《PSA工艺说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PSA工艺说明书（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4000Nm 3/h 催化干气变压吸附氢提纯装 置工艺说明书编制 校对审核叮叮小文库第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节第八节第九节第十节第十一节第十二节概述工艺设备公用工程自动仪表电气分析化验消防环境保护劳动安全卫生工艺安装说明 装置定员42第一节 概述设 计依据a） *4000Nm /h 催化干气PSAg气提浓装置合同技术附件b)*提供的地质气象条件。装 置概况2.1 装置规模变压吸附（ PSA 氢提纯装置设计原料为：催化干气。装置设计的公称规模为：处理原料气4000Nm3/h 。装置生产方式为：连续操作，设计年开工时数为 8000 小时。装置负荷弹性为： 30-110% 。2.2
2、生产方案本装置以催化干气为原料，采用变压吸附技术，通过利用吸附剂的选择吸附，次将原料气中的除氢以外的杂质吸附掉， 直接分离出纯度大于 99.99% 的产品氢气，出界区。2.3 设计界区2.3.1 界区示意图 （ 见装置设备平面布置图 ）2.3.2界区边界条件表名称介质流量压力MPa温度c输送方式管道规格接口位置备注原料催化干气34000Nm/h0.540管道DN150,4A2管廊上， 界区外1来自催 化产品氢气1466.57Nm 3/h0.45常温管道DN100,4A9木 同上去氢管网副产品解吸气2533.43Nm 3/h0.0240管道DN250,2A4同上出界区排液含油污水少量0.01常温
3、管道DN40,1A2界区外1米去含油污 水总管放空可燃气体最大40000Nm T/h0.04常温管道DN150,2A4界区外1米去火炬管 网公用工 程净化风10NAh0.3常温管道DN40,1X2管廊上， 界区外1 米仪表、阀 门用氮气lOOONm 3/ 次0.5常温管道DN50,2A2界区外1米置换用冷却水上水30t/h0.432管道DN80,1A2界区外1米冷却用冷却水U水30t/h0.2540管道DN80,1A2界区外1米冷却用低压蒸汽0.2t/h0.50130管道DN40,2A3界区外1米伴热用2.4 设计范围变压吸附（PSA）装置的设计范围包括催化尾气和加氢尾氢进PSA单元至产品氢及
4、解吸气由PSA界区部分的工艺设备、电气仪表及公用工程等的设计。2.5 设计原则a）严格遵守国家、中石化总公司、部及院各级现行标准规范，结合装置地理位置条件，精心设计，保证质量。b) 在环境保护、建筑防火、劳动安全卫生等方面, 严格执行国家及地区的有关法 规。2.6 工艺流程特点 在充分考虑原料气条件以及用户的实际情况和需求后，为用户确定的工艺流程、 配套的工艺设备及软件技术有如下的技术特点： 变压吸附部分采用 8-3-3 VPSA 工艺技术，具有如下优点：. 采用多塔同时吸附的 VPSA 流程 ,吸附剂利用率高；.均压次数多，且再生过程无需用氢气吹扫，因而在原料气氢含量不足50%,压 力只有0
5、.5MPa 的情况下也能获得较高回收率；(3). 真空时间长并且连续，真空泵能量利用充分，吸附剂再生效果好； 8-3-3 VPSA 流程的解吸气控制系统采用了先进的两级缓冲调节系统，解吸气的热 值、压力和流量更稳定，更有利于解吸气的压缩。 本装置先进的 PSA 专用软件在某个吸附塔出现故障时，可自动无扰动地将故障塔切 除，转入 7塔、 6 塔、 5 塔、四塔操作。因而大大地提高了装置运行的可靠性。 本装置先进的PSA 专用软件可实现自动优化功能 ,即在原料气处理量和纯度发 生变化时，可自动调整吸附时间， 在保证产品纯度合格情况下尽可能提高氢气回收 率。本装置的吸附剂采用密相装填技术，可进一步减
6、小床层死空间，提高氢气回收率。第二节 工艺一、 生产流程1.1 流程示意图见装置工艺PFD 图： SP060 J 020011.2 工艺原理吸附： 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、毛细管凝缩和物理吸附。 PSA 制氢装置中的吸附主要为物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特点是：吸附过程没有化学
7、反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各 相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，这种吸附是完全可逆的。变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具 有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量 随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质， 可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂 的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的。吸附剂：工业PSA-H2 装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活
8、性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。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。正是吸附剂所具有的这种：吸附杂质组分的能力远强于吸附氢气能力的特性，使 我们可以将混合气体中的氢气提纯。吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测 定的吸附等温线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时，（弱吸附组分在吸附床死空间中
9、残 余量 / 弱吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量 / 强吸附组分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附 氢提纯装置中的吸附剂分离系数不宜小于3 。另外，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾。一般而言，吸附越容易则解吸越困难。如对于 C5 、 C6 等强吸附质，就应选择吸附能力相对较弱的吸附 剂如硅胶等，以使吸附容量适当而解吸较容易；而对于 N2 、 O2 、 CO 等弱吸附质，就应选择吸附能力相对较强的吸附剂如分子筛、 co 专用吸附剂等，以使吸附容量更大、 分离系数更高。此外，在吸附过程中，由于吸附床内压力是不断变化的，因
10、而吸附剂还应有足够 的强度和抗磨性。在变压吸附氢提纯装置常用的几种吸附剂中， 活性氧化铝类属于对水有强亲和力 的固体，一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备，主要用于气体的干燥。硅胶类吸附剂属于一种合成的无定形二氧化硅， 它是胶态二氧化硅球形粒子的刚 性连续网络，一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备的，硅胶不仅对水有极强的亲和力，而且对烃类和C02 等组分也有较强的吸附能力。活性炭类吸附剂的特点是： 其表面所具有的氧化物基团和无机物杂质使表面性质表现为弱极性或无极性，加上活性炭所具有的特别大的内表面积，使得活性炭成为一 种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的优良吸附剂。沸石分子筛类
11、吸附剂是一种含碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，属于强极性吸附 剂，有着非常一致的孔径结构，和极强的吸附选择性。对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层 装填组成复合吸附床，才能达到分离所需产品组分的目的。吸附平衡： 吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开 吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸 附过
12、程 就达到了平衡。在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，该动态平衡吸附量是一个定值。动态平衡吸附容量在压力高时，由于单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数多，因而压力越高也就越大；在温度高时，由于气体分子的动能大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图：吸附容量 4P1P2杂质分用解吸田力点吸附压力点减小。吸附剂的这从上图的BtC和A-D可以看由：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐段特性正是变温吸附（ TSA 工艺所利用的特性。从上图的 B-A 可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐
13、增大；变压吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-B 段的特性来实现吸附与解吸的。 吸附 剂在常温高压（ 即 A 点 ） 下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低杂质的分压 （ 到 B 点 ） 使各种杂质得以解吸。解吸：在吸附剂上被吸附杂质的解吸通常有两种方式：通过加热吸附剂床层，提高被吸附杂质的动能，使得被吸附的杂质分子不断从吸附剂表面逸由而解吸，变温吸附即属于此方式 翘通过降低倍吸附杂质的分压 ， 使得被吸附的杂质分子不断从吸 附剂表面逸出而解吸, 变压吸附 （ VPSA,PSA ） 即属于此方式。在实际工业应用中一般依据气源的组成、 压力及产品技术指标要求的不同来选择PSA TSA 或 PSA+TSA ： 艺。变温吸附法的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常 用于微量杂质或难解吸杂质的净化；变压吸附的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附 剂用量相对较少， 不需要外加换热设备， 被广泛用于大气量多组分气体的分离与纯化。但通常在 PSA 工艺中吸附剂床层压力即使降至常压， 被吸附的杂质也不能完全解吸，这时可采用两种方法使吸附剂完全再生：一种是用产品气对床层进行“冲洗”， 将较难解吸的杂质冲洗下来，其优点是在常压下即可完成，不再增加任何设备，但缺 点是会损失产品气体，降低产品气的收率；另一种是利用抽真空的办法进行再生，使 较难解吸的杂质在负压下强行
