變壓吸附氫提純技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)的深度應(yīng)用

鋼鐵冶金行業(yè)，作為國(guó)家重工業(yè)的核心領(lǐng)域，在生產(chǎn)過程中涉及到的氣體分離與提純技術(shù)尤為關(guān)鍵。其中，氫氣的提純是鋼鐵冶金工藝流程中不可或缺的一環(huán)。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，變壓吸附（PSA）技術(shù)憑借高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在氫氣提純領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

變壓吸附技術(shù)概述

在鋼鐵冶金行業(yè)中，氫氣主要用于還原鐵礦石中的氧化鐵，以生產(chǎn)鐵水。然而，氫氣在制備過程中往往含有雜質(zhì)氣體，如氮?dú)狻⒁谎趸嫉?，這些雜質(zhì)氣體的存在會(huì)影響氫氣的純度和使用效率。因此，需要利用變壓吸附技術(shù)對(duì)氫氣進(jìn)行提純，以獲得高純度的氫氣。

變壓吸附技術(shù)是一種基于吸附劑在不同壓力下對(duì)氣體分子吸附能力的差異以及對(duì)不同種類氣體分子吸附能力的差異，實(shí)現(xiàn)氣體分離與提純的方法。該技術(shù)的基本原理是在一定溫度下，利用吸附劑對(duì)特定氣體組分的吸附容量隨壓力變化而變化的特性和對(duì)不同種類特定氣體組分吸附能力不同的特性，通過周期性地改變系統(tǒng)壓力，使吸附和解吸過程交替進(jìn)行，從而達(dá)到分離和提純氣體的目的。

在通常的PSA工藝中，可采用兩種方法使吸附劑再生：

1. 用產(chǎn)品氣對(duì)床層進(jìn)行“沖洗”以降低被吸附雜質(zhì)的分壓,將較難解吸的雜質(zhì)置換出來。優(yōu)點(diǎn)是常壓下即可完成。缺點(diǎn)是會(huì)多損失部分產(chǎn)品氣。

2. 利用抽真空的辦法進(jìn)行再生，使較難解吸的雜質(zhì)在負(fù)壓下強(qiáng)行解吸下來，這就是通常所說的真空變壓吸附(Vacuum Pressure Swing Adsorption,縮寫為VPSA或VSA)。VPSA工藝的優(yōu)點(diǎn)是再生效果好，產(chǎn)品收率高。缺點(diǎn)是需要增加真空泵,裝置能耗相對(duì)較高。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，采用何種工藝主要視原料氣的組成條件、流量、產(chǎn)品純度、收率要求以及工廠的資金和場(chǎng)地等情況而決定。

變壓吸附氫提純工藝流程

變壓吸附氫提純工藝流程主要包括吸附、均壓降、順放、逆放、沖洗、均壓升和最終升壓等步驟。具體如下：

1.吸附：原料氫氣在一定壓力下進(jìn)入吸附塔，其中的雜質(zhì)氣體被吸附劑吸附，而高純度的氫氣則通過吸附塔進(jìn)入下游工序。

2.均壓降：在吸附結(jié)束后，通過均壓降步驟將吸附塔內(nèi)的壓力降至中間壓力，為后續(xù)的順放和逆放步驟創(chuàng)造條件。

3.順放和逆放：在均壓降后，吸附塔內(nèi)的雜質(zhì)氣體在順放過程中被部分釋放，隨后在逆放過程中通過逆向放出解吸氣進(jìn)一步釋放雜質(zhì)氣體。

4.沖洗：在逆放結(jié)束后，利用較為純凈的氫氣對(duì)吸附塔進(jìn)行沖洗，以進(jìn)一步去除殘留的雜質(zhì)氣體。

5.均壓升和最終升壓：沖洗結(jié)束后，通過均壓升和最終升壓步驟將吸附塔內(nèi)的壓力升至工作壓力，為下一輪吸附過程做好準(zhǔn)備。

變壓吸附技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.高效性：變壓吸附技術(shù)具有高效的分離和提純能力，流程先進(jìn)可靠，原料適用性強(qiáng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得高純度的氫氣，純度可達(dá)90-99.9999%，提高生產(chǎn)效率。

2.節(jié)能性：與傳統(tǒng)的深冷分離技術(shù)相比，變壓吸附技術(shù)在能耗方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。操作溫度接近常溫，避免了深冷分離過程中的大量能量消耗。使用壓力范圍寬：0.2-6.0MPaG，能耗低、操作彈性可達(dá)20-120%，裝置連續(xù)開工時(shí)間大于3年。

3.環(huán)保性：變壓吸附技術(shù)在提純過程中不產(chǎn)生有害廢物，且氫氣回收率高。根據(jù)氣源和產(chǎn)品條件不同，氫回收率在60-99%之間。符合綠色環(huán)保的生產(chǎn)要求。

4.靈活性：變壓吸附技術(shù)可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需求調(diào)整吸附劑和工藝參數(shù)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。裝置自動(dòng)化程度高，具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)、故障自動(dòng)診斷等功能，開停車方便，已實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)控制。

產(chǎn)業(yè)價(jià)值與市場(chǎng)前景

目前，變壓吸附技術(shù)已廣泛應(yīng)用于變換氣、甲醇裂解氣、甲醇馳放氣、合成氨尾氣、煉廠加氫低分氣、焦?fàn)t煤氣、水煤氣、催化干氣、重整氫等各類含氫氣體。鋼鐵冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)氫氣提純技術(shù)的要求也越來越高。變壓吸附技術(shù)作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的氣體分離與提純方法，在鋼鐵冶金行業(yè)中的應(yīng)用前景廣闊，不僅可以提高氫氣的純度和使用效率，降低生產(chǎn)成本，還有助于推動(dòng)鋼鐵冶金行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

未來，隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，變壓吸附技術(shù)將在鋼鐵冶金行業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用。同時(shí)，該技術(shù)還有望在其他領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，為氣體分離與提純領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。