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和过程实施

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的开停车

第一节系统的置换

第二节系统仪器仪表及自控系统开车前的准备工作

第三节系统试车

第四节系统运行调节

第五节系统停车

第六节系统停车后的再启动

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的危害及预防措施

第三节装置的安全设施

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，获得合格的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的中间气再经二段完全脱除CO2及其他杂质气体，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）：

H2 N2 CO2 CO CH4

41～43% 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的纯度，而应视实际需要，控制适当纯度，以获较高的经济效益。

在启动和运转这套装置前，要求操作人员透彻地阅读这份操作手册，因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂损坏。

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，即一段和二段。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。

图1-1 工艺方块示意图

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%的原料气首先进入气水分离器（V0101）除去原料气中的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。

出一段的中间气进入二段，二段系统将中间气中CO2及其它杂质气体充分脱除，使出二段系统的产品氢气纯度≥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和实施过程

变压吸附的基本原理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各组分又有选择吸附的特性，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，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。

变压吸附（PSA）法脱除变换气中二氧化碳，即根据上述原理，利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择吸附变换气中的气态水、有机硫和无机硫及二氧化碳。就本装置而言，变换气先进入一段系统处于吸附状态的吸附床吸附，当吸附床吸附饱和后，通过8次均压降充分回收床层死空间中的氢氮气，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）

来自气水分离器的变换气，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。当二氧化碳的吸附前沿接近吸附床出口时，即停止进料和输出中间气。此时吸附前沿到出口端之间尚留一段“未吸附饱和的吸附剂”——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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、C两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间内的部分氢气，其组成与输出的中间气基本相同。

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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、D两塔压力基本平衡后，A塔的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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、E两塔压力基本平衡后，A塔的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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、F两塔压力基本平衡后，A塔的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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、G两塔压力基本平衡后，A塔的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塔的吸附前沿继续向前推进，当A、H两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。

8）．七均降（E7D）