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1、变压吸附（PSA）法变 换 气 制 氢操 作 手 册（工艺部分）XXXX化工有限公司2009年9月第一章 前言第二章 工艺说明第一节 装置概述第二节 一段系统工作原理和过程实施第三节 二段系统工作过程第四节 工艺流程第三章 变压吸附装置的开停车第一节 系统的置换第二节 系统仪器仪表及自控系统开车前的准备工作第三节 系统试车第四节 系统运行调节第五节 系统停车第六节 系统停车后的再启动第四章 安全技术第一节 概述第二节 本装置有害物质对人体的危害及预防措施第三节 装置的安全设施第四节 氢气系统运行安全要点第五节 消防第六节 安全生产基本注意事项第五章 安全规程第一章 前 言 本装置是采用两段法变
2、压吸附（Pressure Swing Adsorption简称PSA）工艺分离原料气，获得合格的二氧化碳及产品氢气。其中一段将原料气中二氧化碳分离提浓（98.5%）后送往下工段，脱除部分二氧化碳后的中间气再经二段完全脱除CO2及其他杂质气体，使产品氢气中H2含量99.9%。装置设计参数如下：原料气组成（V）： H2 N2 CO2 CO CH4 4143% 0.52% 5560% 0.52% 1.0% 处理能力： 4500Nm3/h中间气CO2含量： 10%（V）产品氢气中H2含量： 99.9%产品气CO2浓度： 98.5%吸附压力：一段 0.720.977 MPa（G） 二段 0.70.957
3、 MPa（G）吸附温度： 40 本装置为吹扫解吸PSA脱碳工艺，就本工艺特点而言，氢气中杂质含量越低，氢气等气体回收率就越低。所以操作中不应单纯追求氢气的纯度，而应视实际需要，控制适当纯度，以获较高的经济效益。在启动和运转这套装置前，要求操作人员透彻地阅读这份操作手册，因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂损坏。本手册中所涉及压力均为表压，组成浓度均为体积百分数，以下不再专门标注。第二章 工艺说明第一节 装置概述本装置由两个系统组成，即一段和二段。一段采用12个吸附塔1塔同时吸附8次均压吹扫工艺，二段采用4个吸附塔1塔同时吸附1次均压2次吹扫工艺，其示意图如图1-1所示。逆放气、吹扫气 顺
4、放气原料气一段装置产品氢气二段装置产品二氧化碳装置紧急放空装置紧急放空图1-1 工艺方块示意图来自压缩机出口温度40，压力为0.751.0MPa二氧化碳含量约55%的原料气首先进入气水分离器（V0101）除去原料气中的游离态水后进入一段，分离出高浓度二氧化碳(98.5%)并送往下工段，同时降低中间气中二氧化碳浓度。一段系统包括气水分离器（V0101）、吸附塔（T0101A-L）、二氧化碳缓冲罐（V0102）等设备。出一段的中间气进入二段，二段系统将中间气中CO2及其它杂质气体充分脱除，使出二段系统的产品氢气纯度99.9%，二段包括吸附塔（T0201AD）、产品氢气缓冲罐（V0201）、吹扫气缓
5、冲罐（V0202 V0205）等设备。第二节 一段系统工作原理和实施过程变压吸附的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分又有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。变压吸附（PSA）法脱除变换气中二氧化碳，即根据上述原理，利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择吸附变换气中的气态水、有机硫和无机硫及二氧化碳。就本装置而言，变换气先进入一段系统处于吸附状态的吸附床吸附，当吸附床吸附饱和后，通过8次
6、均压降充分回收床层死空间中的氢氮气，同时增加床层死空间中二氧化碳浓度，整个操作过程在入塔原料气温度下进行。整个工艺采用十二台吸附塔完成，其工作步骤如下（以A塔为例）：每个吸附塔在一次循环中需经历：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）、八均降（E8D）、顺放（PP）、逆放（BD）、 吹扫（P）、二段升（2ER）、八均升（E8R）、隔离（I）、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）、终升（FR）等二十三个步骤。1）
7、吸附（A）来自气水分离器的变换气，经程控阀KV101A,从A塔下端入塔，在吸附工作压力下自下而上地流经吸附床时，气流中二氧化碳被吸附剂选择性地吸附，吸附二氧化碳后气体经KV102A从塔顶排出并输往二段系统。当二氧化碳的吸附前沿接近吸附床出口时，即停止进料和输出中间气。此时吸附前沿到出口端之间尚留一段“未吸附饱和的吸附剂”预留段。2）一均降（E1D）A塔吸附停止后，通过程控阀KV103A、KV103C、与C塔进行压力均衡，即A塔与C塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、C两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间内的部分氢气，其组成与输出的中间气
8、基本相同。3）二均降（E2D）一均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV103A、KV103D与D塔进行压力均衡，即A塔与D塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、D两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。4）三均降（E3D）二均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV104A、KV104E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、E两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。5）四均降（E4D）三均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV104A、KV104F与F塔进行压力均衡，
9、即A塔与F塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、F两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。6）五均降（E5D）四均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV105A、KV105G与G塔进行压力均衡，即A塔与G塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、G两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。7）六均降（E6D）五均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV105A、KV105H与H塔进行压力均衡，即A塔与H塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、H两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需
10、继续均压。8）七均降（E7D）六均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV106A、KV106I、KV109A、KV109I与I塔进行压力均衡，即A塔与I塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、I两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。9）八均降（E8D）七均降结束后，A塔内尙有一定压力，通过程控阀KV106A、KV106J、KV109A、KV109J与J塔进行压力均衡，即A塔与J塔上、下端都连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、J两塔压力基本平衡后， A塔的吸附前沿刚到出口端，此时，停止均压。到这一过程结束时，A塔内死空间气体被充分回收，其吸附
11、剂也基本上被利用。10）顺放PP均压结束后接着进行顺放，开启程控阀 KV106A、KV109A并根据情况开启程控阀 KV111、KV112，当顺放气中二氧化碳浓度接近98.5%时关闭开启的程控阀。该过程目的是提纯床层中二氧化碳的浓度以满足下工段生产的要求。11）逆放BD经过顺放步序后，A塔内最后剩余气体为高浓度二氧化碳产品气，开启程控阀 KV110A、并根据情况开启KV113，利用调节阀PIC101匀速的将气体在规定的时间内回收至二氧化碳缓冲罐。在逆放过程中随着压力的逐步降低被吸附二氧化碳解吸出来，故此过程要求吸附床最终压力越低越好。12）. 吹扫（P）逆放结束后，利用从二段系统吹扫气缓冲罐V
12、0205来的吹扫气，通过程控阀KV108A让吹扫气从吸附塔顶端进入吸附塔A。吹扫气通过床层时因存在浓度差被吸附二氧化碳解吸出来，使吸附剂获得再生。从塔底排出的气体中二氧化碳浓度达到要求的通过程控阀KV110A回收至二氧化碳缓冲罐，其余部分则停留在吸附塔A内。经过吹扫后吸附剂得到较好的再生，接着进行床层升压过程。13）二段升（E2R）吹扫结束后，利用从二段系统吹扫气缓冲罐V0204来的混合气，通过程控阀KV107A让混合气从吸附塔顶端进入吸附塔A。此过程主要是回收二段吹扫气中的氢气并对A塔进行升压。14）. 八均升（E8R）二段升结束后，通过程控阀KV106A、KV106D、KV109A、KV1
13、09D与D塔进行压力均衡，即A塔与D塔进出口均连通。L塔对A塔进行八均升，L塔进行八均降。15）. 隔离（I）八均升压结束后，关闭A塔所有程控阀，使A塔与系统完全隔离16）. 七均升（E7R）隔离结束后，通过程控阀KV106A、KV106E、KV109A、KV109E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔进出口均连通。E塔对A塔进行七均升，E塔进行七均降。17）. 六均升（E6R）七均升结束后，通过程控阀KV105A、KV105F与F塔进行压力均衡，即A塔与F塔出口连通。F塔对A塔进行六均升，F塔进行六均降。18）. 五均升（E5R）六均升结束后，通过程控阀KV105A、KV10G与G塔进行压力均衡
14、，即A塔与G塔出口连通。G塔对A塔进行五均升，G塔进行五均降。19）. 四均升（E4R）五均升结束后，通过程控阀KV104A、KV104H与H塔进行压力均衡，即A塔与H塔出口连通。H塔对A塔进行四均升，H塔进行四均降。20）. 三均升（E3R）四均升结束后，通过程控阀KV104A、KV104I与I塔进行压力均衡，即A塔与I塔出口连通。I塔对A塔进行三均升，I塔进行三均降。21）.二均升（E2R）三均升结束后。通过程控阀KV103A、KV103J与J塔进行压力均衡，即A塔与J塔出口连通。J塔对A塔进行二均升，J塔进行二均降。22）. 一均升（E1R）二均升结束后。通过程控阀KV103A、KV103K与K塔进行压力均衡，即A塔与K塔出口连通。A塔进行一均升，K塔进行一均降。对A塔的一系列均压过程，不但回收了各塔死空间内的氢和提高了A塔的压力，而且还将A塔残存的少量杂质，推向吸附塔的进口端，起着吸附剂的“更新”作用。通过8次升压，吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。23）. 终升（FR）即为最终充压，利用L吸附塔吸附过程的中间气，把A塔压力提高到操作压力。中间气经阀KV102A由A塔出口端充入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。这一过程同样也有把A床内少量杂质组分再一次推向入口端的作用。通过8次充压
