO2气体因为仍含有部分杂质气体，尤其是含硫化合物，需要再经过脱硫工序将其中的含硫化合物脱除掉。脱硫后的CO2气体再经过冷却液化后，将其中不能液化的气体分离开来，就可以作为产品储运。

1.2 技术方案二

技术二技术流程框图见下图2。

该技术方案的工艺流程为原料气经缓冲后，进行压缩，利用其它设备的中间产品将气体降温后，送入脱硫装置，将其中的有机硫以及无机硫都脱除干净，利用液化CO2后剩余的冷量将气体初步降温后，将其中的水分等杂质脱除掉，然

后进行液化。液化完毕后，将其中不凝气等分离出来，即可作为产品。

1.3 技术方案三

技术二技术流程框图见下图2。

该技术方案的工艺流程为原料气经初步分离其中的水分、固体杂质等后，进行一次压缩，再进入脱硫装置，将其中的有机硫以及无机硫都脱除干净，然后再进行二次压缩，压缩后，再将其中的水分等分离出来，然后才进入PSA 装置，其作用是对微量杂质进行深度脱除以及将原料气中水份进行干燥。经干燥及脱除杂质后的原料气再进入冷冻系统进行液化，将其中的有效成分CO2液化后，无效成分在提纯装置中分离出来，此时即成为产品。

2 技术方案比较

针对三个技术方案提供的初步方案进行分析，认为脱硫是必须的，且最好是在变压吸附之前就进行，这样可减少吸附剂和其它工段的催化剂的中毒，因此技术方案1 相对而言需要调整。

在整套装置运转过程中，不同设备的温差较大，因此需要考虑能耗问题，将能量消耗控制在最低，换热过程要充分考虑到放空尾气、原料气、压缩后相对温度较高的气体、产品等的冷量、热量回收利用问题。因此技术方案2 在用能上是最合适的。工艺路线简单，相对而言则投资省，但在一定程度上不能保障产品的纯度，经对三种技术方案的调查，技术供应商进行实地考察以及业绩考察，发现这三种技术方案业绩都没有问题，产品质量合格，因此投资少、工艺流程短的相对更合适一些，技术方案2 相对更合适。

3 比较结论

变压吸附为常用的CO2回收技术，也是应用较广的回收技术；原料气在加工过程中，第一步适当去掉其中的固体杂质以及水分后，第二步应当压缩后脱硫，再进行变压吸附，这样更有利于降低生产费用，防止降低催化剂及吸附剂的使用寿命；在产品质量相当的情况下，综合能耗低的工艺路线应优先考虑；生产过程中为保障产品气体的纯度，最好少采用甚至不采用含润滑油的动力设备，例如压缩机采用无油润滑压缩机等。

参考文献：

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[2]辜敏，鲜学福.变压吸附技术的应用研究进展[J].广州化学， 2006（02）.

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