PSA操作规程

PSA制氢岗位
一、岗位任务
变压吸附（Pressure Swing Adsorption简称PSA）是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的某些组份有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分。

本装置正是利用此原理对含CO、CH4等杂质成分的原料气进行提纯分离制备合格的原料氢气供后续加氢工段使用。

二、工艺流程
来自合成氨厂低温甲醇洗的净化气（温度30℃，压力4.4MpaG，氢气体积分数97.857%）和冷箱富氢气（温度30℃，压力2.6MpaG，氢气体积分数77.38%）的混合气自吸附塔底部进入处于吸附状态的塔内（同时有2个塔处于吸附状态），经不同吸附床层（活性氧化铝、硅胶、分子筛三层）的依次吸附下，原料气中除氢气以外的杂质组分被吸附下来，未被吸附的氢气和微量的CO等从塔顶流出，控制出塔氢气纯度（≥99.9%，CO+CO2≤200ppm），作为产品氢气送往后续乙二醇加氢工段。

当吸附剂饱和时，停止吸附，通过6次均压降，一方面将吸附剂吸附的CO、CH4等杂质解吸出来，顺着吸附方向去置换和顶替吸附剂吸附的氢气（吸附性比CO弱），增加床层死空间中的一氧化碳及其他杂质浓度，另一方面充分回收床层死空间的氢气。

均降结束后，吸附塔内还有较高压力，然后通过顺放步骤，依次顺放降压至3台缓冲罐中储存起来，作为吸附床层自身吹扫气。

顺放结束后，床层内吸附出来的杂质刚好到达吸附床层顶部预留段吸附剂前沿，还没有穿透吸附床层，塔内还有一定压力，然后进行逆放降压，使吸附剂吸附的杂质气体从吸附塔底部自然解吸释放，经解吸气缓冲罐后去解吸气压缩机。

逆放结束后，吸附塔压力已接近常压，此时吸附塔内还有高浓度的杂质气体未释放。

那么，为使吸附剂进一步再生，可通过顺放步骤将缓冲罐中储存的均匀气体对床层从上往下逆向冲洗，进一步降低床层内杂质组分的分压，使吸附剂吸附的杂质释放出来，从而达到彻底再生。

吹扫解吸气和逆放解吸气一起通过解吸气缓冲罐去解吸气压缩机。

整个操作过程在入塔原料气温度下进行，每个吸附塔依次经历吸
附、均压降、顺放、逆放、吹扫、均压升、最终升压步序。

设备配置为：吸附塔13台、顺放气缓冲罐3台，解析气缓冲罐1台。

三、工艺参数
（1）、原料气组成（V%）
物料名称原料气
组分mol%Nm3/h
一氧化碳CO 5.2671341.35
氢气H293.61623841.71
二氧化碳CO20.14336.33
甲烷CH40.12130.85
氩气Ar0.14236.28
氮气N20.464118.17
甲醇CH3OH0.24762.84
合计mol%100.000
合计Nm3/h25467.53（正常值）
温度/℃≤40
压力MPaG 3.70
（2）、产品氢气：
1、产品氢气中CO+CO2含量：≤200ppm(V)
2、产品氢气压力：≥3.65MPa（G）
3、产品氢气温度：34℃
4、产品氢气流量：23000Nm3/h
5、产品氢气纯度：≥99.9%
（3）、解析气及解析气压缩机
温度≤40℃，压力：0.01Mpa(G)
名称H2CO CH4N2Ar CO2CH3OH∑组分（%）34.8254.25 1.19 4.41 1.3 1.48 2.55100
压缩机名称：解析气压缩机驱动电机型号式增安异步电机压缩机转速370r/min
编号：C50601电机型号YAKK电机制造厂：佳木斯/南阳
压缩机台数：1驱动机转速375r/min
压缩机型号6K-375MG-48.8/0.1-63.4驱动机功率710kw
单机额定运行工况
工况最大工况
压缩级123456压缩气体解析气解析气解析气解析气解析气解析气分子量19.31219.31219.31219.31219.31219.312进口条件压力（缓冲罐入口）Mpa（A）0.110.220.450.9 1.8 3.5压力（气缸法兰处）Mpa（A）0.1080.2160.4440.89 1.784 3.472
温度℃404040404040
Cp/Cv(Ks) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
压缩性系数Zs111111
出口条件压力（缓冲罐出口）Mpa（A）0.220.450.9 1.8 3.5 6.44压力（气缸法兰处）Mpa（A）0.230.4650.924 1.841 3.57 6.553
Cv/Cp（Kd） 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
绝热温度℃119119116114111105
预期温度℃114114111109106100
压缩性系数Zd111111
所需流量体积流量Nm3/h271227122712271227122712
制造厂额定流量和功率入口状态流量m3/min51.3825.5812.46 6.22 3.11 1.6 Nm3/h(760mmHg,0℃)285528552855285528552855功率kW/级94.0292.4686.2184.0279.3772.12总的压缩机轴功率kW612.34
总功率（含皮带或齿轮箱损失）kW612.34
（4）、操作参数
序号变压吸附步骤压力（Mpa（G））
1吸附 3.7
2一均降 3.7～3.05
3二均将 3.05～2.44
4三均降 2.44～1.88
5四均降 1.88～1.35
6五均降 1.35～0.87
7六均降0.87～0.42
8顺放0.42～0.220
9逆放0.220～0.02
10吹扫0.02
11六均升0.02～0.420
12五均升0.42～0.87
13四均升0.87～1.35
14三均升 1.35～1.88
15二均升 1.88～2.44
16一均升 2.44～3.05
17终升 3.05～3.7
（5）液压泵站参数：油压5.0~5.5Mpa，额定流量：120L/min，冷却水流量：200L/min；油温：15~55℃。

四、开停车步骤
1、开车前准备工作
在装置安装完成后，所有的过程控制系统和检测仪表、自动调节控制系统和动力设备通过调试合格的前提下，装置可以进入开车阶段。

开车前应进行如下准备工作：
（1）在装置长期停车或因检修破坏装置密封性后，开车时要对
系统进行吹扫和气密性实验，合格后对整个装置进行氮气置换，使整个系统的氧含量低于0.4%（vol）。

（2）置换结束后，将吸附塔中的气体放至常压。

（3）对系统工艺阀门进行设定：全开调节阀前后手动阀、顺放手动阀、安全阀根部手动阀；终升手动阀、顺放手动阀、吹扫手动阀、逆放手动阀开20~30%；全关系统所有排污阀、安全阀旁路、调节阀旁路及各手动缓冲罐手动放空阀。

（4）系统仪表阀门设定：全开所有现场压力表阀、压力变送器取样阀、手动分析取样阀、在线H2分析仪气源取样阀及调节阀仪表气源阀。

（5）启动油压系统，按油压系统操作使用说明书启动，让所有程控阀关闭。

（6）送仪表气源，检查模拟控制系统和调节阀的行程。

（7）启动自控程序，任意设置各步骤的时间，运行程序，检查置零、暂停、自检和步进时间设置各功能是否正常。

（8）将系统流量计、压力变送器等仪表仪器投入运行。

（9）对控制系统进行空负载功能调试，通过暂停——步进——暂停——步进——暂停，直至所有程序步骤走完，检查全系统动作执行情况和步骤程控阀的开关状态是否正确，再进入自检，检查所有程控阀是否关闭。

（10）再次多点取样分析系统氧含量是否合格，并对投入系统的原料气组分及氧含量分析是否合格。

2、系统正常开车
（1）再次确认现场所有手动阀开关状态是否正确。

（2）通知前后工序做好输送原料气和接收产品气准备工作。

（3）系统准备就绪后，开始投送原料气，具体步骤如下：
缓慢打开系统进气手动阀，手动开启各相应程控阀，按系统默认
状态将各塔充压至相应压力，充压时保持升压速度为0.05Mpa/min，防止超流量操作。

充压结束后，再次确认系统内阀门开关状态是否正确。

（4）启动系统控制器：
按照控制器说明书正确启动控制器。

使控制器、油压系统及程控阀所组成的程控系统处于正常程序运行状态。

再次检查程序系统是否正常，同时将各步骤时间按正常运行时间的2-3倍设定。

（5）此时缓慢打开系统放空阀及解析气缓冲罐出口放空阀。

（6）调节PV-50601、PV-50602阀门开度来控制吹扫气量，保证匀速吹扫，同时调整PV-50603以控制系统逆放气速度，保证气流平稳逆放进入解析气缓冲罐，防止压力波动过大，再根据实际工况做进一步调整。

（7）投用在线分析仪，定时多次分析H2含量，调整循环时间，使产品气H2含量≥99.9%，此时打开系统出口阀。

关闭系统放空阀，将产品气送至下一工序，同时保证吸附压力稳定。

（8）系统稳定运行后，通知解析气下游工序接收解析气，按压缩机单体开车步骤开启解析气压缩机，随后关闭缓冲罐出口放空阀。

至此，本系统试车过程结束，装置投入正常运行。

3、系统正常运行期间操作
（1）运行期间主要操作参数
流量Nm3/h原料气25467
产品气22976
浓度（Vol%）原料气中H293.6%
产品气中H2≥99.9%
压力Mpa（G）原料气压力≥3.7
油压 5.0~5.5
时间min吸附时间≥2根据情况进行调节
（2）调节原理
工作周期、原料气流量和产品气杂质浓度三者之间有直接关系。

当要求产品气中杂质浓度一定（如0.1%）时，原料气流量变化对工作周期最敏感，原料气流量增大，则要求工作周期缩短，反之亦然。

通过调整周期的方法即能改变产品气杂质含量。

周期缩短，产品气杂质浓度降低，但同时氢气回收率下降，反之亦然。

在生产过程中可按下式对吸附时间进行计算，以便对工作周期进行调整：
t≤P*n*25467*2/(Q*3.8*1)
t——实际吸附时间，min；
P——实际吸附压力（绝压），Mpa；
n——同时处于吸附状态的塔数量，个；
Q——装置实际处理气量，Nm3/h；
在实际生产过程中，若吸附时间不满足上式，则吸附剂将慢慢失效。

（3）操作要点
、压力
PSA装置对压力要求较高，压力波动会降低吸附塔吸附效果。

若压力偏低，可采取减小吸附塔吸附时间控制产品质量，同时提高原料气压力降低压力的影响。

②、流量
原料气进气量的大小对PSA装置有明显的影响，流量过大会增加吸附剂吸附载荷，从而降低吸附剂的吸附效果，此时可采取减小吸附塔吸附时间以保证产品气质量。

流量过小时，吸附剂吸附能力未充分发挥，此时应适当延长吸附塔吸附时间，充分发挥吸附剂吸附效能。

③、温度
本装置设计为恒温变压吸附操作，但是生产中不能排除原料气和环境温度的波动对装置生产造成的影响。

如原料气温度或环境温度（夏季）偏高，吸附剂吸附效果会因为温度升高而减小，此时则应适当减小吸附塔吸附时间以保证产品气质量（避免造成吸附床层被穿透，造成吸附剂中毒）；原料气温度或环境温度（冬季）偏低，低温有利于吸附剂吸附，会增强吸附剂的吸附效果，此时则可适当增加吸附塔的吸附时间，提高吸附剂的吸附效能。

（4）运行检查项目和调整
在正常运行过程中需对下列项目进行检查和调整：
I、吸附
为了满足产品气设计的氢气含量要求，吸附步骤压力要稳定。

除进气压力稳定外，吸附塔终升流量调节直接影响吸附压力。

其次原料量过小也会影响吸附压力的稳定。

II、均压
由于存在阻力的原因，两塔均压后压力不会完全相同，要求平衡后压差在0.05Mpa以内。

设定的均压时间只要满足实际的均压平衡时间即可。

由于吸附剂对混合气中各种组分存在不同程度的吸附，因此均压达到平衡后实际的压力低于理论计算压力，混合气中杂质气含量越高，均压平衡后的压力越低。

III、逆放
逆放速度过快，不仅使系统产生噪声，而且还会对吸附剂造成磨损。

本装置采用调节阀控制逆放速度使之在较匀速的条件下缓慢放至低压。

要求逆放结束时压力达到0.02Mpa。

IV、终升
终升的压力应该在切换到吸附步骤时基本达到吸附压力。

如果升压不够，在该塔转为吸附步骤初期时将有很短一段时间升压而使出口流量极小，并引起吸附压力波动；若充压过快也会造成出口气流量波
动过大，从而使得吸附压力发生波动。

终升压力控制其低于吸附压力0.02~0.04Mpa，充压速度用再加压手动阀调节。

V、产品质量
一个吸附塔具有固定的吸附杂质的能力。

因此，在一个完整吸附周期中能提纯一定数量的原料气。

若循环周期过长输入的原料气过多，导致产品气中杂质含量升高。

循环时间过短，会导致吸附剂利用率降低和H2回收率降低。

循环时间的调整必须谨慎，因为H2浓度的变化要滞后一段时间才能显现出来。

生产中必须要考虑产品气质量和H2的回收率，使得二者达到最佳比例以使装置效益最大化，既不能一味追求质量也不能只顾氢气回收率。

VI、吸附塔污染的恢复方法
产品气杂质气含量大幅升高表明整个床层已遭穿透，杂质组分已突破塔的出口端。

造成此结果有两种，一是人为操作调节不当，二是自控系统发生故障。

查出原因后应尽快恢复正常状态。

恢复的方法有：1、缩短循环周期；2、降低负荷运转一段时间。

二者结合起来恢复效果更好，产品质量恢复的更快。

但需要注意的是，缩短循环周期的同时，必须保证吹扫和终升步骤所需的最短时间。

4、停车
停车一般分为三种情况：正常计划停车、紧急停车和临时停车。

（1）正常停车
接调度通知，然后联系前后工段，方可按如下步骤停车：
①、通知下一工段准备停供氢气，并随时注意系统压力是否超压，一旦超压立即打开系统放空阀。

②、通知前一工段停供原料气。

③、停气后立即关闭系统进、出口手动阀。

④、按步骤停解析气压缩机及打开解析气缓冲罐出口放空阀。

⑤、待系统压力至0.02Mpa（G）时关闭自控程序，同时关闭缓冲罐出口放空阀。

⑥、若长时间停车，通过氮气管线充压至0.2Mpa并保压。

⑦、关闭油压系统。

⑧、停自控程序系统电源、停分析仪和其他仪表电源。

⑨、关闭系统所有手动阀。

（2）、紧急停车
当系统出现重大故障或者电源故障时，应进行紧急停车。

停车步骤如下：
①、按下停车按钮，关闭所有程控阀。

同时通知调度和上下游工段。

②、按步骤停解析气压缩机。

③、关闭系统进出口阀，同时打开系统放空阀和解析气缓冲罐放空阀。

④、停分析仪和其他仪表电源。

（3）、临时停车
接临时停车通知，与前后工段联系后，然后如下步骤停车：
①、关闭系统进出口阀。

②、按下停车按钮，关闭所有程控阀。

③、按步骤停解析气压缩机。

④、停分析仪。

（4）、停车后再开车
①、检查各吸附塔压力是否与开车压力状态一致。

若相差太大，则开启进料阀，并开启相应程控阀充压至相应状态。

②、通知前、后续工段准备接、送氢气，并检查系统各手动阀状态是否正确。

③、缓慢打开原料气进口阀，按下开车按钮，启动自控程序，打
开缓冲罐出口放空阀。

④、缓慢打开系统出口阀，投用在线分析仪，向后续工段送气，送气量以保证吸附压力不低于正常操作压力为准。

⑤、待系统正常后，按步骤开启解析气压缩机向下游工段送气。

⑥、根据原料气处理量及产品气质量，调整各步骤运行时间。

五、故障与处理方法
系统故障是指外界条件供给时常或运行过程中操作失灵或某一部分失灵，引起产品气中杂质气含量上升，以至系统报警，但在故障原因尚未确定前装置不需停运，应继续观察，此时不合格氢气将通过系统放空阀放空。

待故障判明再决定停运或继续运行。

如系统出现重大故障，则应紧急停车。

按故障原因种类可分为三种：界外调节供给失常、操作失误及装置故障。

1、界外条件供给失常
（1）、原料气带水过多
由于本装置的前序工段故障或操作失误，使水大量进入吸附塔导致吸附剂失效，此时应迅速关闭原料气进口阀，排除进入本装置的水分，然后视带水情况决定是否继续运行或停运。

（2）、停电
停电致使程序控制系统不能正常工作，由于程序控制系统无信号输出，由于程序控制系统无信号输出，所有程控阀自动关闭，使装置处于停运状态，相当于紧急停车，按紧急停车处理。

（3）仪表空气压力下降
本装置要求压力不低于0.4Mpa。

一旦仪表空气压力波动大，下降幅度大，致使系统调节阀无法正常使用，导致程序和全系统紊乱，产品气不合格，此时应紧急处理故障，无法解决则应停车处理。

2、操作失误
PSA过程是否正常关键在于塔的再生状况是否良好，系统操作失调会立即或逐步使塔的再生恶化。

由于PSA过程是周期性循环过程，只要一个塔再生恶化，就会很快波及其他塔，最终导致净化气质量下降。

操作失误主要包括：循环各步骤时间设置不当，产品质量和氢气回收率控制不当。

3、装置故障
（1）程序系统故障
故障可能表现为无信号输出、程序不切换、停留于某一状态和程序紊乱。

故障处理见程控系统说明书相关章节。

（2）油压系统及程控阀故障
本装置程控阀采用液压油驱动，一旦油压系统波动较大，下降幅度较大甚至停油，将导致程控阀无法开关到位，造成程控阀不能按既定程序开关，产品气不合格。

此时应停车处理，维修故障详见油压系统及程控阀说明书。

（3）流量计计量不准
出现此种情况主要有两种因素：1、流量太小，低于测量值下限，处理方法：在可能的情况下加大流量，或者更换合适量程流量计；2、仪表常熟计算或给定不准，处理方法：重新修正。

（4）电磁阀故障
I、二位五通电磁阀的排气孔始终有气体不断排出，一是由于电磁阀密封圈损坏；二是电磁阀内滑块不到位。

处理方法：应停车或通过程序切换停用与之对应的吸附器后更换功率放大器。

II、电磁阀的线圈烧坏，以至DCS控制系统输出讯号中断。

处理方法：应停车或通过程序切换停用与之对应的吸附器后更换线圈或电磁阀。

六、工艺流程图
七、设备一览表
序
号
名称位号规格数量材质重量
1吸附塔T50601A~MΦ1600mm
h=4280
13Q345R7.82t
2顺放气缓冲罐V50601/V50
5062Φ1600mm
h=5640
2Q345R 2.72t
3顺放气缓冲罐V50603Φ1800mm
h=6640
1Q345R 3.58t
4液压集成泵站l*w*h=2000×
1500×16201额定流量：
120L/min
5解析气压缩机C-50601驱动机功率
710kw
1。