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变压吸附器气流分布装置的设计研究及应用

发布:hyzbkj 日期:2017-08-28 浏览次数:10次

  变压吸附器气流分布装置的设计研究及应用

  1概述

  变压吸附(Pressure  swing  Adsorption简称PSA)是吸附分离技术中一项用于分离气体混合物的高新技术,作为化工操作单元,正在迅速发展成为一门独立的学科,称为吸附分离工程。多年来,随着吸附剂、工艺过程、控制及工程实施等方面研究的不断深入,变压吸附技术在工业气体分离和纯化领域中的应用范围日益扩大。吸附分离方法不仅可以用于气相分离,实现常温空气分离氧氮,酸性气体脱除,从各种气体中分离回收H2、CO2、CO、CH4、C2H4等;还可进行液相分离,主要是对石化产品和化工产品的分离及从废水中回收有用成分或除去有害成分等,变压吸附技术的应用范围越来越广,所带来的经济和社会效益也非常可观。

  2.技术现状

  2.1影响变压吸附技术应用和发展的关键有四个方面,分别是:

  2.1.1、吸附剂的选择

  2.1.2、程控阀安全可靠的运行

  2.1.3、吸附器内气流能否均布,容器的疲劳强度能否保证

  2.1.4、计算机控制系统能否保证装置灵敏的操控

  目前,随着自动化技术水平、精细化工科学及材料生产技术日新月异的发展,当前影响变压吸附发展的吸附剂的选择、程控阀门、材料疲劳性能及计算机工业控制技术都有了较大的改善,推动了变压吸附技术的广泛应用及逐渐普及。但由于目前我国在吸附器的设计及制造中,仅停留在参考采用国内外有关规程、规范之外,主要依据长期的压力容器分析设计从容器本身强度上进行优化设计。对影响整个变压吸附装置运行性能的吸附器内部气流分布装置的设计及制造仍停留在模式套用状态,因而,在吸附器的气流分布装置的设计制造,仅凭经验及依据国内外的相关标准进行。特别很多压力容器制造企业在吸附器的制造中仅仅考虑设备制造本体,对气流分布装置的制造往往比较粗燥,技术监督部门对非承压部分的内件制作质量不属于监检项目,为整套装置的安全可靠高效运行留下了隐患,变压吸附装置翻塔的情况时有发生。

  2.2目前吸附器气流分布装置的设计及制造中,主要存在以下几方面不足:

  2.2.1吸附器气流分布装置设计方面需进行一步完善,有效提高在有效容积内吸附剂的填充及利用空间,增加在有效容积内气体分离系数,减少死区空间容积,确保吸附剂利用率,提高设计产能及纯度。

  2.2.2吸附器内部气流分布装置孔板的开孔布孔需要优化,避免造成气流分布不均匀,产生气流返混,吸附剂利用率不充分,影响吸附分离系数。

  2.2.3吸附器气流收集器无吸附剂填充压紧调整装置,易导致吸附剂粉化而失效造成吸附剂泄漏或气孔堵塞影响吸附效率。

  3.设计研究单位概况

  公司具有一、二类压力容器设计制造资质和国家质检总局核发的三类压力容器制造资质,是焦作地区首家三类压力容器制造企业。 公司为河南省高新技术技术企业,焦作市技术创新五十强企业,中国压力容器协会会员单位、中国气体分离设备协会理事单位、全国变压吸附网理事单位、河南省100户高成长性中小企业、修武县县长质量奖获得单位,公司发明的“一种吸附塔气流分布装置”获得国家发明专利,完全拥有自主知识产权,2010年被评审为河南省科技进步一等奖。公司占地面积90000㎡,建设有50000㎡现代化制造车间及设备检测中心,装备有各类压力容器制造装备及检测设备260余台。其中行车25台,3000*3000*80卷板机、数控下料中心、气流分布装置加工中心、换热设备制造中心、埋弧自动焊接中心、5000*5000*30M自动控温测温热处理炉,主要检测设施包括射线、磁粉、理化、TOFD及材料复验中心。目前,我公司制作的变压吸附器有800余台广泛的应用到钢铁冶金高炉富氧、化肥行业脱碳、石化行业制氢、工业项目氮气保护等领域。装置运行在煤制甲醇、煤制油、煤制烯氢、多晶硅、PVC、醋酸的重点工程上。公司服务过的客户包括中石化、中石油、神华集团、潞安集团、河南煤化、天泽煤化工、龙门煤化、湖北宜化、义马气化、神马氯碱等单位。专业从事煤化工、天然气化工、石油石化、煤层气及LNG领域变压吸附、变温吸附及脱硫设备的制造及工程安装。具备制造各种低合金钢、耐热钢、各种不锈钢及各种复合钢板等为材质的大型石化、煤化工及新能源领域压力容器装备的能力。

  4.设计研究成果

  作为专业从事变压吸附器制造的三类压力容器制造企业,我公司在与设计院合作生产销售变压吸附器的过程中,广泛征求用户意见,积极研究变压吸附器的运行原理和效果,并相关科研院所合作,不断进行科学研究和技术创新。我公司的发明的“一种吸附塔气流分布器”采用均流技术对吸附器内部气流的分布进行设计。该专利按气流学原理,合理均布分布板气孔,确保了各孔道压降相等;采用气体导流板,设置倒流折边,确保了气流分布板强度,杜绝涡流对平板产生撕裂;合理的气流均布设计,减小了气流阻力,减小了有效容积内吸附剂利用死区,避免了吸附剂受气流强力冲击摩擦形成粉化;高速气流均化,提高了吸附塔的产能,降低了压缩机功率,减小了吸附器容积设计,可大大降低项目工程造价。

  该技术获得了国家实用新型专利及发明专利,我公司依托该技术生产的“新型高效变压吸附装置”被河南省科技厅认定为高新技术产品,2010年被河南省工信厅评审为科技进步一等奖。该产品因其国内首创和技术领先,投入市场后获得了用户和专家的一致好评,并引起了同行企业的瞩目。

  通过不断的实验、计算,并向流体力学、空气动力学专家进行请教、论证,终于取得了突破。在变压吸附小试装置运行指标测试中,应用了我公司设计研发的气流分布装置的吸附器在运行指标上有明显优势。

  4.1结构创新上的优势:

  4.1.1、科学设计变压吸附器塔径比:依据气流学原理,根据设计产能科学计算塔径比,测算气流分布器尺寸及圈合高度,有效提高在存放容积内吸附剂的填充利用空间,提高产能。

  4.1.2、科学均匀气体流速:依据吸附分离原理(高压气体进入吸附器内,由于气流分布不均,造成气体返混,吸附剂利用不充分,气流对吸附剂冲击,易导致吸附剂粉化失效)通过科学测算气流分布器每个区域压降,测算开孔率,进行开孔、补孔,针对不同装置采用专用软件设计专用气流分布器,使气流分布均匀。

  4.1.3、设计气体导流板、支撑气流分布器,保证气流分布器强度,杜绝气流对平板及连接部分撕裂。

  4.2技术性能指标的优势:

  4.2.1、提高了吸附率:通过气流均布压降可提高气流分布均匀,提高气体分离系数及吸附剂利用率。

  4.2.2、促进了产能:由于单位容积内吸附剂利用率的提高,提高产品气纯度及产气量。

  4.2.3、压缩了项目投资,降低了运行成本:由于吸附率的提升,在单位设计产能要求下,降低了设备设计规格、动力消耗、节约电能、较同类型型装置有效降低了建设成本和运行成本,节能效果显著。

  我单位通过技术创新,工艺创新,采用自主开发气流分布装置的新型变压吸附装置为国内领先,被认定为河南省高新技术产品,其关键部件—气流分布器克服了目前在吸附器制造中的不足,在吸附器内部气流均布,提高吸附分离系数,增加产能,降低动力损耗,压缩工程造价等方面都有比较大的优势,在国内市场上处于首领先位置,已向国家知识产权局申请发明专利、实用新型专利,专利申请号:200610080865.9;实用新型专利申请号:200620115359.4。依托该发明和其他改进生产的新型变压吸附装置的广泛使用必会为用户带来显著的经济及社会效益,具有极强的市场竞争力。

  5.结束语

  目前,我国在石油、化工、电子、冶金、国防、轻工、农业、医药、食品及环境保护将得到全面发展,国家将下大力气进行循环经济建设,这些都在为化工装备行业带来好的发展形势。化工行业在企业节能、技术改进将下大力气,节能高效单元设备将是化工装备的发展趋势。节能是今后发展的基本国策,节能高效单元设备是化工装备行业的优势,化工设备研发创新特别是在废气的处理和综合利用方面将有更大潜力,变压吸附技术用于气体分离、干澡及空气净化、废水处理等环保领域。。由于吸附分离技术的广泛应用,将为新型变压吸附器提供了广阔的市场 。由于我公司设计的均流高效变压吸附器具有高效、节能、气流均布、降低工程投资等特点,在变压吸附配套设备中具有较大推广价值,市场潜力巨大,将对变压吸附技术的推广有重大影响。