甲醇驰放气提氢操作规程

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1、四川达兴能源股份有限公司7200Nm3/h 甲醇驰放气 PSA 提氢装置工艺技术操作规程四川达兴能源股份有限公司甲醇工段甲醇弛放气 PSA 提 氢 装置 工艺技术 操 作规程编 制 ：李 冰 审 核 ：周卫东 审 定 ：批 准 ：甲醇工段技术组2 012 年 6 月 10 日第 一 章 装 置 概 貌1、装置规模装置公称处理原料气能力：7200Nm3/h装置公称产氢能力：4100Nm3/h2、装置组成变压吸附（PSA）氢提纯装置由一气液分离器、六台吸附塔、一台顺放气缓冲罐和一台富氮气缓冲罐及一台解吸气缓冲罐和一台解吸气混合罐组成。3、物料概况表 1-1 组成气体类别温度C压力MPa流量Nm3/

2、hH2N2CH4CO2COO2其他合计原料气402.4720063.5010.632.2912.6410.400.120.42100氢气402.3410096.502.900.18/0.42/100富氮气400.3110043.03050.0600.490.0026.420/100.0富碳气400.05200012.397.686.9041.0430.230.391.36100.0第 二 章 工 艺 过 程 说 明第一节 工艺原理1、概况本装置采用变压吸附技术（Pressure Swing Adsorption，以下简称PSA）将甲醇驰放气 的组份进行分离，最终产品为：氢气、富氮气和富碳气。氢

3、气（纯度为 96.5%）作为合成 气压缩机原料气；富碳气作为焦炉气压缩机原料气；富氮气作为燃料气进入燃料管网，一 部分替代驰放气作为精脱硫升温炉和转化预热炉燃料气。2、吸附基本原理吸附是指：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。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（即范德华力）进行的吸附。其特

4、点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行 得极快，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。3、本装置所用吸附剂的特性如下1）活性氧化铝本装置所用活性氧化铝为一种物理化学性能极其稳定的高空隙A12O3,规格为35球 状，抗磨耗、抗破碎、无毒。对几乎所有的腐蚀性气体和液体均不起化学反应。主要装填 在吸附塔底部,用于脱除水分。2）硅胶本装置所用的硅胶规格为24球状，无毒，无腐蚀性，主要装填在于吸附塔的中下 部,用于吸附水、二氧化碳。3）活性炭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

5、机化合物都有良好的亲和力。 本装置所用活性碳规格为1.62条状，主要装填于吸附塔中上部，主要用于脱除各类烃 类、二氧化碳。4）分子筛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，型号为5A,规1.625 球状，无毒，无腐蚀性。5A分子筛不仅有着发达的比表面积，而且有着非常均匀的空隙 分布，其有效孔径为0.5nm5A分子筛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、一氧化碳、氮气等。4、工艺条件与吸附能力的关系a. 原料气组成 吸附塔的处理能力与原料气组成的关系很大。原料气中氢含量越高时，吸附塔的处 理能力越大；原料气杂质含量越高，特别是净化要求高的

6、有害杂质含量越高时，吸附塔的 处理能力越小。b. 原料气温度原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低。c. 吸附压力原料气的压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。d. 解吸压力解吸压力越低，吸附剂再生越彻底，吸附剂的动态吸附量越大，吸附塔的处理能力 越高。e. 产品纯度要求的产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。 在原料气组分和温度一定的情况下应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、降低产品纯 度，从而提高氢气回收率，提高装置的经济效益。第二节 工艺流程 说明2.1 流程简 述从甲醇合成来的压力5.8MPa(G),温度49的弛放气由管道自界区外送

7、入界内，首先 经过调节阀PV201减压到2.4 MPa (G),然后进入一台气液分离器V0101,将其中的游离液 态物分离，再从变压吸附提氢装置六台吸附塔中一台正处于吸附的吸附塔底部进入，从吸 附塔顶出来纯度为 96.5%的氢气到后；顺放二、逆放和冲洗出来的解吸气到后工序，顺放 三的富氮气到燃气管网。2.2 概述本装置的整个生产过程(吸附与再生)工艺切换过程均通过 45 台程控阀门按一定的 工艺步序和顺序进行开关来实现的，为便于识别这些程控阀门和表述整个工艺过程，我们 首先按一定的规律对程控阀进行编号：KV吸附塔塔号：AE阀门功能、作用201- 原料气进吸附塔阀202- 产品气出吸附塔阀203

8、- 冲洗气出气阀204- 二均、三均和顺放阀205- 终充、一均阀206- 逆放气阀207- 冲洗气进气阀208- 顺放三总阀209A-顺放二总阀209B-顺放一总阀表示甲醇弛放气提氢工段号表示程序控制阀2.3 工 艺 步序说 明由于PSA为该装置的关键工序，其步序复杂，现以吸附塔T0101A(简称A塔)为例描 述主流程的整个工艺步序过程，T0101BF的工艺过程与T0101A完全相同。步序1：吸附(A)原料气经程控阀KV201A进入PSA吸附塔T0101A，其中除H2以外的杂质组份被吸 附塔中装填的多种吸附剂依次吸附，得到纯度大于96.5%的产品氢气经程控阀KV202A排 出。大部分氢气经压

9、力调节阀 PV202 稳压后送至氢气缓冲罐，少部分氢气通过程控阀 KV205后用于T0101B塔的产品气升压。随着吸附的进行，当杂质的前峰(即：吸附前沿) 上升至接近于吸附床出口时，关闭KV201A、KV202A停止吸附。这时，吸附前沿与吸附 床出口间还留有一段未吸附饱和的吸附剂，称为预留段。步序2： 一均降压(E1D)在吸附过程完成后，打开程控阀KV205A和KV205C，将A塔内较高压力的氢气放入 刚完成了二均升的C塔，直到A、C两塔的压力基本相等为止。这一过程不仅是降压过程, 而且也回收了A塔床层死空间内的氢气。在这一过程中A塔的吸附前沿将继续向前推移， 但仍未达到出口。 步序 3 ：二

10、均降压 (E2D)在一均降过程完成后，打开程控阀KV204A和KV204D,将A塔内较高压力的氢气放 入刚完成了三均升的D塔，直到A、D两塔的压力基本相等为止。这一过程继续回收A塔 床层死空间内的氢气，同时A塔的吸附前沿也将继续向前推移，但仍未达到出口。 步序4：三均降压(E3D)在二均降过程完成后，打开程控阀KV204A和KV204E，将A塔内较高压力的氢气放 入刚完成了冲洗步序的E塔，直到A、E两塔的压力基本相等为止。这一过程继续回收A 塔床层死空间内的氢气，同时A塔的吸附前沿也将继续向前推移，但仍未达到出口。 步序5：顺放一(PP1)在三均降过程完成后，打开程控阀KV204A和KV209

11、B，将A塔余下的氢气顺放入顺 放气缓冲罐，直到与顺放气缓冲罐压力基本相等为止。这一过程继续回收A塔床层死空间 内的氢气作为吸附塔冲洗用，同时A塔的吸附前沿也将继续向前推移并达到出口端。 步序6：顺放二(PP2)在顺放一完成后，打开程控阀KV204A和KV209A，将A塔余下的大部分氢气放入解 吸气缓冲罐，直到与解吸气缓冲罐压力基本相等为止。这一过程回收A塔床层死空间内的 大部分氢气作燃烧气用，同时吸附前沿继续向前推进。 步序 7：顺放三( PP3)在顺放二完成后，打开程控阀KV204A和KV208，将A塔解吸出来富氮气放入富氮 气缓冲罐，直到与富氮气压力基本相等为止。这一过程回收A塔吸附剂解吸

12、出来的富氮气， 可进入燃气管网作燃料。步序8：逆放(D)在完成连续顺放减压过程后，这时打开KV206A，逆着吸附方向将A塔压力降至约 0.02MPa.G，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经解吸气总管调节 阀HV203阀放入解吸气缓冲罐V0104。步序9：冲洗(P)逆放结束后，同时打开程控阀门KV203A、KV207和调节阀HV202，用顺放气缓冲罐 内的氢气对吸附塔进行冲洗，从而降低吸附杂质的分压，这时被吸附的杂质大量解吸出来， 冲洗的解吸气也流入解吸气缓冲罐。逆放和冲洗的解吸气作为原料气使用。 步序 10 ：三均升压 (E3R)在完成吸附剂床程的冲洗过程后，打开程控阀KV2

13、04A和KV204C，将C塔内较高压 力的氢气放入刚完成了冲洗的A塔，直到A、C两塔的压力基本相等为止。这一过程不仅 是进一步的升压过程，而且也回收了C塔床层死空间内的氢气。步序11：二均升压(E2R)在三均升过程完成后，打开程控阀KV204A和KV204D，将D塔内较高压力的氢气放 入刚完成了三均升的A塔，直到A、D两塔的压力基本相等为止。这一过程回收了 D塔床 层死空间内的氢气，并使A塔得到继续升压。步序10： 一均升压(E1R)在二均升过程完成后，打开程控阀KV205A和KV205E，将刚完成了吸附过程的D塔 内较高压力的氢气放入刚完成了二均升的A塔，直到A、E两塔的压力基本相等为止。这

14、 一过程回收了 E塔床层死空间内的氢气，并使A塔得到继续升压。步序11：产品气升压过程(FR)通过三次均压升压过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。这时打开程控阀 KV205A和调节阀HV201，用产品氢气将A塔压力升至吸附压力。经这一过程后，吸附塔 便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。从工艺步序表可以看到： PSA 氢提纯部分的 6 台吸附塔的工艺步序是完全相同的， 只是在各步序的运行时间上依次错开1个吸附时间，这样就实现了始终有一塔处于吸附状 态，另外五塔分别处于不同的再生状态，保证了原料气的连续分离与提纯。2.3 控制功能说明依据变压吸附氢提纯装置的控制要求，本装置控制系统由

15、西门子S7-300及上位机构成 全部控制与管理功能。本装置的基本控制与管理功能包括：程控阀开关控制、模拟量检测与调节、故障报警 与记录、历史数据记录、流量累计等功能。分别介绍如下：2.3.1 程控阀开关控制功能本装置的吸附与分离过程都是依赖于程控阀门的开关来实现切换的，因而程控阀门的 开关控制是本装置最重要的控制部分。本装置的程控阀开关控制过程示意图如下：程控阀开关控制过程说明： 控制系统根据工艺要求制订出程序，然后按一定的时间顺序将 DC24V 开关信号送至 程控系统的电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动气的高、低压信号，送至 程控阀的驱动气缸，驱动程控阀门按程序开、关。同时，程控阀门将其开、关状态通过阀位传感器反馈给控制系统，用于状态显示和监 控，并通过与输出信号的对比实现阀门故障的判断与报警。仪表风的作用是为程控阀门提供开、关的动力和控制手段。2.3.2 模拟量检测与调节功能本装置模