CN1347747A - 尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法,采用二段变压吸附装置串联操作,第一段变压吸附装置用于提纯二氧化碳,第二段变压吸附装置用于分离氢、氮气;第一段变压吸附装置在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空VC、二段气升压2ER、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤;第二段变压吸附装置在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、回收RG、抽真空VC、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤;第一段变压吸附装置均压降ED结束时,吸附塔瞬间流出气中二氧化碳浓度为50～96%(V)。本发明与现有技术相比大幅度节省投资和操作费用,且在能耗基本不增加的条件下提高了装置的氮气回收率。

Description

尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法

本发明涉及尿素生产工艺，尤其涉及采用两段变压吸附尿素脱碳方法从制气过程以煤为原料的合成氨变换气中进行尿素脱碳的方法。

我们知道，在合成氨尿素生产工艺中，需要将变换气中的二氧化碳提纯到98.5％(V)以上，同时还需将变换气中的氢、氮气分离出来，氢、氮气中的二氧化碳一般要求小于0.2％(V)，因此，尿素脱碳实际上就是从变换气中提纯二氧化碳和分离氢、氮气。采用两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳的方法，国外已有公开的专利文献报道，如美国专利：U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785。在美国专利(U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785)中，采用了两段变压吸附装置，但是其变换气是以天然气为原料经转化获得，变换气中二氧化碳含量较低，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，再加上要求获得的产品为纯二氧化碳和纯氢气，所以，其后一段变压吸附装置采用一般的变压吸附制氢工艺，用氢冲洗再生吸附剂，氢气回收率低。若将上述专利用于制气过程以煤为原料的合成氨变换气中提纯二氧化碳并分离氢、氮气，则不仅氢、氮气回收率很低，而且电耗和投资也很高，增加了合成氨的成本，因此国外上述用于以天然气为原料的合成氨尿素脱碳专利技术并不适合国内以煤为原料的合成氨尿素脱碳。

在国内以煤为原料的合成氨尿素脱碳工艺中，几年前大都采用物理吸收法和化学吸收法，比较典型的有改良热钾碱法、改良MDEA法、碳丙法及NHD法等湿法脱碳工艺，这些方法具有操作和维修费用高、溶剂毒性大、工艺流程复杂及劳动强度大等缺点。由于国内以煤为原料的合成氨尿素生产脱碳要求的特殊性，一方面要求变换气中氢氮回收率高，另一方面，变换气中二氧化碳含量较高，约27～29％(V)左右，用于尿素合成的二氧化碳过量，产品二氧化碳回收率一般要求大于68～70％即可，所以最近两年，国内开发出了新的采用两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳的方法，如中国专利公开号：CN1235862A(公开日期：1999年11月24日)；CN1248482A(公开日期：2000年3月29日)，上述两项技术与湿法脱碳工艺相比，工艺流程简单、劳动强度小、维修费用低和消除了溶剂毒性，在低压吸附时综合运行费用比湿法脱碳低，但是，当吸附压力较高时，其投资和综合运行费用比碳丙法及NHD法脱碳高，总体比较没有优势。

在中国专利公开号：CN1235862A(公开日期：1999年11月24日)中，采用了两段变压吸附装置，同时获得的产品为纯二氧化碳和氢、氮气。从说明书中可看出，其发明目的是，在第一段变压吸附装置中，在产品二氧化碳置换之前，尽量让吸附塔内的二氧化碳浓度提高，以减少置换气量、节约能耗，为此，增加了预吸附FA和再吸附LA及均压结束后顺向放至至常压等步骤，产品二氧化碳置换压力为常压，吸附塔最高均压降次数为6次，吸附塔均压降结束后，吸附塔内前一部分气体顺放回收至原料气中再加压进入变压吸附装置，后一部分气体顺放放空至常压。若采用该专利公开将有一部分二氧化碳和其它气体循环加压，则一方面增加了变压吸附脱碳装置和压缩机负荷而增加了投资，另一方面又增加了变压吸附脱碳装置真空泵和压缩机的电耗，吸附压力越高，循环气量越多，变压吸附脱碳装置和压缩机增加的投资和电耗就越多。例如当吸附压力为2.0MPa时，采用6次均压降后吸附塔压力降到0.12～0.15MPa，其二氧化碳循环气量将占到原料变换气中二氧化碳总量的35～40％，与吸附压力为0.7MPa相比变压吸附脱碳装置投资增加45～50％左右(包括压缩机增加的投资)，变压吸附脱碳电耗增加(主要为压缩机增加电耗)50～60％。当吸附压力小于或等于0.8MPa(G)时，该方法可以节省投资和能耗，与湿法脱碳相比具有较大优势。但是，当吸附压力大于或等于0.8MPa(G)时，采用该方法投资和能耗却要增大，而且吸附压力越高，投资和能耗增大越多。

同样，在中国专利公开号：CN1248482A(公开日期：2000年3月29日)中，也采用了两段变压吸附装置，同时获得的产品为纯二氧化碳和氢、氮气。从权利要求书和说明书中可以看出，第一，其独立权利要求记载的两段变压吸附脱碳技术中，第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换步骤采用的置换压力和第二段变压吸附装置均压降ED结束后抽真空前吸附塔压力可能为常压也可能高于常压，当吸附塔吸附结束后均压降次数足够多时，第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换压力和第二段变压吸附装置均压降ED结束后抽真空前吸附塔压力可以为常压，但是这将增加装置投资，吸附压力越高均压次数越多，装置投资增加越大，例如当吸附压力为2.0MPa时，要采用13～15次均压降才能将吸附塔压力降到接近常压，与吸附压力为0.7MPa相比第一段和第二段变压吸附装置投资增加40～50％左右，电耗增加10％左右；当吸附塔吸附结束后均压降次数较少时，第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换压力和第二段变压吸附装置均压降ED结束后抽真空前吸附塔压力高于常压，由于在第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换P步骤之后吸附塔压力没有减压至与气柜压力相近以及第二段变压吸附装置均压降ED结束后抽真空前没有降到常压就直接抽真空，不仅浪费了抽真空能力，增加真空泵电耗，而且高压气体周期性地进入真空泵，影响真空泵的寿命和水环的形成，进而影响抽真空效率，严重时会损坏真空泵的重要零部件，使真空泵无法运行，同时加压置换的产品二氧化碳量比常压置换约多，因此，压缩加压置换的二氧化碳所用的电耗比常压置换多，均压降次数越少，第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换压力和第二段变压吸附装置均压降ED结束后抽真空前吸附塔压力越高，真空泵电耗增大得越多，对真空泵重要零部件的损坏就越严重。第二，其从属权利要求3和4记载的两段变压吸附脱碳技术存在的问题和缺点除了增加真空泵电耗，影响真空泵的寿命和水环的形成，严重损坏真空泵的重要零部件，使真空泵无法运行外，当顺放PP后吸附塔压力较低时，回收的产品二氧化碳不能满足尿素生产，吸附压力越高，中国专利公开号：CN1248482A存在的上述问题和缺点越严重。当吸附压力小于或等于0.8MPa(G)时，该方法可以节省投资和能耗，与湿法脱碳相比具有较大优势。但是，当吸附压力大于或等于0.8MPa(G)时，采用该方法投资和能耗却要增大，甚至出现回收的产品二氧化碳不能满足尿素生产的情况，而且吸附压力越高上述问题越严重。此外，在中国专利公开号：CN1248482A(公开日期：2000年3月29日)中，其吸附塔内装填的吸附剂使用了沸石分子筛，将增加氮的损失，这是因为二氧化碳与氮在沸石分子筛上的分离系数远小于二氧化碳与氮在硅胶上的分离系数，若采用沸石分子筛，则变换气中氮气的损失将大大增加，这样将不能满足尿素生产。

此外，第二段变压吸附装置吸附塔在均压降结束后，吸附塔内还有较高的压力，这部分气体中氢、氮浓度(从吸附塔顶部到底部，其死空间气体中氢、氮浓度一般在85～30％之间)较高，若不加以回收，则氢、氮气损失较大。现有技术是把这部分气体顺着吸附方向或逆着吸附方向放入原料系统中，若顺着吸附方向把这部分气体放入原料系统中，则吸附塔内吸附剂降压解吸出的二氧化碳会污染吸附塔出口处的吸附剂而使净化气中的二氧化碳含量超标，为了让净化气中的二氧化碳含量符合要求，在其它条件不变的情况下，必须缩短吸附循环时间，这样氢、氮气损失减少不明显；若逆着吸附方向把这部分气体放入原料系统中，则吸附塔内吸附剂降压解吸出的二氧化碳将在原料系统中打循环，增加变压吸附脱碳装置和压缩机的负荷，使变压吸附脱碳装置的电耗增大20％左右，投资增加5％左右。

鉴于现有技术的如上缺点，本发明的目的就是提供两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳的方法以及实现该方法的特定吸附剂组合、均压缓冲罐V1及中间独立吸附床T，解决现有技术中存在的上述问题。该方法与现有技术相比大幅度节省投资和操作费用，并减少了装置的氢、氮气损失，随着吸附压力的增高，这种优势越来越明显。

本发明的目的是通过如下的技术手段实现的。

尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，原料气为制气过程以煤为原料的合成氨变换气，此方法采用二段变压吸附装置串联操作，第一段变压吸附装置用于提纯二氧化碳产品，第二段变压吸附装置用于分离氢、氮气产品。变换气进入第一段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端流出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入合成氨的压缩工段。第一段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空VC、二段气升压2ER、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第一段变压吸附装置吸附塔在产品二氧化碳降压D步骤放出的气体和在抽真空VC步骤抽出的气体即为产品二氧化碳，第二段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、回收RG、抽真空VC、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第二段变压吸附装置正处于吸附步骤的吸附塔出口流出的混合气主要为氮、氢气，在氮、氢气产品中还含有少量的一氧化碳和甲烷。第一段变压吸附装置均压降ED结束后，吸附塔出口二氧化碳浓度为50～95％(V)，最佳为75～90％(V)。

本发明与现有技术相比大幅度节省投资和操作费用，并通过特有的中间独立吸附床T把第二段变压吸附装置吸附塔均压降结束后吸附塔中较高氢、氮浓度的气体回收至第一段变压吸附装置，提高了装置的氮气回收率，而其电耗并不增大仅投资增加2％左右。

在具体实施过程中，为使系统达到较好的工作状态，还采用了以下的工艺控制手段。

第一段变压吸附装置吸附塔内由下到上装填的吸附剂依次为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶；或活性氧化铝及活性炭；或活性氧化铝及细孔硅胶，第二段变压吸附装置吸附塔内装填的吸附剂只为细孔硅胶，采用上述特定的吸附剂组合一方面可以脱除变换气中的饱和水、有机硫和无机硫，另一方面最主要可以使氮的回收率很高，在第一段变压吸附装置吸附塔内装填的细孔硅胶是大量的，约占吸附塔内三种吸附剂总量的50～80％，其中的活性氧化铝和活性炭主要用于分别脱除变换气中的饱和水、有机硫和无机硫，用量的多少由变换气中的饱和水、有机硫和无机硫含量决定。

第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换P步骤结束后，先将吸附塔内的产品二氧化碳放入均压缓冲罐，当吸附塔与均压缓冲罐的压力基本平衡后，再将吸附塔内的产品二氧化碳放入气柜，设置该均压缓冲罐的目的主要是防止在产品二氧化碳置换P步骤结束后，直接把吸附塔内的产品二氧化碳放入气柜，以免造成气柜高度瞬间上升过快将气柜冲翻或产品二氧化碳过度放空不能满足尿素生产。

第二段变压吸附装置吸附塔均压降结束后，先将吸附塔内的气体逆向放入该中间独立吸附床T，直至吸附塔与该中间独立吸附床T的压力基本平衡，该中间独立吸附床T也可以用缓冲罐代替。

第二段变压吸附装置吸附塔在回收RG和抽真空VC步骤之间有逆向放压BD步骤。

第一段变压吸附装置吸附塔抽真空VC步骤结束后与中间独立吸附床T或缓冲罐连通，或直接与第二段变压吸附装置均压降结束后的吸附塔连通，用第二段变压吸附装置吸附塔回收RG步骤的气体对第一段变压吸附装置吸附塔升压。

第一段变压吸附装置出口气中二氧化碳的平均浓度为2～9％(V)，在此范围内，二氧化碳的平均浓度越高效果越好。

第一段变压吸附装置均压降ED结束时，吸附塔瞬间流出气中二氧化碳浓度为50～96％(V)，最佳为75～90％(V)，均压降ED结束后的压力即为产品二氧化碳置换压力，其数值范围一般为0.02～0.9MPa。

两段变压吸附装置吸附步骤A的压力为0.6～3.6MPa，两段变压吸附装置的吸附压力可以不相等。

吸附床T所用的吸附剂为活性炭、硅胶或分子筛中的一种。

附图说明如下：

图1是本发明实施例1的工艺流程图。

图2是本发明实施例1第一段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

图3是本发明实施例1第二段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

图4是本发明实施例2的工艺流程图。

图5是本发明实施例2第一段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

图6是本发明实施例2第二段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

图7是本发明实施例3的工艺流程图。

图8是本发明实施例3第一段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

图9是本发明实施例3第二段变压吸附装置吸附塔的工艺步骤运行程序表。

本发明的实施方式：

本发明原料气是制气过程以煤为原料的合成氨变换气，其典型组成如下表：

组  份	H2	N2	CO2	CO	CH4	O2+Ar	总硫	H2O(汽)
									浓度(％)(V)	46～55	15～18	22～32	0.3～8	1～2	≤0.8	≤300mg/Nm3	饱和

本发明采用两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳，第一段变压吸附装置用于提纯二氧化碳产品，其吸附塔出口气中二氧化碳的平均浓度为2～9％(V)，吸附塔内由下到上装填的吸附剂为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶，或为活性氧化铝及活性炭，或为活性氧化铝及细孔硅胶，第二段变压吸附装置用于将第一段变压吸附装置出口气中的二氧化碳(平均浓度为2～9％(V))脱除到0.2％以下，吸附塔内装填的吸附剂为细孔硅胶。两段变压吸附装置的每个吸附塔在一个循环中依次经历如下步骤。

第一段变压吸附装置：

(1)吸附A

将变换气送入处于吸附步骤的吸附塔进料口，吸附塔中的吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫和无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端流出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，随着时间的推移，吸附剂吸附的水、有机硫和无机硫及二氧化碳等组分的总量不断增加，当吸附剂吸附上述组分饱和时，停止进气，此时吸附结束。出口气中二氧化碳浓度可以控制在2～9％(V)。

(2)均压降ED

吸附结束后，吸附塔内死空间气体中氢、氮气浓度较高和二氧化碳浓度较低，一方面这部分氢、氮气需回收利用，另一方面吸附塔内二氧化碳浓度需要提高，为此，必须把吸附塔内的气体顺着吸附方向从吸附塔出口处降压。死空间气体分次从吸附塔出口排出进入本段已完成抽空步骤的相应吸附塔升压，每排一次气体，就均压一次，随着均压次数的增加，吸附塔出口处的二氧化碳浓度不断增高，同时氢、氮气得到回收利用。均压次数由吸附压力和吸附结束后吸附塔出口处的二氧化碳浓度决定。即均压次数应满足均压结束后吸附塔出口处的二氧化碳浓度在50～96％(V)范围内，最佳在75～90％(V)范围内。

(3)产品二氧化碳置换P

均压降结束后，将一部分产品二氧化碳加压，从吸附塔底部进口进入吸附塔，顺着吸附方向通过吸附塔置换其它组分，置换出口气放空或作它用，置换压力必须为均压降结束后吸附塔内压力。

(4)产品二氧化碳降压D

置换结束后，先将吸附塔内的产品二氧化碳放入均压缓冲罐，当吸附塔与均压缓冲罐的压力基本平衡后，再将吸附塔内的产品二氧化碳放入气柜直至接近气柜压力。

(5)抽真空VC

产品二氧化碳降压结束后，从吸附塔底部用真空泵将吸附剂吸附的二氧化碳抽出来进入产品二氧化碳气柜，即得到二氧化碳产品。

(6)二段气升压2ER

抽真空VC结束后，利用第二段变压吸附装置吸附塔均压降ED完成后进入中间独立吸附床T的气体从第一段变压吸附装置吸附塔出口端对已完成抽真空步骤的吸附塔升压。

(7)均压升ER

二段气升压2ER结束后，利用本段均压降步骤排出的气体，从出口端进入吸附塔，使吸附塔逐步升高压力，均压升与均压降的次数相等。每次均压升的气体来自不同吸附塔的均压降气体。

(8)最终升压FR

均压升结束后，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对吸附塔进行升压，直至升到吸附压力。

第二段变压吸附装置

(1)吸附A

将第一段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔出口气送入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入合成氨的压缩工段。随着时间的推移，吸附剂吸附的二氧化碳总量不断增加，当吸附剂吸附二氧化碳饱和时，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度必须控制在0.2％(V)以下。

(2)均压降ED

吸附结束后，吸附塔内死空间气体中氢、氮气浓度较高，这部分氢、氮气需回收利用。死空间气体分次从吸附塔出口排出进入本段已完成抽空步骤的相应吸附塔升压，每排一次气体，就均压一次，随着均压次数的增加，吸附塔出口处的二氧化碳浓度不断增高。均压次数由吸附压力和吸附结束后吸附塔出口处的二氧化碳浓度决定。

(3)回收RG

均压降ED结束后，把吸附塔内气体逆向放入装有吸附剂的中间独立吸附床T中，此后再将该中间独立吸附床T与第一段变压吸附装置刚抽完真空的吸附塔连通，对第二段变压吸附装置的氢、氮气加以回收，以提高整个变压吸附装置脱碳装置的氢、氮气回收率。

(4)逆放BD

回收RG结束后，若吸附塔内气体压力较高，须逆着吸附方向将气体降至常压。

(5)抽真空VC

回收RG或逆放BD结束后，从吸附塔底部用真空泵将吸附剂吸附的二氧化碳及其它组分抽出来放空，使吸附剂得到再生。

(6)均压升ER

抽真空结束后，利用均压降步骤排出的气体，从出口端进入已完成抽真空步骤的吸附塔，使吸附塔逐步升高压力，均压升与均压降的次数相等。每次均压升的气体来自不同吸附塔的均压降气体

(7)最终升压FR

均压升结束后，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对吸附塔进行升压，直至升到吸附压力。

本发明的实施例1：

本例的原料气为以无烟煤为原料，采用间隙法造气获得的合成氨变换气。采用本发明将此合成氨变换气中的二氧化碳提纯并分离其中的氢、氮气。

图1是本实施例的工艺流程图。

图2是本实施例第一段变压吸附装置的工艺步骤运行程序表。

图3是本实施例第二段变压吸附装置的工艺步骤运行程序表。

本实施例的合成氨变换气组成如下：组  份     H₂      N₂    CO₂   CO     CH₄  O₂+Ar  总硫     水(汽)浓度V％  52～53   17～18   28    ≤0.8   1～2  ≤0.8  150mg/NM³ 饱和温度：≤40℃压力：0.7MPa(G)

如图1所示，吸附塔A～H共8台组成第一段变压吸附装置，吸附塔内由下到上装填的吸附剂依次为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶，运行单塔吸附四次均压程序，通过真空泵P1利用真空管线G19对吸附塔抽真空；吸附塔a～g共7台组成第二段变压吸附装置，吸附塔内装填的吸附剂为细孔硅胶，运行单塔吸附四次均压程序，通过真空泵P2利用真空管线G27对吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分别为第一段变压吸附装置真空泵、压缩机、产品二氧化碳中间缓冲罐及产品二氧化碳气柜，P2为第二段变压吸附装置真空泵。本实施例将上述二段变压吸附装置串联操作，第一段变压吸附装置把二氧化碳提纯到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段变压吸附装置作用是把第一段变压吸附装置的出口气进一步净化，使第二段变压吸附装置吸附塔a～g上端出口的氢、氮气中二氧化碳浓度小于0.2％(V)，以满足合成氨下一步工序的需要。

变换气进入第一段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入压缩工段。第一段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空VC、二段气升压2ER、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第一段变压吸附装置在产品二氧化碳降压D和抽真空VC步骤获得的气体即为产品二氧化碳，第二段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、回收RG、抽真空VC、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第二段变压吸附装置正处于吸附步骤的吸附塔出口排出的混合气主要为氮、氢气产品，其中还含有少量的一氧化碳和甲烷。现以A塔为例，对照图2，说明本实施例第一段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，A塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1A、2A，变换气经管道G11进入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2A流出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，随着时间的推移，吸附剂吸附的水、有机硫和无机硫及二氧化碳等组分的总量不断增加，当吸附剂吸附上述组分饱和时，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在9％(V)。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3A、3C，A塔内的气体经管道G13进入C塔对C塔进行一均升，当A和C塔压力基本平衡后，关闭程控阀3A。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4A、4D，A塔内的气体经管道G14进入D塔对D塔进行二均升，当A和D塔压力基本平衡后，关闭程控阀4D。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4E，A塔内的气体经管道G14进入E塔对E塔进行三均升，当A和E塔压力基本平衡后，关闭程控阀4A。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5A、5F，A塔内的气体经管道G15进入F塔对F塔进行四均升，当A塔出口处的二氧化碳浓度大于85％(V)时，关闭程控阀5A、5F，此时A塔内的压力为0.07MPa(G)。

(6)产品二氧化碳置换P

四均降结束后，打开程控阀7A、6A，此时产品二氧化碳经压缩机C、管道G17从A塔底部进口进入吸附塔A，顺着吸附方向对吸附塔A进行置换，被置换出来的气体放空或作它用，当置换放空气中二氧化碳达到规定要求时，关闭程控阀7A、6A，置换压力为0.07MPa(G)。

(7)产品二氧化碳降压D

产品二氧化碳置换结束后，先打开程控阀8A、KV11a，与产品二氧化碳中间缓冲罐V1连通，当A塔压力基本等于产品二氧化碳中间缓冲罐V1的压力时，关闭程控阀KV11a，打开程控阀KV11b，将A塔内的产品二氧化碳降压放入产品二氧化碳气柜V，当A塔的压力接近气柜V压力时，关闭程控阀8A、KV11b，最后打开程控阀KV11c，将产品二氧化碳中间缓冲罐V1与气柜V连通，当产品二氧化碳中间缓冲罐V1压力接近气柜V压力时，关闭程控阀KV11c。

(8)抽真空VC

产品二氧化碳降压结束后，打开程控阀9A，经管道G19、真空泵P1从A塔底部把塔内的二氧化碳抽出来进入产品二氧化碳气柜V，抽真空结束后，关闭程控阀9A。

(9)二段气升压2ER

抽真空VC结束后，打开程控阀5A、KV13a，中间独立吸附床T内的气体进入A塔对A塔进行升压，升压结束后，关闭程控阀KV13a。

(10)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

二段气升压2ER结束后，打开程控阀5D，D塔内的气体经管道G15进入A塔对A塔进行四均升，四均降结束后，关闭程控阀5A、5D。

(11)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4A、4E，E塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行三均升，当E和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4E。

(12)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4F，F塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行二均升，当F和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4F、4A。

(13)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3A、3G，G塔内的气体经管道G13进入A塔对A塔进行一均升，当G和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀3G。

(14)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV10，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对A塔进行升压，当A塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV10、3A。

至此，A塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。B～H吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图2。

现以a塔为例，对照图3，说明本实施例第二段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，a塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1a、2a，变换气经管道G21进入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附剂选择性地吸附第一段变压吸附装置出口气中的二氧化碳等组分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2a流出进入合成氨的压缩工段，随着时间的推移，吸附剂吸附的二氧化碳总量不断增加，当吸附剂吸附二氧化碳饱和时，出口气中二氧化碳浓度控制在0.2％(V)以下，关闭程控阀1a、2a，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在0.2％(V)以下。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3a、3c，a塔内的气体经管道G23进入c塔对c塔进行一均升，当a和c塔压力基本平衡后，关闭程控阀3a。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4a、4d，a塔内的气体经管道G24进入d塔对d塔进行二均升，当a和d塔压力基本平衡后，关闭程控阀4d。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4e，a塔内的气体经管道G24进入e塔对e塔进行三均升，当a和e塔压力基本平衡后，关闭程控阀4a。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5a、5f，a塔内的气体经管道G25进入f塔对f塔进行四均升，当a和f塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5f。

(6)回收RG

四均降结束后，打开程控阀6a、KV13b，将a塔内的气体逆向放入中间独立吸附床T，使a塔内的气体压力降到接近常压，完成之后，关闭程控阀6a、KV13b。

(7)抽真空VC

回收RG结束后，打开程控阀7a，经管道G27、真空泵P2从a塔底部把塔内的气体抽出来放空，抽真空结束后，关闭程控阀7a，此时吸附塔内压力约高于大气压。

(8)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

抽真空结束后，打开程控阀5a、5c，c塔内的气体经管道G25进入a塔对a塔进行四均升，当c和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5c。

(9)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4a、4d，d塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行三均升，当d和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4d。

(10)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4e，e塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行二均升，当e和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4e、4a。

(11)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3a、3f，f塔内的气体经管道G23进入a塔对a塔进行一均升，当f和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀3f。

(12)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV12，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对a塔进行升压，当a塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV12、3a。

至此，a塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。b～g吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图3。

本实施例结果为产品二氧化碳纯度为99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，产品氢、氮气中二氧化碳浓度小于0.1％(V)。

对于本实施例，采用本发明的工艺方法与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为0.7MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗下降25％(约35度)，脱碳初始设备投资可节约9％(约200万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了65％，氢气损失减少了60％，由此每年给企业增加直接经济效益420万元左右(电按每度0.25元计)。

当本实施例均压降结束后，吸附塔出口处的二氧化碳浓度为50％(V)时，吸附塔置换压力为0.16～0.18MPa(G)，此时，本实施例与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为0.7Mpa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗下降10％(约15度)，脱碳初始设备投资可节约10％(约160万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了60％，氢气损失减少了55％，由此每年给企业增加直接经济效益309万元左右(电按每度0.25元计)。

对于本实施例，采用本发明的特定吸附剂组合与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为0.7MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，本发明的氮气损失减少量平均为55％(氮气损失减少量随分子筛和活性碳占的比例而变化，55％的减少量为各种比例下的平均值)，每吨合成氨脱碳电耗平均下降12％(约18度)，脱碳初始设备投资可节约2.5％(约50万元)，由此每年给企业增加效益190万元左右(包括因氮气损失减少而使合成氨能力增加产生的效益和节约的电费)。

对于本实施例，采用本发明的均压缓冲罐可以防止在产品二氧化碳置换P步骤结束后，直接把吸附塔内的产品二氧化碳放入气柜，以免造成气柜高度上升过快而使产品二氧化碳过度放空不能满足尿素生产。

本发明的实施例2：

本实施例的变换气组成及温度、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命等条件与实施例1完全一致，本实施例的吸附压力为2.1MPa(G)。

如图4所示，吸附塔A～I共9台组成第一段变压吸附装置，吸附塔内由下到上装填的吸附剂依次为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶，运行单塔吸附五次均压程序，通过真空泵P1利用真空管线G19对吸附塔抽真空；吸附塔a～i共9台组成第二段变压吸附装置，吸附塔内装填的吸附剂为细孔硅胶，运行单塔吸附六次均压程序，通过真空泵P2利用真空管线G27对吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分别为第一段变压吸附装置真空泵、压缩机、产品二氧化碳均压缓冲罐及产品二氧化碳气柜，P2为第二段变压吸附装置真空泵。本实施例将上述二段变压吸附装置串联操作，第一段变压吸附装置把二氧化碳提纯到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段变压吸附装置作用是把第一段变压吸附装置的出口气进一步净化，使第二段变压吸附装置吸附塔a～i上端出口的氢、氨气中二氧化碳浓度小于0.2％(V)，以满足合成氨下一步工序的需要。

变换气进入第一段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入压缩工段。第一段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附A、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空V、二段气升压2ER、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第一段变压吸附装置在产品二氧化碳降压D和抽真空VC步骤获得的气体即为产品二氧化碳，第二段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附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、回收RG、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、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第二段变压吸附装置正处于吸附步骤的吸附塔出口排出的混合气主要为氮、氢气产品，其中还含有少量的一氧化碳和甲烷。现以A塔为例，对照图5，说明本实施例第一段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，A塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1A、2A，变换气经管道G11进入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2A流出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，随着时间的推移，吸附剂吸附的水、有机硫和无机硫及二氧化碳等组分的总量不断增加，当吸附剂吸附上述组分饱和时，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在9％(V)。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3A、3C，A塔内的气体经管道G13进入C塔对C塔进行一均升，当A和C塔压力基本平衡后，关闭程控阀3A。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4A、4D，A塔内的气体经管道G14进入D塔对D塔进行二均升，当A和D塔压力基本平衡后，关闭程控阀4D。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4E，A塔内的气体经管道G14进入E塔对E塔进行三均升，当A和E塔压力基本平衡后，关闭程控阀4A。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5A、5F，A塔内的气体经管道G15进入F塔对F塔进行四均升，当A和F塔压力基本平衡后，关闭程控阀5F。

(6)第五次均压降步骤，简称五均降E5D

四均降结束后，打开程控阀5G，A塔内的气体经管道G15进入G塔对G塔进行五均升，当A塔出口处的二氧化碳浓度大于90％(V)时，关闭程控阀5A、5G，此时A塔内的压力为0.25MPa(G)。

(7)产品二氧化碳置换P

五均降结束后，打开程控阀7A、6A，此时产品二氧化碳经压缩机C、管道G17从A塔底部进口进入吸附塔A，顺着吸附方向对吸附塔A进行置换，被置换出来的气体放空或作它用，当置换放空气中二氧化碳达到规定要求时，关闭程控阀7A、6A，置换压力为0.25MPa(G)。

(8)产品二氧化碳降压D

产品二氧化碳置换结束后，先打开程控阀8A、KV11a，与产品二氧化碳均压缓冲罐V1连通，当A塔压力基本等于产品二氧化碳均压缓冲罐V1的压力时，关闭程控阀KV11a，打开程控阀KV11b，将A塔内的产品二氧化碳降压放入产品二氧化碳气柜V，当A塔的压力接近气柜V压力时，关闭程控阀8A、KV11b，最后打开程控阀KV11c，将产品二氧化碳均压缓冲罐V1与气柜V连通，当产品二氧化碳均压缓冲罐V1压力接近气柜V压力时，关闭程控阀KV11c。

(9)抽真空VC

产品二氧化碳降压结束后，打开程控阀9A，经管道G19、真空泵P1从A塔底部把塔内的二氧化碳抽出来进入产品二氧化碳气柜V，抽真空结束后，关闭程控阀9A。

(10)二段气升压2ER

抽真空VC结束后，打开程控阀10A、KV13a，中间独立吸附床T内的气体进入A塔对A塔进行升压，升压结束后，关闭程控阀KV13a。

(11)第五次均压升步骤，简称五均升E5R

抽真空VC结束后，打开程控阀5A、5D，D塔内的气体经管道G15进入A塔对A塔进行五均升，当D和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀5D。

(12)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

五均升E5R结束后，打开程控阀5A、5E，E塔内的气体经管道G15进入A塔对A塔进行四均升，当E和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀5A、5E。

(13)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4A、4F，F塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行三均升，当F和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4F。

(14)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4G，G塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行二均升，当G和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4G、4A。

(15)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3A、3H，H塔内的气体经管道G13进入A塔对A塔进行一均升，当H和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀3H。

(16)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV10，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对A塔进行升压，当A塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV10、3A。

至此，A塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。B～I吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图5。

现以a塔为例，对照图6，说明本实施例第二段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，a塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1a、2a，变换气经管道G21进入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附剂选择性地吸附第一段变压吸附装置出口气中的二氧化碳等组分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2a流出进入合成氨的压缩工段，随着时间的推移，吸附剂吸附的二氧化碳总量不断增加，当吸附剂吸附二氧化碳饱和时，关闭程控阀1a、2a，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在0.2％(V)以下。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3a、3c，a塔内的气体经管道G23进入c塔对c塔进行一均升，当a和c塔压力基本平衡后，关闭程控阀3a。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4a、4d，a塔内的气体经管道G24进入d塔对d塔进行二均升，当a和d塔压力基本平衡后，关闭程控阀4d。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4e，a塔内的气体经管道G24进入e塔对e塔进行三均升，当a和e塔压力基本平衡后，关闭程控阀4a。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5a、5f，a塔内的气体经管道G25进入f塔对f塔进行四均升，当a和f塔压力基本平衡后，关闭程控阀5f。

(6)第五次均压降步骤，简称五均降E5D

四均降结束后，打开程控阀5g，a塔内的气体经管道G25进入g塔对g塔进行五均升，当a和g塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5g。

(7)第六次均压降步骤，简称六均降E6D

五均降结束后，打开程控阀6a、6h，a塔内的气体经管道G28进入h塔对h塔进行六均升，当a和h塔压力基本平衡后，关闭程控阀6a、6h。

(8)回收RG

六均降结束后，打开程控阀7a、KV13b，将a塔内的气体逆向放入中间独立吸附床T，使a塔内的气体压力降到接近常压，完成之后，关闭程控阀7a、KV13b。

(9)抽真空VC

回收RG结束后，打开程控阀8a，经管道G27、真空泵P2从a塔底部把塔内的气体抽出来放空，抽真空结束后，关闭程控阀8a。

(10)第六次均压升步骤，简称六均升E6R

抽真空结束后，打开程控阀6a、6c，c塔内的气体经管道G28进入a塔对a塔进行六均升，当c和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀6a、6c。

(11)第五次均压升步骤，简称五均升E5R

六均升结束后，打开程控阀5a、5d，d塔内的气体经管道G25进入a塔对a塔进行五均升，当d和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀5d。

(12)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

五均升结束后，打开程控阀5e，e塔内的气体经管道G25进入a塔对a塔进行四均升，当e和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5e。

(13)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4a、4f，f塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行三均升，当f和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4f。

(14)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4g，g塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行二均升，当g和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4g、4a。

(15)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3a、3h，h塔内的气体经管道G23进入a塔对a塔进行一均升，当h和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀3h。

(16)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV12，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对a塔进行升压，当a塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV12、3a。

至此，a塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。b～i吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图6。

本实施例结果为产品二氧化碳纯度为99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，产品氢、氮气中二氧化碳浓度小于0.1％(V)。

对于本实施例，采用本发明的工艺方法与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为2.1MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗平均下降53％(约67度)，脱碳初始设备投资平均可节约27％(约560万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了85％，氢气损失减少了80％，由此每年给企业增加直接经济效益630万元左右(电按每度0.25元计)。

当本实施例均压降结束后，吸附塔出口处的二氧化碳浓度为50％(V)时，吸附塔置换压力为0.53～0.55MPa(G)，此时，本实施例与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为2.1MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗平均下降13％(约16度)，脱碳初始设备投资平均可节约15％(约320万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了80％，氢气损失减少了75％，由此每年给企业增加直接经济效益420万元左右(电按每度0.25元计)。

对于本实施例，采用本发明的特定吸附剂组合与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为2.1MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，本发明的氮气损失减少量平均为45％(氮气损失减少量随分子筛和活性碳占的比例而变化，45％的减少量为各种比例下的平均值)，每吨合成氨脱碳电耗平均下降10％(约13度)，脱碳初始设备投资平均节约1.9％(约40万元)，每年增加150万元左右(包括因氮气损失减少而使合成氨能力增加产生的效益和节约的电费)。

对于本实施例，采用本发明的均压缓冲罐可以防止在产品二氧化碳置换P步骤结束后，直接把吸附塔内的高压(压力为0.25～0.55MPa)产品二氧化碳放入气柜，以免把气柜冲翻而使装置停车。

本发明的实施例3：

本实施例的变换气组成及温度、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命等条件与实施例1和实施例2完全一致，本实施例的吸附压力为3.6MPa(G)。

图7是本实施例的工艺流程图。

图8是本实施例第一段变压吸附装置的工艺步骤运行程序表。

图9是本实施例第二段变压吸附装置的工艺步骤运行程序表。

如图7所示，吸附塔A～J共10台组成第一段变压吸附装置，吸附塔内由下到上装填的吸附剂依次为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶，运行单塔吸附六次均压程序，通过真空泵P1利用真空管线G19对吸附塔抽真空；吸附塔a～j共10台组成第二段变压吸附装置，吸附塔内装填的吸附剂为细孔硅胶，运行单塔吸附七次均压程序，通过真空泵P2利用真空管线G27对吸附塔抽真空。P1、C、V1、V分别为第一段变压吸附装置真空泵、压缩机、产品二氧化碳均压缓冲罐及产品二氧化碳气柜，P2为第二段变压吸附装置真空泵。本实施例将上述二段变压吸附装置串联操作，第一段变压吸附装置把二氧化碳提纯到98.5％(V)以上，用于合成尿素，第二段变压吸附装置作用是把第一段变压吸附装置的出口气进一步净化，使第二段变压吸附装置吸附塔a～j上端出口的氢、氮气中二氧化碳浓度小于0.2％(V)，以满足合成氨下一步工序的需要。

变换气进入第一段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，吸附塔中的吸附剂选择性地吸附二氧化碳，不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端排出进入压缩工段。第一段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附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、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空VC、二段气升压2ER、六均升E6R、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第一段变压吸附装置在产品二氧化碳降压D和抽真空VC步骤获得的气体即为产品二氧化碳，第二段变压吸附装置的吸附塔在一个循环周期中依次经历吸附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、回收RG、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、最终升压FR变压吸附工艺步骤，第二段变压吸附装置正处于吸附步骤的吸附塔出口排出的混合气主要为氮、氢气产品，其中还含有少量的一氧化碳和甲烷。现以A塔为例，对照图8，说明本实施例第一段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，A塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1A、2A，变换气经管道G11进入吸附塔A，在A吸附塔中，吸附剂选择性地依次吸附变换气中的水、有机硫、无机硫及二氧化碳等组分，未吸附的部分二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2A流出进入第二段变压吸附装置处于吸附步骤的吸附塔，随着时间的推移，吸附剂吸附的水、有机硫和无机硫及二氧化碳等组分的总量不断增加，当吸附剂吸附上述组分饱和时，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在9％(V)。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3A、3C，A塔内的气体经管道G13进入C塔对C塔进行一均升，当A和C塔压力基本平衡后，关闭程控阀3A。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4A、4D，A塔内的气体经管道G14进入D塔对D塔进行二均升，当A和D塔压力基本平衡后，关闭程控阀4D。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4E，A塔内的气体经管道G14进入E塔对E塔进行三均升，当A和E塔压力基本平衡后，关闭程控阀4A。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5A、5F，A塔内的气体经管道G15进入F塔对F塔进行四均升，当A和F塔压力基本平衡后，关闭程控阀5F。

(6)第五次均压降步骤，简称五均降E5D

四均降结束后，打开程控阀5G，A塔内的气体经管道G15进入G塔对G塔进行五均升，当A和G塔压力基本平衡后，关闭程控阀5A、5G。

(7)第六次均压降步骤，简称六均降E6D

五均降结束后，打开程控阀6A、6H，A塔内的气体经管道G16进入H塔对H塔进行六均升，当A塔出口处的二氧化碳浓度大于90％(V)时，关闭程控阀6A、6H，此时A塔内的压力为0.42MPa(G)。

(8)产品二氧化碳置换P

六均降结束后，打开程控阀7A、10A，此时产品二氧化碳经压缩机C、管道G17从A塔底部进口进入吸附塔A，顺着吸附方向对吸附塔A进行置换，被置换出来的气体放空或作它用，当置换放空气中二氧化碳达到规定要求时，关闭程控阀7A、10A，置换压力为0.42MPa(G)。

(9)产品二氧化碳降压D

产品二氧化碳置换结束后，先打开程控阀8A、KV11a，与产品二氧化碳均压缓冲罐V1连通，当A塔压力基本等于产品二氧化碳均压缓冲罐V1的压力时，关闭程控阀KV11a，打开程控阀KV11b，将A塔内的产品二氧化碳降压放入产品二氧化碳气柜V，当A塔的压力接近气柜V压力时，关闭程控阀8A、KV11b，最后打开程控阀KV11c，将产品二氧化碳均压缓冲罐V1与气柜V连通，当产品二氧化碳中间缓冲罐V1压力接近气柜V压力时，关闭程控阀KV11c。

(10)抽真空VC

产品二氧化碳降压结束后，打开程控阀9A，经管道G19、真空泵P1从A塔底部把塔内的二氧化碳抽出来进入产品二氧化碳气柜V，抽真空结束后，关闭程控阀9A。

(11)二段气升压2ER

抽真空VC结束后，打开程控阀6A、KV13a，中间独立吸附床T内的气体进入A塔对A塔进行升压，升压结束后，关闭程控阀KV13a

(11)第六次均压升步骤，简称六均升E6R

抽真空VC结束后，打开程控阀6A、6D，D塔内的气体经管道G16进入A塔对A塔进行六均升，六均降结束后，关闭程控阀6A、6D。

(12)第五次均压升步骤，简称五均升E5R

六均升E6R结束后，打开程控阀5A、5E，E塔内的气体经管道G15进入A塔对A塔进行五均升，五均降结束后，关闭程控阀5E。

(13)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

五均升E5R结束后，打开程控阀5F，F塔内的气体经管道G15进入A塔对A塔进行四均升，四均降结束后，关闭程控阀5A、5F。

(14)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4A、4G，G塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行三均升，当G和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4G。

(15)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4H，H塔内的气体经管道G14进入A塔对A塔进行二均升，当H和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀4H、4A。

(16)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3A、3I，I塔内的气体经管道G13进入A塔对A塔进行一均升，当I和A塔压力基本平衡后，关闭程控阀3I。

(17)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV13，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对A塔进行升压，当A塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV13、3A。

至此，A塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。B～J吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图8。

现以a塔为例，对照图9，说明本实施例第二段变压吸附装置吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：

(1)吸附A

此时，a塔已完成最终升压FR步骤，打开程控阀1a、2a，变换气经管道G21进入吸附塔a，在a吸附塔中，吸附剂选择性地吸附第一段变压吸附装置出口气中的二氧化碳等组分，未吸附的少量二氧化碳和不易吸附的一氧化碳、甲烷、氮、氢气等组分从出口端经程控阀2a流出进入合成氨的压缩工段，随着时间的推移，吸附剂吸附的二氧化碳总量不断增加，当吸附剂吸附二氧化碳饱和时，关闭程控阀1a、2a，停止进气，此时吸附结束，出口气中二氧化碳浓度控制在0.2％(V)以下。

(2)第一次均压降步骤，简称一均降E1D

吸附结束后，打开程控阀3a、3c，a塔内的气体经管道G23进入c塔对c塔进行一均升，当a和c塔压力基本平衡后，关闭程控阀3a。

(3)第二次均压降步骤，简称二均降E2D

一均降结束后，打开程控阀4a、4d，a塔内的气体经管道G24进入d塔对d塔进行二均升，当a和d塔压力基本平衡后，关闭程控阀4d。

(4)第三次均压降步骤，简称三均降E3D

二均降结束后，打开程控阀4e，a塔内的气体经管道G24进入e塔对e塔进行三均升，当a和e塔压力基本平衡后，关闭程控阀4a。

(5)第四次均压降步骤，简称四均降E4D

三均降结束后，打开程控阀5a、5f，a塔内的气体经管道G25进入f塔对f塔进行四均升，当a和f塔压力基本平衡后，关闭程控阀5f。

(6)第五次均压降步骤，简称五均降E5D

四均降结束后，打开程控阀5a、5g，a塔内的气体经管道G25进入g塔对g塔进行五均升，当a和g塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5g。

(7)第六次均压降步骤，简称六均降E6D

五均降结束后，打开程控阀6a、6h，a塔内的气体经管道G28进入h塔对h塔进行六均升，当a和h塔压力基本平衡后，关闭程控阀6h。

(8)第七次均压降步骤，简称七均降E7D

六均降结束后，打开程控阀6a、6i，a塔内的气体经管道G28进入i塔对i塔进行七均升，当a和i塔压力基本平衡后，关闭程控阀6a、6i。

(9)回收RG

七均降结束后，打开程控阀7a、KV13b，将a塔内的气体逆向放入中间独立吸附床T，完成之后，关闭程控阀7a、KV13b。

(10)逆放BD

回收RG结束后，打开程控阀7a、KV13c，将a塔内的气体逆向放空，当a塔内的气体降到常压时，关闭程控阀7a、KV13c。

(11)抽真空VC

逆放结束后，打开程控阀8a，经管道G27、真空泵P2从a塔底部把塔内的气体抽出来放空，抽真空结束后，关闭程控阀8a。

(12)第七次均压升步骤，简称七均升E7R

抽真空结束后，打开程控阀6a、6c，c塔内的气体经管道G28进入a塔对a塔进行七均升，当c和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀6c。

(13)第六次均压升步骤，简称六均升E6R

七均升结束后，打开程控阀6d，d塔内的气体经管道G28进入a塔对a塔进行六均升，当d和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀6a、6d。

(14)第五次均压升步骤，简称五均升E5R

六均升结束后，打开程控阀5a、5e，e塔内的气体经管道G25进入a塔对a塔进行五均升，当e和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀5e。

(15)第四次均压升步骤，简称四均升E4R

五均升结束后，打开程控阀5f，f塔内的气体经管道G25进入a塔对a塔进行四均升，当f和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5f。

(16)第三次均压升步骤，简称三均升E3R

四均升结束后，打开程控阀4a、4g，g塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行三均升，当g和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4g。

(17)第二次均压升步骤，简称二均升E2R

三均升结束后，打开程控阀4h，h塔内的气体经管道G24进入a塔对a塔进行二均升，当h和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀4h、4a。

(18)第一次均压升步骤，简称一均升E1R

二均升结束后，打开程控阀3a、3i，i塔内的气体经管道G23进入a塔对a塔进行一均升，当i和a塔压力基本平衡后，关闭程控阀3i。

(19)最终升压FR

一均升结束后，打开程控阀KV12，利用处于吸附步骤的吸附塔出口气从顶端对a塔进行升压，当a塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀KV12、3a。

至此，a塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。b～j吸附塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图9。

本实施例结果为产品二氧化碳纯度为99％(V)，二氧化碳回收率大于70％(V)，产品氢、氮气中二氧化碳浓度小于0.1％(V)。

对于本实施例，采用本发明的工艺方法与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为3.6MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗平均下降65％(约85度)，脱碳初始设备投资平均可节约32％(约680万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了90％，氢气损失减少了85％，由此每年给企业增加直接经济效益720万元左右(电按每度0.25元计)。

当本实施例均压降结束后，吸附塔出口处的二氧化碳浓度为50％(V)时，吸附塔置换压力为0.88～0.90MPa(G)，此时，本实施例与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为3.6MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、吸附剂种类及比例、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，每吨合成氨脱碳电耗平均下降3％(约4度)，脱碳初始设备投资平均可节约17％(约360万元)左右，氮气损失比现有技术(CN1248482A、CN1235862A)减少了85％，氢气损失减少了80％，由此每年给企业增加直接经济效益420刀元左右(电按每度0.25元计)。

对于本实施例，采用本发明的特定吸附剂组合与以对比文献(CN1248482A)为代表的现有技术相比，按年产12万吨合成氨规模考虑，在其它条件(吸附压力为3.6MPa(G)、变换气组成及温度、吸附循环时间、动力设备性能、仪器仪表及控制功能、专用程控阀及液压系统结构和寿命)相同的情况下，本发明的氮气损失减少量平均为35％(氮气损失减少量随分子筛和活性碳占的比例而变化，35％的减少量为各种比例下的平均值)，每吨合成氨脱碳电耗平均下降8％(约10度)，脱碳初始设备投资平均节约1.9％(约40万元)，每年增加110刀元左右(包括因氮气损失减少而使合成氨能力增加产生的效益和节约的电费)。

对于本实施例，采用本发明的均压缓冲罐可以防止在产品二氧化碳置换P步骤结束后，直接把吸附塔内的高压(压力为0.42～0.90MPa)产品二氧化碳放入气柜，以免把气柜冲翻而使装置停车。

Claims (10)

1、尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，采用二段变压吸附装置串联操作，原料气以煤为原料的合成氨变换气，第一段变压吸附装置用于提纯二氧化碳，第二段变压吸附装置用于分离氢、氮气；第一段变压吸附装置在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、产品二氧化碳置换P、产品二氧化碳降压D、抽真空VC、二段气升压2ER、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤；第二段变压吸附装置在一个循环周期中依次经历吸附A、均压降ED、回收RG、抽真空VC、均压升ER、最终升压FR变压吸附工艺步骤；第一段变压吸附装置均压降ED结束时，吸附塔瞬间流出气中二氧化碳浓度为50～96％(V)。

2、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第一段变压吸附装置吸附塔内由下到上装填的吸附剂为活性氧化铝、活性炭及细孔硅胶，或活性氧化铝及活性炭，或活性氧化铝及细孔硅胶，第二段变压吸附装置吸附塔内装填的吸附剂只为细孔硅胶。

3、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第一段变压吸附装置产品二氧化碳置换P步骤结束后，先将吸附塔内的产品二氧化碳放入均压缓冲罐，当吸附塔与均压缓冲罐的压力基本平衡后，再将吸附塔内的产品二氧化碳放入气柜。

4、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第二段变压吸附装置吸附塔的回收RG步骤是将其吸附塔内均压降完成后的气体逆向放入该中间独立吸附床T，该中间独立吸附床T也可以用缓冲罐代替。

5、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第二段变压吸附装置吸附塔在回收RG和抽真空VC步骤之间有逆向放压BD步骤。

6、根据权利要求1或4所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第一段变压吸附装置吸附塔抽真空VC步骤结束后与中间独立吸附床T或缓冲罐连通，或直接与第二段变压吸附装置均压降结束后的吸附塔连通，用第二段变压吸附装置吸附塔回收RG步骤的气体对第一段变压吸附装置吸附塔升压。

7、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于，第一段变压吸附装置出口气中二氧化碳的平均浓度为2～9％(V)，在此范围内，二氧化碳的平均浓度越高效果越好。

8、根据权利要求1所述尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于第一段变压吸附装置均压降ED结束时，吸附塔瞬间流出气中二氧化碳浓度最佳为75～90％(V)，均压降ED结束后的压力即为产品二氧化碳置换压力。

9、根据权利要求1所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于两段变压吸附装置吸附步骤A的压力为0.6～3.6MPa，两段变压吸附装置的吸附压力可以不相等。

10、根据权利要求4所述的尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法，其特征在于吸附床T所用的吸附剂为活性炭、硅胶或分子筛中的一种。

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