專利名稱：尿素生產(chǎn)中原料氣兩段變壓吸附尿素脫碳方法
技術領域：
本發(fā)明涉及尿素生產(chǎn)工藝，尤其涉及采用兩段變壓吸附尿素脫碳方法從制氣過程以煤為原料的合成氨變換氣中進行尿素脫碳的方法。
我們知道，在合成氨尿素生產(chǎn)工藝中，需要將變換氣中的二氧化碳提純到98.5％(V)以上，同時還需將變換氣中的氫、氮氣分離出來，氫、氮氣中的二氧化碳一般要求小于0.2％(V)，因此，尿素脫碳實際上就是從變換氣中提純二氧化碳和分離氫、氮氣。采用兩段變壓吸附技術從變換氣中進行尿素脫碳的方法，國外已有公開的專利文獻報道，如美國專利U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785。在美國專利(U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785)中，采用了兩段變壓吸附裝置，但是其變換氣是以天然氣為原料經(jīng)轉(zhuǎn)化獲得，變換氣中二氧化碳含量較低，只有20％(V)左右，用于尿素合成的二氧化碳量不足，二氧化碳回收率一般要求95～99％以上，再加上要求獲得的產(chǎn)品為純二氧化碳和純氫氣，所以，其后一段變壓吸附裝置采用一般的變壓吸附制氫工藝，用氫沖洗再生吸附劑，氫氣回收率低。若將上述專利用于制氣過程以煤為原料的合成氨變換氣中提純二氧化碳并分離氫、氮氣，則不僅氫、氮氣回收率很低，而且電耗和投資也很高，增加了合成氨的成本，因此國外上述用于以天然氣為原料的合成氨尿素脫碳專利技術并不適合國內(nèi)以煤為原料的合成氨尿素脫碳。
在國內(nèi)以煤為原料的合成氨尿素脫碳工藝中，幾年前大都采用物理吸收法和化學吸收法，比較典型的有改良熱鉀堿法、改良MDEA法、碳丙法及NHD法等濕法脫碳工藝，這些方法具有操作和維修費用高、溶劑毒性大、工藝流程復雜及勞動強度大等缺點。由于國內(nèi)以煤為原料的合成氨尿素生產(chǎn)脫碳要求的特殊性，一方面要求變換氣中氫氮回收率高，另一方面，變換氣中二氧化碳含量較高，約27～29％(V)左右，用于尿素合成的二氧化碳過量，產(chǎn)品二氧化碳回收率一般要求大于68～70％即可，所以最近兩年，國內(nèi)開發(fā)出了新的采用兩段變壓吸附技術從變換氣中進行尿素脫碳的方法，如中國專利公開號CN1235862A(
公開日期1999年11月24日)；CN1248482A(
公開日期2000年3月29日)，上述兩項技術與濕法脫碳工藝相比，工藝流程簡單、勞動強度小、維修費用低和消除了溶劑毒性，在低壓吸附時綜合運行費用比濕法脫碳低，但是，當吸附壓力較高時，其投資和綜合運行費用比碳丙法及NHD法脫碳高，總體比較沒有優(yōu)勢。
在中國專利公開號CN1235862A(
公開日期1999年11月24日)中，采用了兩段變壓吸附裝置，同時獲得的產(chǎn)品為純二氧化碳和氫、氮氣。從說明書中可以看出，其發(fā)明的目的是，在第一段變壓吸附裝置中用產(chǎn)品二氧化碳置換之前，盡量讓吸附塔內(nèi)的二氧化碳濃度提高，以減少置換氣量、節(jié)約能耗，為此，增加了預吸附FA和再吸附LA及均壓結束后順向放至常壓等步驟，產(chǎn)品二氧化碳置換壓力為常壓，吸附塔最高均壓降次數(shù)為6次，吸附塔均壓降結束后，吸附塔內(nèi)前一部分氣體順放回收至原料氣中再加壓進入變壓吸附裝置，后一部分氣體順放放空至常壓。若采用該專利公開將有一部分二氧化碳和其它氣體循環(huán)加壓，則一方面增加了變壓吸附脫碳裝置和壓縮機負荷而增加了投資，另一方面又增加了變壓吸附脫碳裝置真空泵和壓縮機的電耗，吸附壓力越高，循環(huán)氣量越多，變壓吸附脫碳裝置和壓縮機增加的投資和電耗就越多。例如當吸附壓力為2.1MPa時，采用6次均壓降后吸附塔壓力降到0.12～0.15MPa，其二氧化碳循環(huán)氣量將占到原料變換氣中二氧化碳總量的35～40％，與吸附壓力為0.7MPa相比變壓吸附脫碳裝置投資增加45～50％左右(包括壓縮機增加的投資)，變壓吸附脫碳電耗增加(主要為壓縮機增加電耗)50～60％。當吸附壓力小于或等于0.8MPa(G)時，該方法可以節(jié)省投資和能耗，與濕法脫碳相比具有較大優(yōu)勢。但是，當吸附壓力大于或等于0.8MPa(G)時，采用該方法投資和能耗卻要增大，而且吸附壓力越高，投資和能耗增大越多。
同樣，在中國專利公開號CN1248482A(
公開日期2000年3月29日)中，也采用了兩段變壓吸附裝置，同時獲得的產(chǎn)品為純二氧化碳和氫、氮氣。從權利要求書和說明書中可以看出，第一，其獨立權利要求記載的兩段變壓吸附脫碳技術中，第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換步驟采用的置換壓力和第二段變壓吸附裝置均壓降ED結束后抽真空前吸附塔壓力可能為常壓也可能高于常壓，當吸附塔吸附結束后均壓降次數(shù)足夠多時，第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換壓力和第二段變壓吸附裝置均壓降ED結束后抽真空前吸附塔壓力可以為常壓，但是這將增加裝置投資，吸附壓力越高均壓次數(shù)越多，裝置投資增加越大，例如當吸附壓力為2.1MPa時，要采用13～15次均壓降才能將吸附塔壓力降到接近常壓，與吸附壓力為0.7MPa相比第一段和第二段變壓吸附裝置投資增加40～50％左右，電耗增加10％左右；當吸附塔吸附結束后均壓降次數(shù)較少時，第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換壓力和第二段變壓吸附裝置均壓降ED結束后抽真空前吸附塔壓力高于常壓，由于在第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟之后吸附塔壓力沒有減壓至與氣柜壓力相近以及第二段變壓吸附裝置均壓降ED結束后抽真空前沒有降到常壓就直接抽真空，不僅浪費了抽真空能力，增加真空泵電耗，而且高壓氣體周期性地進入真空泵，影響真空泵的壽命和水環(huán)的形成，進而影響抽真空效率，嚴重時會損壞真空泵的重要零部件，使真空泵無法運行，同時加壓置換的產(chǎn)品二氧化碳量比常壓置換約多，因此，壓縮加壓置換的二氧化碳所用的電耗比常壓置換多，均壓降次數(shù)越少，第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換壓力和第二段變壓吸附裝置均壓降ED結束后抽真空前吸附塔壓力越高，真空泵電耗增大得越多，對真空泵重要零部件的損壞就越嚴重。第二，其從屬權利要求3和4記載的兩段變壓吸附脫碳技術存在的問題和缺點除了增加真空泵電耗，影響真空泵的壽命和水環(huán)的形成，嚴重損壞真空泵的重要零部件，使真空泵無法運行外，當順放PP后吸附塔壓力較低時，回收的產(chǎn)品二氧化碳不能滿足尿素生產(chǎn)，吸附壓力越高，中國專利公開號CN1248482A存在的上述問題和缺點越嚴重。當吸附壓力小于或等于0.8MPa(G)時，該方法可以節(jié)省投資和能耗，與濕法脫碳相比具有較大優(yōu)勢。但是，當吸附壓力大于或等于0.8MPa(G)時，采用該方法投資和能耗卻要增大，甚至出現(xiàn)回收的產(chǎn)品二氧化碳不能滿足尿素生產(chǎn)的情況，而且吸附壓力越高上述問題越嚴重。此外，在中國專利公開號CN1248482A(
公開日期2000年3月29日)中，其吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑使用了沸石分子篩，將增加氮的損失，這是因為二氧化碳與氮在沸石分子篩上的分離系數(shù)遠小于二氧化碳與氮在硅膠上的分離系數(shù)，若采用沸石分子篩，則變換氣中氮氣的損失將大大增加，這樣將不能滿足尿素生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種尿素原料氣兩段變壓吸附脫碳方法，解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，并提高了裝置的氮氣回收率。大幅度節(jié)省投資和操作費用，隨著吸附壓力的增高，取得比現(xiàn)有技術越來越明顯技術經(jīng)濟優(yōu)勢。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術手段實現(xiàn)的。
尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，原料氣為制氣過程以煤為原料的合成氨變換氣，此方法采用二段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，第一段變壓吸附裝置用于提純二氧化碳產(chǎn)品，第二段變壓吸附裝置用于分離氫、氮氣產(chǎn)品。變換氣進入第一段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端流出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入合成氨的壓縮工段。第一段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第一段變壓吸附裝置吸附塔在產(chǎn)品二氧化碳降壓D步驟放出的氣體和在抽真空VC步驟抽出的氣體即為產(chǎn)品二氧化碳，第二段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、逆放BD、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第二段變壓吸附裝置正處于吸附步驟的吸附塔出口流出的混合氣主要為氮、氫氣，在氮、氫氣產(chǎn)品中還含有少量的一氧化碳和甲烷。第一段變壓吸附裝置均壓降ED結束后，吸附塔出口二氧化碳濃度為50～95％(V)，最佳為75～90％(V)。
如上的手段后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比大幅度節(jié)省投資和操作費用，并提高了裝置的氮氣回收率。
在實際實施時，為使系統(tǒng)達到較好的運行條件，可對具體的工藝步驟作以下調(diào)整。
第一段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑依次為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠；或活性氧化鋁及活性炭；或活性氧化鋁及細孔硅膠，第二段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑只為細孔硅膠，采用上述特定的吸附劑組合一方面可以脫除變換氣中的飽和水、有機硫和無機硫，另一方面最主要可以使氮的回收率很高，在第一段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)裝填的細孔硅膠是大量的，約占吸附塔內(nèi)三種吸附劑總量的50～80％，其中的活性氧化鋁和活性炭主要用于分別脫除變換氣中的飽和水、有機硫和無機硫，用量的多少由變換氣中的飽和水、有機硫和無機硫含量決定。
第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，先將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入均壓緩沖罐，當吸附塔與均壓緩沖罐壓力基本平衡后，再將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜，設置該均壓緩沖罐的目的主要是防止在產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，直接把吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜，以免造成氣柜高度瞬間上升過快將氣柜沖翻或產(chǎn)品二氧化碳過度放空不能滿足尿素生產(chǎn)。
第一段變壓吸附裝置出口氣中二氧化碳的平均濃度為2～9％(V)，在此范圍內(nèi)，二氧化碳的平均濃度越高效果越好。
第一段變壓吸附裝置均壓降ED結束時，吸附塔瞬間流出氣中二氧化碳濃度為50～96％(V)，最佳為75～90％(V)，均壓降ED結束后的壓力即為產(chǎn)品二氧化碳置換壓力，其數(shù)值范圍一般為0.02～0.9MPa。
兩段變壓吸附裝置吸附步驟A的壓力為0.6～3.6MPa，兩段變壓吸附裝置的吸附壓力可以不相等。


如下圖1是本發(fā)明實施例1的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明實施例1第一段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
圖3是本發(fā)明實施例1第二段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
圖4是本發(fā)明實施例2的工藝流程圖。
圖5是本發(fā)明實施例2第一段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
圖6是本發(fā)明實施例2第二段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
圖7是本發(fā)明實施例3的工藝流程圖。
圖8是本發(fā)明實施例3第一段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
圖9是本發(fā)明實施例3第二段變壓吸附裝置吸附塔的工藝步驟運行程序表。
本發(fā)明的實施方式本發(fā)明原料氣是制氣過程以煤為原料的合成氨變換氣，其典型組成如下表

本發(fā)明采用兩段變壓吸附技術從變換氣中進行尿素脫碳，第一段變壓吸附裝置用于提純二氧化碳產(chǎn)品，其吸附塔出口氣中二氧化碳的平均濃度為2～9％(V)，吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠，或為活性氧化鋁及活性炭，或為活性氧化鋁及細孔硅膠，第二段變壓吸附裝置用于將第一段變壓吸附裝置出口氣中的二氧化碳(平均濃度為2～9％(V))脫除到0.2％以下，吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑為細孔硅膠。兩段變壓吸附裝置的每個吸附塔在一個循環(huán)中依次經(jīng)歷如下步驟。
第一段變壓吸附裝置(1)吸附A將變換氣送入處于吸附步驟的吸附塔進料口，吸附塔中的吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫和無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端流出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，隨著時間的推移，吸附劑吸附的水、有機硫和無機硫及二氧化碳等組分的總量不斷增加，當吸附劑吸附上述組分飽和時，停止進氣，此時吸附結束。出口氣中二氧化碳濃度可以控制在2～9％(V)。
(2)均壓降ED吸附結束后，吸附塔內(nèi)死空間氣體中氫、氮氣濃度較高和二氧化碳濃度較低，一方面這部分氫、氮氣需回收利用，另一方面吸附塔內(nèi)二氧化碳濃度需要提高，為此，必須把吸附塔內(nèi)的氣體順著吸附方向從吸附塔出口處降壓。死空間氣體分次從吸附塔出口排出進入本段已完成抽空步驟的相應吸附塔升壓，每排一次氣體，就均壓一次，隨著均壓次數(shù)的增加，吸附塔出口處的二氧化碳濃度不斷增高，同時氫、氮氣得到回收利用。均壓次數(shù)由吸附壓力和吸附結束后吸附塔出口處的二氧化碳濃度決定。即均壓次數(shù)應滿足均壓結束后吸附塔出口處的二氧化碳濃度在50～96％(V)范圍內(nèi)，最佳在75～90％(V)范圍內(nèi)。
(3)產(chǎn)品二氧化碳置換P均壓降結束后，將一部分產(chǎn)品二氧化碳加壓，從吸附塔底部進口進入吸附塔，順著吸附方向通過吸附塔置換其它組分，置換出口氣放空或作它用，置換壓力必須為均壓降結束后吸附塔內(nèi)壓力。
(4)產(chǎn)品二氧化碳降壓D置換結束后，先將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入均壓緩沖罐，當吸附塔與均壓緩沖罐的壓力基本平衡后，再將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜直至接近氣柜壓力。
(5)抽真空VC產(chǎn)品二氧化碳降壓結束后，從吸附塔底部用真空泵將吸附劑吸附的二氧化碳抽出來進入產(chǎn)品二氧化碳氣柜，即得到二氧化碳產(chǎn)品。
(6)均壓升ER抽真空VC結束后，利用本段均壓降步驟排出的氣體，從出口端進入吸附塔，使吸附塔逐步升高壓力，均壓升與均壓降的次數(shù)相等。每次均壓升的氣體來自不同吸附塔的均壓降氣體。
(7)最終升壓FR均壓升結束后，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對吸附塔進行升壓，直至升到吸附壓力。
第二段變壓吸附裝置(1)吸附A將第一段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔出口氣送入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入合成氨的壓縮工段。隨著時間的推移，吸附劑吸附的二氧化碳總量不斷增加，當吸附劑吸附二氧化碳飽和時，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度必須控制在0.2％(V)以下。
(2)均壓降ED
吸附結束后，吸附塔內(nèi)死空間氣體中氫、氮氣濃度較高，這部分氫、氮氣需回收利用。死空間氣體分次從吸附塔出口排出進入本段已完成抽空步驟的相應吸附塔升壓，每排一次氣體，就均壓一次，隨著均壓次數(shù)的增加，吸附塔出口處的二氧化碳濃度不斷增高。均壓次數(shù)由吸附壓力和吸附結束后吸附塔出口處的二氧化碳濃度決定。
(3)逆放BD均壓降ED結束后，吸附塔中氣體壓力還高于大氣壓，且二氧化碳濃度較高，為了節(jié)省真空泵電耗，將這部分氣體逆向放空或返回原料系統(tǒng)。
(4)抽真空VC逆放結束后，從吸附塔底部用真空泵將吸附劑吸附的二氧化碳及其它組分抽出來放空，使吸附劑得到再生。
(5)均壓升ER抽真空結束后，利用均壓降步驟排出的氣體，從出口端進入已完成抽真空步驟的吸附塔，使吸附塔逐步升高壓力，均壓升與均壓降的次數(shù)相等。每次均壓升的氣體來自不同吸附塔的均壓降氣體(6)最終升壓FR均壓升結束后，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對吸附塔進行升壓，直至升到吸附壓力。
本發(fā)明的實施例1本例的原料氣為以無煙煤為原料，采用間隙法造氣獲得的合成氨變換氣。采用本發(fā)明將此合成氨變換氣中的二氧化碳提純并分離其中的氫、氮氣。
圖1是本實施例的工藝流程圖。
圖2是本實施例第一段變壓吸附裝置的工藝步驟運行程序表。
圖3是本實施例第二段變壓吸附裝置的工藝步驟運行程序表。
本實施例的合成氨變換氣組成如下組 份H2N2CO2CO CH4O2+Ar 總硫 水(汽)濃度V％ 52～53 17～18 28 ≤0.8 1～2 ≤0.8 150mg/Nm3飽和溫度≤40℃壓力0.7MPa(G)如圖1所示，吸附塔A～H共8臺組成第一段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑依次為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠，運行單塔吸附四次均壓程序，通過真空泵P1利用真空管線G19對吸附塔抽真空；吸附塔a～g共7臺組成第二段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑為細孔硅膠，運行單塔吸附四次均壓程序，通過真空泵P2利用真空管線G27對吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分別為第一段變壓吸附裝置真空泵、壓縮機、產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐及產(chǎn)品二氧化碳氣柜，P2為第二段變壓吸附裝置真空泵。本實施例將上述二段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，第一段變壓吸附裝置把二氧化碳提純到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段變壓吸附裝置作用是把第一段變壓吸附裝置的出口氣進一步凈化，使第二段變壓吸附裝置吸附塔a～g上端出口的氫、氮氣中二氧化碳濃度小于0.2％(V)，以滿足合成氨下一步工序的需要。
變換氣進入第一段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入壓縮工段。第一段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第一段變壓吸附裝置在產(chǎn)品二氧化碳降壓D和抽真空VC步驟獲得的氣體即為產(chǎn)品二氧化碳，第二段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、逆放BD、抽真空VC、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第二段變壓吸附裝置正處于吸附步驟的吸附塔出口排出的混合氣主要為氮、氫氣產(chǎn)品，其中還含有少量的一氧化碳和甲烷?，F(xiàn)以A塔為例，對照圖2，說明本實施例第一段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，A塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1A、2A，變換氣經(jīng)管道G11進入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2A流出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，隨著時間的推移，吸附劑吸附的水、有機硫和無機硫及二氧化碳等組分的總量不斷增加，當吸附劑吸附上述組分飽和時，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在9％(V)。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3A、3C，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入C塔對C塔進行一均升，當A和C塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3A。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4A、4D，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入D塔對D塔進行二均升，當A和D塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4D。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程控閥4E，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入E塔對E塔進行三均升，當A和E塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4A。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D三均降結束后，打開程控閥5A、5F，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入F塔對F塔進行四均升，當A塔出口處的二氧化碳濃度大于85％(V)時，關閉程控閥5A、5F，此時A塔內(nèi)的壓力為0.07MPa(G)。
(6)產(chǎn)品二氧化碳置換P四均降結束后，打開程控閥7A、6A，此時產(chǎn)品二氧化碳經(jīng)壓縮機C、管道G17從A塔底部進口進入吸附塔A，順著吸附方向?qū)ξ剿嗀進行置換，被置換出來的氣體放空或作它用，當置換放空氣中二氧化碳達到規(guī)定要求時，關閉程控閥7A、6A，置換壓力為0.07MPa(G)。
(7)產(chǎn)品二氧化碳降壓D產(chǎn)品二氧化碳置換結束后，先打開程控閥8A、KV11a，與產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐V1連通，當A塔壓力基本等于產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐V1的壓力時，關閉程控閥KV11a，打開程控閥KV11b，將A塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳降壓放入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，當A塔的壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥8A、KV11b，最后打開程控閥KV11c，將產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐V1與氣柜V連通，當產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐V1壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥KV11c。
(8)抽真空VC產(chǎn)品二氧化碳降壓結束后，打開程控閥9A，經(jīng)管道G19、真空泵P1從A塔底部把塔內(nèi)的二氧化碳抽出來進入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，抽真空結束后，關閉程控閥9A。
(9)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R抽真空VC結束后，打開程控閥5A、5D，D塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入A塔對A塔進行四均升，四均降結束后，關閉程控閥5A、5D。
(10)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4A，E塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行三均升，當E和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4E。
(11)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4F，F(xiàn)塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行二均升，當F和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4F、4A。
(12)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3A、3G，G塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入A塔對A塔進行一均升，當G和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3G。
(13)最終升壓FR一均升結束后，打開程控閥KV10，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對A塔進行升壓，當A塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV10、3A。
至此，A塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。B～H吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖2。
現(xiàn)以a塔為例，對照圖3，說明本實施例第二段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，a塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1a、2a，變換氣經(jīng)管道G21進入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附劑選擇性地吸附第一段變壓吸附裝置出口氣中的二氧化碳等組分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2a流出進入合成氨的壓縮工段，隨著時間的推移，吸附劑吸附的二氧化碳總量不斷增加，當吸附劑吸附二氧化碳飽和時，出口氣中二氧化碳濃度控制在0.2％(V)以下，關閉程控閥1a、2a，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在0.2％(V)以下。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3a、3c，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入c塔對c塔進行一均升，當a和c塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3a。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4a、4d，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入d塔對d塔進行二均升，當a和d塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4d。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程控閥4e，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入e塔對e塔進行三均升，當a和e塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4a。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D三均降結束后，打開程控閥5a、5f，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入f塔對f塔進行四均升，當a和f塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5f。
(6)逆放BD四均降結束后，打開程控閥KV13c，將a塔內(nèi)的氣體逆向放空，當a塔內(nèi)的氣體降到常壓時，關閉程控閥6a、KV13c。
(7)抽真空VC逆放結束后，打開程控閥7a，經(jīng)管道G27、真空泵P2從a塔底部把塔內(nèi)的氣體抽出來放空，抽真空結束后，關閉程控閥7a。
(8)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R抽真空結束后，打開程控閥5a、5c，c塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入a塔對a塔進行四均升，當c和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5c。
(9)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4a、4d，d塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行三均升，當d和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4d。
(10)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4e，e塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行二均升，當e和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4e、4a。
(11)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3a、3f，f塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入a塔對a塔進行一均升，當f和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3f。
(12)最終升壓FR一均升結束后，打開程控閥KV12，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對a塔進行升壓，當a塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV12、3a。
至此，a塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。b～g吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖3。
本實施例結果為產(chǎn)品二氧化碳純度為99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，產(chǎn)品氫、氮氣中二氧化碳濃度小于0.1％(V)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的工藝方法與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為0.7MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗下降25％(約35度)，脫碳初始設備投資可節(jié)約10％(約220萬元)左右。
當本實施例均壓降結束后，吸附塔出口處的二氧化碳濃度為50％(V)時，吸附塔置換壓力為0.16～0.18MPa(G)，此時，與上述的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為0.7MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗下降10％(約15度)，脫碳初始設備投資可節(jié)約10％(約180萬元)左右。
對于本實施例，采用本發(fā)明的特定吸附劑組合與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)模考慮，在其它條件(吸附壓力為0.7MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，本發(fā)明的氮氣損失減少量平均為55％(氮氣損失減少量隨分子篩和活性碳占的比例而變化，55％的減少量為各種比例下的平均值)，每噸合成氨脫碳電耗平均下降12％(約18度)，脫碳初始設備投資可節(jié)約2.5％(約50萬元)，每年增加190萬元左右(包括因氮氣損失減少而使臺成氨能力增加產(chǎn)生的效益和節(jié)約的電費)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的均壓緩沖罐可以防止在產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，直接把吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜，以免造成氣柜高度上升過快而使產(chǎn)品二氧化碳過度放空不能滿足尿素生產(chǎn)。
本發(fā)明的實施例2本實施例的變換氣組成及溫度、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命等條件與實施例1完全一致，本實施例的吸附壓力為2.1MPa(G)。
如圖4所示，吸附塔A～I共9臺組成第一段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑依次為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠，運行單塔吸附五次均壓程序，通過真空泵P1利用真空管線G19對吸附塔抽真空；吸附塔a～i共9臺組成第二段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑為細孔硅膠，運行單塔吸附六次均壓程序，通過真空泵P2利用真空管線G27對吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分別為第一段變壓吸附裝置真空泵、壓縮機、產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐及產(chǎn)品二氧化碳氣柜，P2為第二段變壓吸附裝置真空泵。本實施例將上述二段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，第一段變壓吸附裝置把二氧化碳提純到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段變壓吸附裝置作用是把第一段變壓吸附裝置的出口氣進一步凈化，使第二段變壓吸附裝置吸附塔a～i上端出口的氫、氨氣中二氧化碳濃度小于0.2％(V)，以滿足合成氨下一步工序的需要。
變換氣進入第一段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入壓縮工段。第一段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第一段變壓吸附裝置在產(chǎn)品二氧化碳降壓D和抽真空VC步驟獲得的氣體即為產(chǎn)品二氧化碳，第二段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、六均降E6D、逆放BD、抽真空VC、六均升E6R、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第二段變壓吸附裝置正處于吸附步驟的吸附塔出口排出的混合氣主要為氮、氫氣產(chǎn)品，其中還含有少量的一氧化碳和甲烷?，F(xiàn)以A塔為例，對照圖5，說明本實施例第一段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，A塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1A、2A，變換氣經(jīng)管道G11進入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2A流出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，隨著時間的推移，吸附劑吸附的水、有機硫和無機硫及二氧化碳等組分的總量不斷增加，當吸附劑吸附上述組分飽和時，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在9％(V)。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3A、3C，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入C塔對C塔進行一均升，當A和C塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3A。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4A、4D，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入D塔對D塔進行二均升，當A和D塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4D。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程控閥4E，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入E塔對E塔進行三均升，當A和E塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4A。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D
三均降結束后，打開程控閥5A、5F，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入F塔對F塔進行四均升，當A和F塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5F。
(6)第五次均壓降步驟，簡稱五均降E5D四均降結束后，打開程控閥5G，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入G塔對G塔進行五均升，當A塔出口處的二氧化碳濃度大于90％(V)時，關閉程控閥5A、5G，此時A塔內(nèi)的壓力為0.25MPa(G)。
(7)產(chǎn)品二氧化碳置換P五均降結束后，打開程控閥7A、6A，此時產(chǎn)品二氧化碳經(jīng)壓縮機C、管道G17從A塔底部進口進入吸附塔A，順著吸附方向?qū)ξ剿嗀進行置換，被置換出來的氣體放空或作它用，當置換放空氣中二氧化碳達到規(guī)定要求時，關閉程控閥7A、6A，置換壓力為0.25MPa(G)。
(8)產(chǎn)品二氧化碳降壓D產(chǎn)品二氧化碳置換結束后，先打開程控閥8A、KV11a，與產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1連通，當A塔壓力基本等于產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1的壓力時，關閉程控閥KV11a，打開程控閥KV11b，將A塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳降壓放入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，當A塔的壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥8A、KV11b，最后打開程控閥KV11c，將產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1與氣柜V連通，當產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥KV11c。
(9)抽真空VC產(chǎn)品二氧化碳降壓結束后，打開程控閥9A，經(jīng)管道G19、真空泵P1從A塔底部把塔內(nèi)的二氧化碳抽出來進入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，抽真空結束后，關閉程控閥9A。
(10)第五次均壓升步驟，簡稱五均升E5R抽真空VC結束后，打開程控閥5A、5D，D塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入A塔對A塔進行五均升，當D和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5D。
(11)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R五均升E5R結束后，打開程控閥5A、5E，E塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入A塔對A塔進行四均升，當E和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5A、5E。
(12)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4A、4F，F(xiàn)塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行三均升，當F和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4F。
(13)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4G，G塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行二均升，當G和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4G、4A。
(14)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3A、3H，H塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入A塔對A塔進行一均升，當H和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3H。
(15)最終升壓FR
一均升結束后，打開程控閥KV10，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對A塔進行升壓，當A塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV10、3A。
至此，A塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。B～I吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖5。
現(xiàn)以a塔為例，對照圖6，說明本實施例第二段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，a塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1a、2a，變換氣經(jīng)管道G21進入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附劑選擇性地吸附第一段變壓吸附裝置出口氣中的二氧化碳等組分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2a流出進入合成氨的壓縮工段，隨著時間的推移，吸附劑吸附的二氧化碳總量不斷增加，當吸附劑吸附二氧化碳飽和時，關閉程控閥1a、2a，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在0.2％(V)以下。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3a、3c，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入c塔對c塔進行一均升，當a和c塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3a。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4a、4d，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入d塔對d塔進行二均升，當a和d塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4d。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程拉閥4e，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入e塔對e塔進行三均升，當a和e塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4a。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D三均降結束后，打開程控閥5a、5f，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入f塔對f塔進行四均升，當a和f塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5f。
(6)第五次均壓降步驟，簡稱五均降E5D四均降結束后，打開程控閥5g，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入g塔對g塔進行五均升，當a和g塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5g。
(7)第六次均壓降步驟，簡稱六均降E6D五均降結束后，打開程控閥6a、6h，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入h塔對h塔進行六均升，當a和h塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6a、6h。
(8)逆放BD六均降結束后，打開程控閥7a，將a塔內(nèi)的氣體逆向放空，當a塔內(nèi)的氣體降到常壓時，關閉程控閥7a。
(9)抽真空VC逆放結束后，打開程控閥8a，經(jīng)管道G27、真空泵P2從a塔底部把塔內(nèi)的氣體抽出來放空，抽真空結束后，關閉程控閥8a。
(10)第六次均壓升步驟，簡稱六均升E6R抽真空結束后，打開程控閥6a、6c，c塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入a塔對a塔進行六均升，當c和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6a、6c。
(11)第五次均壓升步驟，簡稱五均升E5R六均升結束后，打開程控閥5a、5d，d塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入a塔對a塔進行五均升，當d和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5d。
(12)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R五均升結束后，打開程控閥5e，e塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入a塔對a塔進行四均升，當e和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5e。
(13)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4a、4f，f塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行三均升，當f和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4f。
(14)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4g，g塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行二均升，當g和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4g、4a。
(15)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3a、3h，h塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入a塔對a塔進行一均升，當h和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3h。
(16)最終升壓FR一均升結束后，打開程控閥KV12，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對a塔進行升壓，當a塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV12、3a。
至此，a塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。b～i吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖6。
本實施例結果為產(chǎn)品二氧化碳純度為99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，產(chǎn)品氫、氮氣中二氧化碳濃度小于0.1％(V)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的工藝方法與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為2.1MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗平均下降53％(約67度)，脫碳初始設備投資平均可節(jié)約27％(約560萬元)左右。
當本實施例均壓降結束后，吸附塔出口處的二氧化碳濃度為50％(V)時，吸附塔置換壓力為0.53～0.55MPa(G)，此時，與上述的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為2.1MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗平均下降13％(約16度)，脫碳初始設備投資平均可節(jié)約15％(約320萬元)左右。
對于本實施例，采用本發(fā)明的特定吸附劑組合與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為2.1MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，本發(fā)明的氮氣損失減少量平均為45％(氮氣損失減少量隨分子篩和活性碳占的比例而變化，45％的減少量為各種比例下的平均值)，每噸臺成氨脫碳電耗平均下降10％(約13度)，脫碳初始設備投資平均節(jié)約1.9％(約40萬元)，每年增加150萬元左右(包括因氮氣損失減少而使合成氨能力增加產(chǎn)生的效益和節(jié)約的電費)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的均壓緩沖罐可以防止在產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，直接把吸附塔內(nèi)的高壓(壓力為0.25～0.55MPa)產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜，以免把氣柜沖翻而使裝置停車。
本發(fā)明的實施例3本實施例的變換氣組成及溫度、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命等條件與實施例1和實施例2完全一致，本實施例的吸附壓力為3.6MPa(G)。
如圖7所示，吸附塔A～J共10臺組成第一段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑依次為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠，運行單塔吸附六次均壓程序，通過真空泵P1利用真空管線G19對吸附塔抽真空；吸附塔a～j共10臺組成第二段變壓吸附裝置，吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑為細孔硅膠，運行單塔吸附七次均壓程序，通過真空泵P2利用真空管線G27對吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分別為第一段變壓吸附裝置真空泵、壓縮機、產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐及產(chǎn)品二氧化碳氣柜，P2為第二段變壓吸附裝置真空泵。本實施例將上述二段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，第一段變壓吸附裝置把二氧化碳提純到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段變壓吸附裝置作用是把第一段變壓吸附裝置的出口氣進一步凈化，使第二段變壓吸附裝置吸附塔a～j上端出口的氫、氮氣中二氧化碳濃度小于0.2％(V)，以滿足合成氨下一步工序的需要。
變換氣進入第一段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，吸附塔中的吸附劑選擇性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端排出進入壓縮工段。第一段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、六均降E6D、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、六均升E6R、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第一段變壓吸附裝置在產(chǎn)品二氧化碳降壓D和抽真空VC步驟獲得的氣體即為產(chǎn)品二氧化碳，第二段變壓吸附裝置的吸附塔在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、六均降E6D、七均降E7D、逆放BD、抽真空VC、七均升E7R、六均升E6R、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟，第二段變壓吸附裝置正處于吸附步驟的吸附塔出口排出的混合氣主要為氮、氫氣產(chǎn)品，其中還含有少量的一氧化碳和甲烷。現(xiàn)以A塔為例，對照圖8，說明本實施例第一段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，A塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1A、2A，變換氣經(jīng)管道G11進入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附劑選擇性地依次吸附變換氣中的水、有機硫、無機硫及二氧化碳等組分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2A流出進入第二段變壓吸附裝置處于吸附步驟的吸附塔，隨著時間的推移，吸附劑吸附的水、有機硫和無機硫及二氧化碳等組分的總量不斷增加，當吸附劑吸附上述組分飽和時，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在9％(V)。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3A、3C，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入C塔對C塔進行一均升，當A和C塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3A。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4A、4D，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入D塔對D塔進行二均升，當A和D塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4D。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程控閥4E，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入E塔對E塔進行三均升，當A和E塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4A。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D三均降結束后，打開程控閥5A、5F，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入F塔對F塔進行四均升，當A和F塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5F。
(6)第五次均壓降步驟，簡稱五均降E5D四均降結束后，打開程控閥5G，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入G塔對G塔進行五均升，當A和G塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5A、5G。
(7)第六次均壓降步驟，簡稱六均降E6D五均降結束后，打開程控閥6A、6H，A塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G16進入H塔對H塔進行六均升，當A塔出口處的二氧化碳濃度大于90％(V)時，關閉程控閥6A、6H，此時A塔內(nèi)的壓力為0.42MPa(G)。
(8)產(chǎn)品二氧化碳置換P六均降結束后，打開程控閥7A、10A，此時產(chǎn)品二氧化碳經(jīng)壓縮機C、管道G17從A塔底部進口進入吸附塔A，順著吸附方向?qū)ξ剿嗀進行置換，被置換出來的氣體放空或作它用，當置換放空氣中二氧化碳達到規(guī)定要求時，關閉程控閥7A、10A，置換壓力為0.42MPa(G)。
(9)產(chǎn)品二氧化碳降壓D
產(chǎn)品二氧化碳置換結束后，先打開程控閥8A、KV11a，與產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1連通，當A塔壓力基本等于產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1的壓力時，關閉程控閥KV11a，打開程控閥KV11b，將A塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳降壓放入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，當A塔的壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥8A、KV11b，最后打開程控閥KV11c，將產(chǎn)品二氧化碳均壓緩沖罐V1與氣柜V連通，當產(chǎn)品二氧化碳中間緩沖罐V1壓力接近氣柜V壓力時，關閉程控閥KV11c。
(10)抽真空VC產(chǎn)品二氧化碳降壓結束后，打開程控閥9A，經(jīng)管道G19、真空泵P1從A塔底部把塔內(nèi)的二氧化碳抽出來進入產(chǎn)品二氧化碳氣柜V，抽真空結束后，關閉程控閥9A。
(11)第六次均壓升步驟，簡稱六均升E6R抽真空VC結束后，打開程控閥6A、6D，D塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G16進入A塔對A塔進行六均升，六均降結束后，關閉程控閥6A、6D。
(12)第五次均壓升步驟，簡稱五均升E5R六均升E6R結束后，打開程控閥5A、5E，E塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入A塔對A塔進行五均升，五均降結束后，關閉程控閥5E。
(13)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R五均升E5R結束后，打開程控閥5F，F(xiàn)塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G15進入A塔對A塔進行四均升，四均降結束后，關閉程控閥5A、5F。
(14)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4A、4G，G塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行三均升，當G和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4G。
(15)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4H，H塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G14進入A塔對A塔進行二均升，當H和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4H、4A。
(16)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3A、3I，I塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G13進入A塔對A塔進行一均升，當I和A塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3I。
(17)最終升壓FR一均升結束后，打開程控閥KV13，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對A塔進行升壓，當A塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV13、3A。
至此，A塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。B～J吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖2。
現(xiàn)以a塔為例對照圖9，說明本實施例第二段變壓吸附裝置吸附塔在一個循環(huán)過程中的工藝步驟(1)吸附A此時，a塔已完成最終升壓FR步驟，打開程控閥1a、2a，變換氣經(jīng)管道G21進入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附劑選擇性地吸附第一段變壓吸附裝置出口氣中的二氧化碳等組分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氫氣等組分從出口端經(jīng)程控閥2a流出進入合成氨的壓縮工段，隨著時間的推移，吸附劑吸附的二氧化碳總量不斷增加，當吸附劑吸附二氧化碳飽和時，關閉程控閥1a、2a，停止進氣，此時吸附結束，出口氣中二氧化碳濃度控制在0.2％(V)以下。
(2)第一次均壓降步驟，簡稱一均降E1D吸附結束后，打開程控閥3a、3c，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入c塔對c塔進行一均升，當a和c塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3a。
(3)第二次均壓降步驟，簡稱二均降E2D一均降結束后，打開程控閥4a、4d，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入d塔對d塔進行二均升，當a和d塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4d。
(4)第三次均壓降步驟，簡稱三均降E3D二均降結束后，打開程控閥4e，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入e塔對e塔進行三均升，當a和e塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4a。
(5)第四次均壓降步驟，簡稱四均降E4D三均降結束后，打開程控閥6a、5f，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入f塔對f塔進行四均升，當a和f塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5f。
(6)第五次均壓降步驟，簡稱五均降E5D四均降結束后，打開程控閥5a、5g，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入g塔對g塔進行五均升，當a和g塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5g。
(7)第六次均壓降步驟，簡稱六均降E6D五均降結束后，打開程控閥6a、6h，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入h塔對h塔進行六均升，當a和h塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6h。
(8)第七次均壓降步驟，簡稱七均降E7D六均降結束后，打開程控閥6a、6i，a塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入i塔對i塔進行七均升，當a和i塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6a、6i。
(9)逆放BD七均降結束后，打開程控閥7a，將a塔內(nèi)的氣體逆向放空，當a塔內(nèi)的氣體降到常壓時，關閉程控閥7a。
(10)抽真空VC逆放結束后，打開程控閥8a，經(jīng)管道G327、真空泵P2從a塔底部把塔內(nèi)的氣體抽出來放空，抽真空結束后，關閉程控閥8a。
(11)第七次均壓升步驟，簡稱七均升E7R抽真空結束后，打開程控閥6a、6c，c塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入a塔對a塔進行七均升，當c和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6c。
(12)第六次均壓升步驟，簡稱六均升E6R
七均升結束后，打開程控閥6d，d塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G28進入a塔對a塔進行六均升，當d和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥6a、6d。
(13)第五次均壓升步驟，簡稱五均升E5R六均升結束后，打開程控閥5a、5e，e塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入a塔對a塔進行五均升，當e和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5e。
(14)第四次均壓升步驟，簡稱四均升E4R五均升結束后，打開程控閥5f，f塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G25進入a塔對a塔進行四均升，當f和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5f。
(15)第三次均壓升步驟，簡稱三均升E3R四均升結束后，打開程控閥4a、4g，g塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行三均升，當g和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4g。
(16)第二次均壓升步驟，簡稱二均升E2R三均升結束后，打開程控閥4h，h塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G24進入a塔對a塔進行二均升，當h和a塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4h、4a。
(17)第一次均壓升步驟，簡稱一均升E1R二均升結束后，打開程控閥3a、3i，i塔內(nèi)的氣體經(jīng)管道G23進入a塔對a塔進行一均升，當i和a塔壓力基本平衡后，關閉程拉閥3i。
(18)最終升壓FR一均升結束后，打開程控閥KV12，利用處于吸附步驟的吸附塔出口氣從頂端對a塔進行升壓，當a塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥KV12、3a。
至此，a塔完成了一個循環(huán)，又可進入下一個循環(huán)。b～j吸附塔與A塔的循環(huán)步驟一樣，只是時間上是相互錯開的，見圖9。
本實施例結果為產(chǎn)品二氧化碳純度為99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，產(chǎn)品氫、氮氣中二氧化碳濃度小于0.1％(V)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的工藝方法與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氮規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為3.6MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗平均下降65％(約85度)，脫碳初始設備投資平均可節(jié)約32％(約680萬元)左右。
當本實施例均壓降結束后，吸附塔出口處的二氧化碳濃度為50％(V)時，吸附塔置換壓力為0.88～0.90MPa(G)，此時，與上述的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)?？紤]，在其它條件(吸附壓力為3.6MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、吸附劑種類及比例、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，每噸合成氨脫碳電耗平均下降3％(約4度)，脫碳初始設備投資平均可節(jié)約17％(約360萬元)左右。
對于本實施例，采用本發(fā)明的特定吸附劑組合與以對比文獻(CN1248482A)為代表的現(xiàn)有技術相比，按年產(chǎn)12萬噸合成氨規(guī)模考慮，在其它條件(吸附壓力為2.1MPa(G)、變換氣組成及溫度、吸附循環(huán)時間、動力設備性能、儀器儀表及控制功能、專用程控閥及液壓系統(tǒng)結構和壽命)相同的情況下，本發(fā)明的氮氣損失減少量平均為35％(氮氣損失減少量隨分子篩和活性碳占的比例而變化，35％的減少量為各種比例下的平均值)，每噸合成氨脫碳電耗平均下降8％(約10度)，脫碳初始設備投資平均節(jié)約1.9％(約40萬元)，每年增加110萬元左右(包括因氮氣損失減少而使合成氨能力增加產(chǎn)生的效益和節(jié)約的電費)。
對于本實施例，采用本發(fā)明的均壓緩沖罐可以防止在產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，直接把吸附塔內(nèi)的高壓(壓力為0.42～0.90MPa)產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜，以免把氣柜沖翻而使裝置停車。
權利要求
1.尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，二段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，原料氣以煤為原料的合成氨變換氣，第一段變壓吸附裝置用于提純二氧化碳，第二段變壓吸附裝置用于分離氫、氮氣；第一段變壓吸附裝置在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟；第二段變壓吸附裝置在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、逆放BD、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR變壓吸附工藝步驟；第一段變壓吸附裝置均壓降ED結束時，吸附塔瞬間流出氣中二氧化碳濃度為50～96％(V)。
2.根據(jù)權利要求1所述的尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，其特征在于第一段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)由下到上裝填的吸附劑為活性氧化鋁、活性炭及細孔硅膠，或活性氧化鋁及活性炭，或活性氧化鋁及細孔硅膠，第二段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑只為細孔硅膠。
3.根據(jù)權利要求1所述的尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，其特征在于第一段變壓吸附裝置產(chǎn)品二氧化碳置換P步驟結束后，先將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入均壓緩沖罐，當吸附塔與均壓緩沖罐的壓力基本平衡后，再將吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品二氧化碳放入氣柜。
4.根據(jù)權利要求1所述的尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，其特征在于第一段變壓吸附裝置出口氣中二氧化碳的平均濃度為2～9％(V)，在此范圍內(nèi)，二氧化碳的平均濃度越高效果越好。
5.根據(jù)權利要求1所述的尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，其特征在于第一段變壓吸附裝置均壓降ED結束時，吸附塔瞬間流出氣中二氧化碳濃度最佳為75～90％(V)，均壓降ED結束后的壓力即為產(chǎn)品二氧化碳置換壓力，其數(shù)值范圍一般為0.02～0.9MPa。
6.根據(jù)權利要求1所述的尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法，其特征在于兩段變壓吸附裝置吸附步驟A的壓力為0.6～3.6MPa，兩段變壓吸附裝置的吸附壓力可以不相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種尿素生產(chǎn)中原料氣變壓吸附脫碳方法,第一段變壓吸附裝置在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、產(chǎn)品二氧化碳置換P、產(chǎn)品二氧化碳降壓D、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR工藝步驟;第二段變壓吸附裝置在一個循環(huán)周期中依次經(jīng)歷吸附A、均壓降ED、逆放BD、抽真空VC、均壓升ER、最終升壓FR工藝步驟:第一段變壓吸附裝置均壓降ED結束時,吸附塔瞬間流出氣中二氧化碳濃度為50～96%(V)。第一段變壓吸附裝置吸附塔內(nèi)由下到上裝填特定的吸附劑組合。本發(fā)明提高了裝置的氮氣回收率。大幅度節(jié)省投資和操作費用,隨著吸附壓力的增高,取得比現(xiàn)有技術越來越明顯技術經(jīng)濟優(yōu)勢。
文檔編號C01B3/56GK1342509SQ0110869
公開日2002年4月3日 申請日期2001年7月31日 優(yōu)先權日2001年7月31日
發(fā)明者宋宇文 申請人:成都天立化工科技有限公司