psa操作手册

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1、 山东闰成石化有限公司山东闰成石化有限公司 60 万吨万吨/年高端润滑油项目年高端润滑油项目 20000Nm3/h 制氢装置制氢装置 PSA 部分部分 操操 作作 手手 册册 上海华西化工科技有限公司编制上海华西化工科技有限公司编制 2015.5 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 2 目目 录录 第一章第一章 概述概述 5 第一节 前言 5 第二节 装置概貌 6 2.1 装置规模 6 2.2 装置组成 6 2.3 工艺流程 6 2.4 非标设备及动力设备一览表 . 6 第三节 设计基础 7 3.1 原料气规格 . 7 3.2 产品规格 . 7 第二章第二章 工艺

2、过程说明工艺过程说明 . 9 第一节 吸附工艺原理 9 1.1 基本原理 9 1.2 吸附剂及吸附力 9 1.3 吸附平衡 12 1.4 工业吸附分离流程及其相关参数 13 1.5 工业吸附分离流程的主要工序 16 第二节 工艺流程说明 17 2.1 流程简述 17 2.2 工艺步序说明 . 19 2.3 控制功能说明 . 31 2.4 工艺参数的设定 36 2.5 报警、联锁功能说明 40 第三章第三章 装置的操作装置的操作 42 第一节 装置的开车 42 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 3 1.1 首次开车准备 42 1.2 首次开车 45 1.3 正常开

3、车步骤 45 1.4 开车阶段的调整 46 第二节 装置的运行 47 2.1 产品纯度的调整 47 2.2 装置参数的调节 47 2.3 吸附塔的切除 . 48 2.4 操作注意事项 . 49 第三节 装置的停车 50 3.1 正常停车 50 3.2 紧急停车 . 50 3.3 临时停车 . 50 第四章第四章 维修与故障处理维修与故障处理 . 52 第一节 故障查找指南 52 1.1 概述 52 1.2 查找指南 52 第二节 故障处理 53 第五章第五章 安全规程安全规程 54 5.1 概要 54 5.2 超压保护 . 54 5.3 安全阀 . 55 5.4 废气处理 55 5.5 火灾防

4、护 55 5.6 进入容器前的安全准备工作 57 5.7 其它安全措施 58 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 4 序序 言言 本操作手册是上海华西化工科技有限公司专为山东闰成石化有限公司 60 万吨/年高端润 滑油项目 20000Nm3/h 制氢装置 PSA 氢提纯单元编写的。用于向装置操作人员提供正确的操 作步骤，以及预防和处理事故的方法。 本装置是采用变压吸附（简称 PSA）法从变换气中提纯氢气的成套装置。在启动和运行 本装置前，要求操作人员透彻地阅读本操作手册及相关图纸。因为，不适当的操作会导致运 行性能低劣、产品不合格，甚至吸附剂损坏或造成安全事故。

5、本操作手册不可能对装置的所有操作及安全防护措施作完全描述。如有疑问，上海华西 化工科技有限公司的技术服务人员将在操作人员培训期间给予解答。同时，在任何情况下， 装置操作人员均应遵守石化行业和本工厂的其它有关安全、劳动保护、事故预防及生产管理 的规定。 装置用户/操作员对装置的操作与安全的责任与本操作手册和上海华西化工科技有限 公司的技术培训无关。 上海华西化工科技有限公司保留用开工和生产阶段所测数据对本操作手册进行补充的 权利。 本操作手册中的内容及技术数据属上海华西化工科技有限公司技术机密。 未经上海华西 化工科技有限公司许可，用户有义务限制本操作手册只向买方的操作及维护人员提供。 本装置设

6、计的原始数据由山东闰成石化有限公司提供， 在施工图设计过程上述单位给予 了大力支持和帮助。在此，致以特别的谢意！ 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 5 第一章第一章 概述概述 第一节第一节 前言前言 吸附分离是一门古老的学科。早在数千年前，人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土 等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选 择性较差，因而难于大规模用于现代工业。 变压吸附(Pressure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为大型化工工业的一种生产 工艺和独立的单元操作过程，是在本世纪六十年代迅速发展起来的。

7、这一方面是由于随着世 界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，以及各国对环境污染的 治理要求也越来越高，使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工 业中日益受到重视；另一方面，六十年代以来，吸附剂也有了重大发展，如性能优良的分子 筛吸附剂的研制成功，活性炭、活性氧化铝和硅胶吸附剂性能的不断改进，以及 ZSM 特种吸 附剂和活性炭纤维的发明，都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。 由于变压吸附(PSA)气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的， 因而再生速度 快、能耗低，属节能型气体分离技术。并且，该工艺过程简单、操作稳定、对于含多种杂质 的混

8、合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品。因而近三十年来发展非常迅速，已广泛应用于 含氢气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氩气和烃类的制取、 各种气体的无热干燥等。而其中变压吸附制取纯氢技术的发展尤其令人瞩目。 自一九六二年美国联合碳化物公司(UCC)第一套工业PSA制氢装置投产以来， UCC公司、 Haldor Topsoe 公司、Linder 公司等已先后向各国提供了近千套变压吸附制氢装置，装置的处 理能力最大已达 100000Nm3/h 以上。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特别是在 PSA 装置大型化技术方面较为落后，以至在七、八十年代，我国的大型变压吸附装

9、置完全依 赖进口。为改变这种状况，国内经过坚持不懈的努力，成功地完成了变压吸附计算机集成操 纵技术和高性能程控阀门的开发工作，并研制成功了比国外制氢分子筛吸附容量更大、强度 更高的新型制氢分子筛。实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突破。 自九十年代中期，成都华西化工科技股份有限公司通过招标承包设计、建设了我国最大 的 PSA 制氢装置“茂名石化公司 6x104Nm3/h PSA 氢提纯装置”以后，国内技术在中国 PSA 制 氢领域已基本完全替代了国外技术， 并首次实现了大型变压吸附制氢装置的出口， 承包设计、 建设了“苏丹喀土穆炼油厂 11000Nm3/h 催化干气 PSA 制氢装置”。这

10、标志着我国的 PSA 制氢 技术已达到世界先进水平。 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 6 第二节第二节 装置概貌装置概貌 2.1 装置规模装置规模 装置公称产氢能力： 20000Nm3/h； 装置操作弹性： 30110%； 年开工时间： 8000 小时 连续开工周期： 大于 3 年 2.2 装置组成装置组成 本单元由 10 台吸附塔、一台顺放气罐、一台解吸气缓冲罐、一台解吸气混合罐构成。 2.3 工艺流程工艺流程 见所附工艺流程图 2.4 非标设备及动力设备一览表非标设备及动力设备一览表 序号 名 称 位 号 操作条件 操作介质 数量(台) 1 吸附塔 T-6

11、201AJ 温度：40 压力：0.032.5MPa 中变气 10 2 顺放气罐 V-6201 温度：40 压力：0.030.2MPa 氢气 1 3 解吸气缓冲罐 V-6202 温度：40 压力：0.1MPa 解吸气 1 4 解吸气混合罐 V-6203 温度：40 压力：0.03MPa 解吸气 1 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 7 第三节第三节 设计基础设计基础 3.1 原料气规格原料气规格 PSA 制氢装置是为在特定压力下从特定的组分中提取氢气而设计的。本装置的设计允许 原料气组分和压力在较宽的范围内变化，但在不同的原料气条件下吸附参数应作相应的调整 以保证

12、产品的质量，同时产品氢收率也将随原料而变化。 另外，只有在设计条件下操作时，装置才能按设计的物料平衡将原料气分成产品氢和燃 气。当原料气条件变化时，物料平衡也将发生相应的变化。 本单元设计的原料气为：中变气。 其详细规格如下： 温度 40 压力 2.5MPa（G） 流量 30060Nm3/h 组成 mol% H2 73.93 CO 3.07 CO2 17.19 CH4 5.53 H2O 0.28 合计 100 3.2 产品规格产品规格 本单元的主要产品为氢气；副产品为解吸气，用作制氢转化炉燃气。在实际生产中，产 品氢的纯度可通过改变 PSA 单元的操作条件进行调节， 而解吸气的组成也会随原料气

13、和产品 气的不同而略有不同。 以下为设计的产品气规格： 1) 产品氢气 组成 mol% H2 99.9 CH4 0.1 CO+CO2 20ppm 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 8 温度 40 压力 2.4MPa（G） 流量 20243Nm3/h 2) 副产燃气（解吸气） 温度 40 压力 0.03MPa（G） 流量 9817Nm3/h 组成 mol% H2 20.37 CO 9.4 CO2 52.64 CH4 16.73 H2O 0.86 合计 100 山东闰成 PSA 单元操作手册 第 页 上海华西化工科技有限公司 9 第二章第二章 工艺过程说明工艺过程说

14、明 第一节 吸附工艺原理第一节 吸附工艺原理 1.1 基本原理基本原理 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。 具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质 （一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。 吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。 化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过 程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。 活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。其解吸过程一般也较困 难。 毛细

15、管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸气时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。一般需加 热才能完全再生。 物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点 是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间 即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。PSA 制氢装置中的吸附主要为物理吸附。制氢装置中的吸附主要为物理吸附。 1.2 吸附剂及吸附力吸附剂及吸附力 工业 PSA 制氢装置所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化 铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比 表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。 1.2.1 本单元所用吸附剂的特性如下：本单元所用吸附剂的特性如下： 1).SHX-101 吸附剂 在大型 PSA 氢提纯中的应用结果表明：我公司的 SH