变压吸附(PSA)法制氢操作规程

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与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得开停车第一节系统得置换第二节系统仪器仪表及自控系统开车前得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得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得危害及预防措施第三节装置得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就是采用两段法变压吸附（Pressure Sｗing Adｓoｒpｔioｎ简称ＰSA)工艺分离原料气,获得合格得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得中间气再经二段完全脱除CO2及其她杂质气体,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):H２N2 ＣO2 CO CH44１~43% 0、5～2% 55~60% 0、５~2% ～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、72~0、９77 MPa(G）二段０、７～0、9５7 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得纯度,而应视实际需要,控制适当纯度,以获较高得经济效益。

在启动与运转这套装置前，要求操作人员透彻地阅读这份操作手册,因为不适当得操作会导致运行性能低劣与吸附剂损坏。

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,即一段与二段。

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。

来自压缩机出口温度≤40℃,压力为0、75~1、0MPａ二氧化碳含量约55%得原料气首先进入气水分离器(Ｖ0101）除去原料气中得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。

出一段得中间气进入二段，二段系统将中间气中CO2及其它杂质气体充分脱除,使出二段系统得产品氢气纯度≥99、9％,二段包括吸附塔(Ｔ0２０1A～D)、产品氢气缓冲罐(V0201)、吹扫气缓冲罐(V０202~ Ｖ0205)等设备。

第二节一段系统工作原理与实施过程变压吸附得基本原理就是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同得吸附容量，并且在一定压力下对被分离得气体混合物得各组分又有选择吸附得特性，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,循环地变动所组合得各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物得目得。

变压吸附(PSA）法脱除变换气中二氧化碳，即根据上述原理,利用所选择得吸附剂在一定得吸附操作压力下,选择吸附变换气中得气态水、有机硫与无机硫及二氧化碳。

就本装置而言,变换气先进入一段系统处于吸附状态得吸附床吸附,当吸附床吸附饱与后,通过８次均压降充分回收床层死空间中得氢氮气,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).吸附(A）来自气水分离器得变换气,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。

当二氧化碳得吸附前沿接近吸附床出口时,即停止进料与输出中间气。

此时吸附前沿到出口端之间尚留一段“未吸附饱与得吸附剂”——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塔得吸附前沿继续向前推进,当Ａ、C两塔压力基本平衡后,Ａ塔得吸附前沿仍未到达出口端。

这一过程得作用就是回收Ａ塔死空间内得部分氢气,其组成与输出得中间气基本相同。

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塔得吸附前沿继续向前推进,当A、D两塔压力基本平衡后,A塔得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塔得吸附前沿继续向前推进,当A、E两塔压力基本平衡后,A塔得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，即A塔与F塔出口连通。

此时A塔得吸附前沿继续向前推进,当A、Ｆ两塔压力基本平衡后，A塔得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塔得吸附前沿继续向前推进,当A、G两塔压力基本平衡后,A塔得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塔得吸附前沿继续向前推进，当A、H两塔压力基本平衡后，Ａ塔得吸附前沿仍未到达出口端。

此时,需继续均压。

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塔得吸附前沿继续向前推进,当A、I两塔压力基本平衡后,A塔得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塔得吸附前沿继续向前推进，当A、J两塔压力基本平衡后，A塔得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、KV １１２,当顺放气中二氧化碳浓度接近98、5%时关闭开启得程控阀。

该过程目得就是提纯床层中二氧化碳得浓度以满足下工段生产得要求。

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匀速得将气体在规定得时间内回收至二氧化碳缓冲罐。

在逆放过程中随着压力得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Ｖ0２０５来得吹扫气,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。

从塔底排出得气体中二氧化碳浓度达到要求得通过程控阀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得再生，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来得混合气,通过程控阀KＶ1０7A让混合气从吸附塔顶端进入吸附塔Ａ。

此过程主要就是回收二段吹扫气中得氢气并对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、KＶ109D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,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塔得一系列均压过程,不但回收了各塔死空间内得氢与提高了A塔得压力，而且还将A塔残存得少量杂质,推向吸附塔得进口端,起着吸附剂得“更新”作用。

通过8次升压,吸附床为下一循环得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吸附塔吸附过程得中间气,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得作用。

通过8次充压及终升,吸附床为下一循环得所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。