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1、XXXXX有限公司加氢精制和制氢联合装置200000Nm3/h 制氢装置PSA氢提纯单元操 作 手 册XXXXXXX有限公司2007-1编 制： 校 对： 审 核： 审 定： 目 录序 言3第一章 概述4第一节 前言4第二节 装置概貌5第三节 设计基础6第二章 工艺过程说明8第一节吸附工艺原理8第二节 工艺流程说明17第三章 装置的操作37第一节 装置的开车37第二节 装置的运行42第三节 装置的停车44第四章 维修与故障处理47第一节 故障查找指南47第二节 故障处理48第五章 安全规程49序 言本操作手册是XXXXX有限公司专为XXXXXXX有限公司建设的200000Nm3/h制氢装置PS
2、A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。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
3、西公司的技术培训无关。XXXXXX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XXXXXX有限公司技术机密。未经XXXXXXXX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。本装置设计的原始数据由公司提供，在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！第一章 概述第一节 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 A
4、dsorption)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。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
5、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50000Nm3/h以上。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特别是
6、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置完全依赖进口。为改变这种状况，我们进行了坚持不懈的努力，终于成功地完成了变压吸附计算机集成液压操纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀的开发工作，并合作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，XXXXX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6104Nm3/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
7、炼油厂11000Nm3/h催化干气PSA制氢装置”。这标志着我国的PSA制氢技术已达到世界先进水平。第二节 装置概貌2.1装置规模公称产氢能力： 10000Nm3/h；生产方式： 两年连续生产；装置操作弹性(对产品气)： 60120%；2.2装置组成本装置由8台吸附塔、1台顺放气罐、1台解吸气缓冲罐、1台解吸气混合罐构成。2.3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序号名 称位 号操作条件操作介质数量(台)1吸附塔T4101AH温度：40压力：0.032.5MPa变换气82顺放气罐V4101温度：40压力：0.8MPa氢气13解吸气缓冲罐V4102温度：40压力：0.8MP
8、a解吸气14解吸气混合罐V4103温度：40压力：0.2MPa解吸气1第三节 设计基础3.1 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。在原料气条件不变的情况下，所有的调节均可由计算机自动完成。本装置设计的原料气为：变换气(催化干气为制氢原料)其详细规格如下： 流量： 15510Nm3/h 序号
9、组分名称解析气，V%1水0.2882氢气71.643甲烷4.674一氧化碳2.445二氧化碳17.836氮气3.137合计100.008压力，MPa(表)2.59温度，4010温度，403.2 产品规格本装置的主要产品为氢气，用作加氢精制装置原料；副产品为解吸气，用作转化炉燃气。在实际生产中，产品氢的纯度可通过改变PSA装置的操作条件进行调节，而解吸气的组成也会随原料气和产品气的不同而不同， 以下为设计为天然气和焦化干气混合原料的产品气规格：1) 产品氢气流量: 10000Nm3/h工业氢规格:组分mol%H2 99.9CH40.1CO+CO2 20PPm出装置温度 40出装置压力 2.4MP
10、a(G)2) 解吸气(催化干气为制氢原料) 流量:5509.93Nm3/h序号组分名称解析气，V%1水0.812氢气20.173甲烷13.154一氧化碳6.865二氧化碳50.206氮气8.827合计100.008压力，MPa(表)0.039温度，40第二章 工艺过程说明第一节 吸附工艺原理1.1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：化学吸着、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸
11、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。1.2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
12、积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、硅胶类、活性炭类和分子筛类。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本装置所用吸附剂的特性如下：1).AS吸附剂在大型PSA氢提纯中的应用结果表明：我公司的AS吸附剂对H2O均有很高的吸附能力，同时再生非常容易，并且该吸附剂还具有很高的强度和稳定性，因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂。2).HXSI-01吸附剂本装置所用PSA专用硅胶属于一种高空隙率的无定型二氧化硅，化学特性为惰性，无毒、无腐蚀性.其中规格为1-3球状的硅胶装于吸附塔中下部，用于吸
13、附水分和CO2。3).HXBC-15B吸附剂 本装置所用活性炭是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。本装置所用活性炭规格为1.5条状，装填于吸附塔中部主要用于脱除CO2组分。4).HX-CO专用吸附剂 本装置所用的HX-CO专用吸附剂是一种以活性碳为载体的对CO有良好吸附和解吸能力的吸附剂，装填于吸附塔的上部，用于脱除CO2和CO。5).HX5A-98H吸附剂 本装置所用的分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，规格为2-3球状，无毒，无腐蚀性。HX5A-98H吸附剂不仅有着较大的比表面积，而
14、且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。HX5A-98H吸附剂是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于吸附塔的上部，用于脱除甲烷、CO、N2，保证最终的产品纯度。1.2.2吸附剂的处理 几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是HX5A-98H吸附剂具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性，如果受潮，则必须作活化处理。对于废弃的吸附剂，一般采用深埋或回收处理。但应注意：在卸取吸附剂时，必须先用氮气进行置换以确保塔内无有毒或爆炸性气体。在正常使用情况下，PSA工段的吸附剂一般是和装置同寿命的。1.2.3吸附力在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时(即撞击到吸附剂表面时)，气体分子将同时受到固相、和气相中分子的引力，其中来自固相分子的引力更大，当气体分子的分子动能不足以克
