psa-培训剖析

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1、2019/10/18,热烈欢迎各位领导和专家,- 成都华西化工科技股份有限公司 上海华西化工科技有限公司,2019/10/18,WWW.HXTECH.COM,气体净化方法：,1、深冷：投资大、能耗高、开停车慢、可获 得多产品。 2、膜分离：投资小、操作简便、纯度低、压损大。 3、化学吸收：压损小、收率高、纯度低、能耗高、操作麻烦。 4、吸附分离：纯度高、压损小、能耗低、操作简便、收率低。,2019/10/18,2019/10/18,WWW.HXTECH.COM,吸附的概念：,吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。其实质就是在两相的交

2、界面上，物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。,n = 单位时间碰撞单位表面并停留的分子数 M=气体的分子量 P气体分子的分压（毫米汞柱） T温度0K,单位表面积上浓聚的分子数：B =n.Z,Z=分子在表面上停留的平均时间,2019/10/18,吸附的分类：,WWW.HXTECH.COM,1、化学吸附：有化学反应，有化合物生成。 2、活性吸附：有络合化合物生成。 3、毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。 4、物理吸附：无化学反应，依靠分子力进行吸附，速度很快，吸附热很小，吸附过程完全可逆。 变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。,2019/10/18,吸附力：,WWW.HXT

3、ECH.COM,分子间的作用力：f = C1/rm-C2/rn （mn) 分子力分三种： 1 极性分子与极性分子之间的定向极化作用； 2 极性分子与非极性分子之间的变形极化作用； 3 非极性分子与非极性分子之间的瞬时偶极矩。 吸附力主要由吸附质分子与吸附剂分子的本身性质决定。,2019/10/18,WWW.HXTECH.COM,吸附力：,各气体组分在沸石吸附剂上的吸附力减弱排列顺序示意：,氦气 弱 氢气 氩气 氧气 氮气 甲烷 一氧化碳 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷 异丁烷 丙烯 硫化氢 硫醇 苯 甲苯 乙基苯 苯乙烯 水 强,2019/10/18,吸附等温线,WWW.HXTECH.COM,吸附

4、平衡:,2019/10/18,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,制氢变换气PSA特点,压力：1.22.5MPa.G 组成：H2：68-76%，CO：0.3-3.0% CO2: 18-23%, CH4: 2-6% N2: 0-5.0%, H2O: 0.3-1.0% 产品纯度: H299.9%, CO+CO220ppm,2019/10/18,PSA压力对回收率的影响,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,0 5 10 15 20 25,x0.1MPa,959085807570,收率压力曲线,1、根据用氢压力、转化率和净化的回收率三个因素进行选择。 2、采用甲烷化净化工艺的流程压力一般在

5、1.0-1.2MPa。其目的是提高转化率。但能耗高、氢纯度低、操作麻烦。 3、采用PSA净化工艺的流程多数采用较高压力： 1.5-2.5MPa，这样PSA氢回收率才高，流程特点是： 能耗低、氢纯度高， 但原料消耗高（燃料消耗低）。,2019/10/18,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,真空再生流程与冲洗再生流程的选择,真空再生流程的特点： 优点是操作压力低，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵和能耗。 冲洗再生流程的特点： 优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分产品氢气；,究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、回收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。 对于从变换气中提纯H2的

6、变压吸附装置，由于原料气的压力较高，原料气中的杂质含量高且均属于较容易解吸的杂质，而且解吸气需要以0.03MPa压力送往制氢转化炉作燃料，因而采用抽真空方式进行吸附剂再生的能耗过高，投资较大，解吸气的流量不稳定。 因此采用冲洗方式进行吸附剂再生更为合理，所以通常都选择PSA流程,2019/10/18,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,均压次数的确定,均压次数的选择主要取决于： 原料气的压力 原料气的组成 是否采用抽真空再生,对于变换气PSA-H2装置而言 如果原料气压力大于2.0Mpa，一般选择四次均压较适宜； 如果原料气压力小于2.0Mpa，一般选择三次均压较适宜，,2019/10/

7、18,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,吸附剂冲洗方式 的选择,1、传统方式： 吸附塔吸附塔一次直接冲洗再生 2、改进方式： 分多次逐段进行冲洗再生 3、最新方式： 顺放缓冲冲洗再生,PSA-H2流程设计技术的核心实际上就在于如何用最少的氢气实现最良好的吸附剂再生效果。吸附剂的再生过程是由逆放和冲洗过程组成的，其中最重要的是冲洗过程。因而如何改善冲洗的效果就成为了流程设计的重点。,2019/10/18,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,PSA解吸气的稳定,1、解吸气的去向： 一般直接用作制氢装置转化炉的燃料 2、解吸气要求： 压力、流量、热值三稳定。 3、解吸气特点： 解吸气的

8、排放往往是间歇的，压力是脉动的； 解吸气的组成在不同阶段是不同的。,控制方案：两级缓冲，三级调节,2019/10/18,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,传统10-2-4PSA流程,2019/10/18,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,改进10-3-4PSA流程,2019/10/18,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,改进的8-2-4PSA流程,2019/10/18,吸附、再生过程示意图,工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,2019/10/18,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,吸附过程压力曲线示意图,A E1D E2D E3D E4D

9、P1 P2 P3 D P P P E1R E2R E3R E4R FR A,2019/10/18,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,2019/10/18,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,10-3-4流程,特点：吸附剂利用效率高，逆放冲洗连续,2019/10/18,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,8-2-4流程,2019/10/18,PSA的主要控制技术：,WWW.HXTECH.COM,压力自适应调节模式,这种调节主要用于： 1、产品气升压调节、可稳定产品压力和流量。 2、顺放气罐顺放冲洗过程，可保证冲

10、洗缓慢而平稳进行。 3、逆放调节过程，可保证逆放过程的平稳。,2019/10/18,WWW.HXTECH.COM,吸附时间自动优化调节模式,原料气流量,原料气组成,计算,产品收率,产品纯度,压力参数调整,吸附时间精调,吸附时间快调,目的：自动追求产品刚好合格，而回收率最高的运行状态 1、如果流量计准确，就可将吸附时间快调投入自动 2、如果产品在线CO+CO2分析仪准确，就可将吸附时间精调投入自动。 （尤其是CO在线分析准确）,PSA的关键控制技术：,2019/10/18,WWW.HXTECH.COM,这是提高装置可靠性的关键 阀门传感器和吸附塔压力变送器正常时，通常应该投入自动切塔状态,PSA

11、的关键控制技术：,2019/10/18,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,相关参数对吸附的影响,1、原料气杂质含量越高，吸附塔的处理能力越小。 2、原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低。 3、吸附压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。 4、解吸压力越低，吸附剂再生越彻底，其动态吸附量越大，吸附塔处理能力越高。 5、产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。 了解各种相关参数对吸附的影响性质将有助于为参数的调整提供指导。,2019/10/18,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,吸附时间参数的设定, 增加操作系数（即延长吸附

12、时间） （当产品氢纯度高于要求值时，增加操作系数） 1.以0.02为单位增加操作系数 2.等三个完整的PSA循环周期（即：3x10x（T1+T2） 3.重复以上的步骤增加操作参数直到产品纯度下降至允许的最低值 4.以0.05为单位降低操作系数，使装置能在高收率下安全运行 注意：增加吸附时间要慢 减小操作系数（即减小吸附时间） （当产品氢纯度低于要求值时，减小操作系数） 1.以0.1为单位减小操作系数（如果流量增大了则应按流量变化比例减小吸附时间） 2.等三个完整的PSA循环周期（即：3x10x（T1+T2） 3.重复以上的步骤减小操作参数直到产品纯度上升至允许值以内 然后按增加操作系数的步骤调

13、整，直到装置能在高收率下安全运行为止 注意：减小吸附时间要慢,这是最重要的操作参数,2019/10/18,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,吸附压力的调节,1) 原料气压力 原料气压力是由界区外条件决定的，无法改变，原则上，压力越高吸附效果越好。 2) 吸附压力（吸附塔出口压力） PSA吸附压力的设定是通过改变吸附压力调节回路的设定值来实现的，其设定值一般比原料气压力小0.010.02MPa.G。 建议该回路应该设在自动状态。 特别注意：为保证吸附压力的平稳，通常P、I的设定值不宜太大，即该调节阀的动作应比较缓慢才对，否则容易引起吸附压力的周期性振荡。,2019/10/18,PSA操

14、作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,产品气升压回路 PSA产品气升压调节回路利用专门的产品升压调节阀控制，该回路的调节好坏影响的是吸附压力的稳定性和产品流量的稳定。 有两种调节模式： A、自动模式 不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式 操作工设定最小开度和最大开度。 然后调节阀将在升压过程（T2）中，从最小开度逐渐增大的最大开度。 设定原则： 升压速度严禁过快。 必须保证最终升到的压力基本等于吸附压力。 备注：如果调节到最佳状态仍然认为吸附压力波动大，可修改程序增加预升压 就是说：吸附塔的压力应在升压过程中恰好、缓慢地升到吸附压力。,2019/10/18,PSA操

15、作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,2) 冲洗调节回路 本装置冲洗调节回路利用冲洗调节阀进行。 该回路的调节好坏影响的是吸附剂的再生效果。 有两种调节模式： A、自动模式 不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式 操作工设定最小开度和最大开度。 然后调节阀将在有顺放的阶段按最小开度打开，在无顺放的时间内从最小开度逐渐开大到最大开度。 设定原则： 最小开度的设定应以正好使吸附塔的顺放压力在结束时达到0.18-0.2MPa。 最大开度的设定应使顺放罐的压力在无顺放的时间结束时，恰好降到0.04-0.05MPa. 就是说：冲洗气在冲洗中应恰好、缓慢地从顺放罐中排放出来，达到0.04MPa。,2019/10/18,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,3) 逆放调节回路 本装置逆放调节回路利用逆放调节阀进行。 该回路的调节好坏影响的是解吸气的稳定。 有两种调节模式： A、自动模式 不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式 操作工设定最小开度和最大开度。 然后调节阀将在逆放时间内从最小开度逐渐开大到最大开度。