PSA操作手册

中国石化股份有限公司巴陵分公司 PSA-H2 装置操作手册 目 录 序言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一章 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一节 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二节 装置概貌．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第三节 设计基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二章 工艺过程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一节 吸附工艺原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 吸附剂及吸附力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.3 吸附平衡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.4 工业吸附分离流程及相关参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.5 工业吸附分离流程的主要工序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二节 工艺流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 流程简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 工艺步序说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 控制功能说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.4 工艺参数的设定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.5 报警、联锁功能说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第三章 装置的操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一节 装置的开车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 首次开车准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 首次开车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.3 正常开车步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.4 开车阶段的调整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二节 装置的运行．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 产品纯度调整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 装置处理量调整．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 吸附床的切除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.4 操作注意事项．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第三节 装置的停车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 正常停车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 紧急停车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 临时停车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第四章 维修与故障处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一节 故障查找指南．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二节 故障处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第五章 安全规程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 附： 阀门一览表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 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 Adsorption)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100000Nm3/h以上。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特别是在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5A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，成都华西化工科技股份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1x105Nm3/h重整氢PSA制氢装置”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 1） 原料气1 产氢能力： 20000Nm3/h 装置操作弹性： 30～110% 生产方式： 连续生产，两年一 检修 外浮顶储罐检修方案皮带检修培训教材1变电设备检修规程sf6断路器检修维护检修规程柴油发电机 年开工时数： ≥8000小时 2） 原料气2 产氢能力： 42000Nm3/h 装置操作弹性： 30～110% 生产方式： 连续生产，两年一检修 年开工时数： ≥8000小时 2.2装置组成 本装置由1台原料气分液罐、10台吸附塔、1台均压缓冲罐、1台顺放气罐、1台解吸气缓冲罐、1台解吸气混合罐、1台产品气缓冲罐、1套液压系统(一开一备)和2台真空泵构成。 2.3工艺流程 见所附工艺原则流程图 2.4 非标设备一览表 序号 名 称 位 号 操作条件 填料种类 操 作介 质 数量(台) 1 原料气分液罐 V-901 温度：40℃ 工作压力：2.95MPa.G 设计压力：3.05 MPa 合成氨驰放气 或煤造气 1 2 吸附塔 T-901A～J 温度：40℃ 工作压力：-0.09～2.95MPa.G 设计压力：3.05 MPa 活性氧化铝 分子筛 合成氨驰放气 或煤造气 10 3 均压罐缓冲罐 V-902 温度：40℃ 工作压力：1.85MPa.G 设计压力：2.00 MPa 氢气 1 4 顺放气缓冲罐 V-903 温度：40℃ 工作压力：1.85MPa.G 设计压力：2.00 MPa 氢气 1 5 解吸气缓冲罐 V-904 温度：40℃ 工作压力：0.3MPa.G 设计压力：0.32 MPa 解吸气 1 6 解吸气混合罐 V-905 温度：40℃ 工作压力：0.10MPa.G 设计压力：0.12 MPa 解吸气 1 7 产品气缓冲罐 V-906 温度：40℃ 工作压力：2.95MPa.G 设计压力：3.05 MPa 氢气 1 8 真空泵 P-901A.B 温度：40℃ 工作压力：-0.09～0.03MPa.G 解吸气 2 9 液压系统 P-902A.B 温度：40℃ 工作压力：4.0～5.0MPa.G 液压油 1套 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解吸气。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适应两种气源，其详细规格如下： 原料气1：巴陵分公司尿素产品部制氢装置合成氨驰放气 进装置温度 40℃ 进装置压力 2.25MPa（G） 组成 V % H2 73.5 N2 25.45 CH4 0.71 Ar2 0.34 CO+CO2 <10 ppm 合计 100.00 原料气2：煤造气 进装置温度 40℃ 进装置压力 2.85MPa（G） 组成 V % H2 93.69 N2 5.62 CH4 0.02 Ar2 0.08 CO 0.58 CO2 <20 ppm H2S <0.1 ppm 合计 100.00 3.2 产品规格 本装置的主要产品为氢气，用作加氢装置原料；副产品为解吸气，用作燃气或其它反应气源。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略有不同。 以下为设计的产品气规格： 1) 产品氢气 纯度： H2≥99.6% CO+CO2≤10 ppm 露点≤-50 ℃ 流量： 20000NM3/h （原料气1） 42000NM3/h （原料气2） 出口压力： ≥2.20 MPa（G） （原料气1） ≥2.80 MPa（G） （原料气2） 出口温度： ≤40 ℃ 2) 解吸气 a． 原料气1： 组成（mol%） H2： 10.11 N2： 86.65 CH4： 2.44 Ar2： 0.80 CO+CO2：≤30 ppm 出口压力： ≥0.02 MPa（G） 出口温度： ≤40 ℃ b． 原料气2： 组成（mol%） H2： 32.10 N2： 60.54 CH4： 0.23 Ar2： 0.39 CO： 6.74 CO2：≤200 ppm H2S：≤1 ppm 出口压力： ≥0.02 MPa（G） 出口温度： ≤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积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。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） 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AL2O3，规格为Φ3-5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） 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，规格为Φ2-3球状，无毒，无腐蚀性。5A分子筛不仅有着较大的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。5A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，主要用于脱除甲烷和氮，保证产品纯度。 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5A分子筛具有极强的亲水性，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。5A分子筛如果受潮，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服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密度远大于气相，一般可接近于液态的密度。 固体吸附剂表面分子对吸附相中气体分子的吸引力可由以下的公式来描述： 分子引力F=C1/rm-C2/rn (m>n) 其中：C1表示引力常数，与分子的大小、结构有关 C2表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬时偶极矩有关 r表示分子间距离 因而对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、极性等性质各不相同，吸附剂对其吸附的能力和吸附容量也就各不相同。PSA制氢装置所利用的就是吸附剂的这一特性。由于吸附剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱，而对其它组分吸附能力较强，因而通过装有不同吸附剂的混合吸附床层，就可将各种杂质吸附下来，得到提纯的氢气。 下图象征性地给出了不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序 组分 吸附能力 氦气 ☆ 弱 氢气 ☆ 氧气 ☆☆ 氩气 ☆☆ 氮气 ☆☆☆ 一氧化碳 ☆☆☆ 甲烷 ☆☆☆☆ 二氧化碳 ☆☆☆☆☆☆ 乙烷 ☆☆☆☆☆☆ 乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆ 丙烷 ☆☆☆☆☆☆☆ 异丁烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 戊烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丁烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫化氢 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫醇 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 戊烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 甲苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 强 1.3 吸附平衡 吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。 在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。对于物理吸附而言，动态吸附平衡很快就能完成，并且在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，平衡吸附量是一个定值。 由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因而压力越高平衡吸附容量也就越大；由于温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。 我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图： 从上图的B→A和C→D可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；从上图的B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。 本制氢装置的工作原理利用的是上图中吸附剂在A-B段的特性来实现气体的吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低压力(到B点)使各种杂质得以解吸。 1.4 工业吸附分离流程及其相关参数 1.4.1工业吸附分离流程的确定 在实际工业应用中，吸附分离一般分为变压吸附和变温吸附两大类。从吸附剂的吸附等温线可以看出，吸附剂在高压下对杂质的吸附容量大，低压下吸附容量小。同时从吸附剂的吸附等压线我们也可以看到，在同一压力下吸附剂在低温下吸附容量大，高温下吸附容量小。利用吸附剂的前一性质进行的吸附分离称为变压吸附(PSA)，利用吸附剂的后一性质进行的吸附分离就称为变温吸附(TSA)。 在实际工业应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择TSA、PSA或TSA+PSA工艺。 变温吸附工艺由于需要升温，因而循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的净化；变压吸附工艺的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对较少，不需要外加换热设备，被广泛用于大气量多组分气体的分离与纯化。 本装置的流程为PSA流程。 在工业变压吸附(PSA)工艺中，吸附剂通常都是在常温和较高压力下，将混合气体中的易吸附组分吸附，不易吸附的组分从床层的一端流出，然后降低吸附剂床层的压力，使被吸附的组分脱附出来，从床层的另一端排出，从而实现了气体的分离与净化，同时也使吸附剂得到了再生。 但在通常的PSA工艺中，吸附床层压力即使降至常压，被吸附的杂质也不能完全解吸，这时可采用两种方法使吸附剂完全再生：一种是用产品气对床层进行“冲洗”，将较难解吸的杂质冲洗下来，其优点是在常压下即可完成，不再增加任何设备，但缺点是会损失产品气体，降低产品气的收率；另一种是利用抽真空的办法进行再生，使较难解吸的杂质在负压下强行解吸下来，这就是通常所说的真空变压吸附(Vacuum Pressure Swing Absorption,缩写为VPSA)。VPSA工艺的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵。在实际应用过程中，究竟采用以上何种工艺，主要视原料气的组成条件、流量、产品要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。由于本装置吸附的是氮气及甲烷等杂质，吸附剂对该杂质有较强的吸附能力，同时，装置的氢气回收率和氢纯度要求较高，因而本装置采用真空再生（VPSA）流程。 1. 4.2工艺条件与吸附能力的关系 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有害杂质含量越高时，吸附塔的处理能力越小。 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。 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。 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。 产品纯度 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。 1. 4.3氢气回收率 由于PSA装置的氢气损失来源于吸附剂的再生阶段，因而吸附塔的处理能力越高，则再生的周期就可以越长，单位时间内的再生次数就越少，氢气损失就越少，氢回收率就越高。 也就是说，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（在允许范围内），从而提高氢气回收率，提高装置的经济效益。 1.5 工业吸附分离流程的主要工序 吸附工序--在常温、高压下吸附杂质，出产品。 减压工序--通过一次或多次的均压降压过程，将床层死空间氢气回收。 顺放工序--通过顺向减压过程获得抽真空冲洗再生气源。 逆放工序--逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分再生 抽真空工序—用真空泵对吸附床抽真空，降低杂质分压，使吸附剂完成最终的再生。 升压工序--通过一次或多次的均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压力，为下一次吸附作好准备 第二节 工艺流程说明 2.1 流程简述 本装置采用10-3-6 VPSA工艺，即装置由十个吸附塔组成，其中三个吸附塔始终处于同时进料吸附的状态，其工艺过程由吸附、六次均压降压、逆放、抽真空及抽真空冲洗、六次均压升压和产品最终升压等步骤组成。 本装置适用于两种气源，在本装置中，无论对于哪一种原料气，其工艺生产过程都是一样的。 压力为2.25～2.95MPa(G)左右、40℃的“合成氨驰放气”或“煤造气”自装置界区外来，首先经原料气分液罐V-901分离掉其中的液滴，然后再直接从塔底部进入吸附塔(T-901A～J)中正处于吸附工况的塔(始终有3台吸附塔处于吸附状态)内，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，一次性除去氢以外的几乎所有杂质，直接获得纯度大于99.6%的产品氢气从塔顶排出进产品氢缓冲罐V-906，然后经产品氢压力调节阀PV-8022稳压后送出界区。 　　VPSA单元除送出产品氢外，还同时有逆放解吸气和真空解吸气。逆放解吸气来自于吸附床的逆放步骤，逆放解吸气直接进入解吸气缓冲罐V-904,然后经调节系统送解吸气混合罐V-905；真空解吸气产生于抽真空步骤，所有解吸气最终均送往解吸气混合罐V-905。逆放解吸气和真空解吸气在混合罐中混合后送出界区。 吸附塔的工作过程依次如下： 1) 吸附过程 原料气经液压程控阀XV8021A～J，自塔底进入VPSA吸附塔T-901A～J中正处于吸附状态的三台吸附塔，其中除H2以外的杂质组份被装填的多种吸附剂依次吸附，得到纯度大于99.6%,压力大于2.20MPa·G(原料气1；原料气2的产品压力大于2.80MPa·G)的产品氢气从塔顶排出，经程控阀XV8022A～J和产品氢压力调节阀PV-8022稳压后送出界区。 当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。 2) 均压降压过程 这是在吸附过程完成后，顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程，这一过程不仅是降压过程，而且也回收了吸附床层死空间内的氢气，本装置主流程共包括六次连续均压降压过程，分别称为：一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、四均降（E4D）、五均降（E5D）和六均降（E6D），因而可保证氢气的充分回收。一均降通过程控阀XV8023A～J和管线H2-8004进行，二均降、三均降通过程控阀XV8024A～J和管线H2-8005进行，四均降通过程控阀XV8026A～J和管线H2-8007进行，五均降、六均降通过程控阀XV8025A～J和管线H2-8006进行。 3) 顺放过程 这是吸附塔在五均降压结束后，顺着吸附方向进行六均减压，减压出来的氢气进入顺放气罐V-903储存起来，一部分用于下一步其它完成再生的吸附塔的六均升压用气(主要通过程控阀XV8030和管线H2-8009进行),另一部份顺放气体通过程控阀XV8031和管线H2-8010进行处于再生的吸附塔的真空冲洗用气。 4) 逆放过程 这是吸附塔在完成六均降压过程后，逆着吸附方向将塔内压力降至0.02MPa的过程，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经程控阀门XV8028A～J排除进入解吸气缓冲罐V-904，再经压力调节后均匀缓慢地排入解吸气混合罐V-905。 5) 抽真空过程 逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用真空泵逆着吸附方向对吸附床层进行抽真空，进一步降低杂质组分的分压，吸附剂中的杂质得以完全解吸，使吸附剂得以彻底再生。抽真空通过程控阀XV8027A～J进行，抽空出的解吸气进入解吸气混合罐V-905。 6) 真空冲洗过程 在抽真空过程的末期，为了进一步降低杂质的分压，在抽真空的同时用均压罐V-902中的少量顺放氢气对床层进行冲洗，使吸附剂解吸更彻底。冲洗通过程控阀门KV8026 A～J和程控阀门KV8031进行。 7) 均压升压过程 该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中，分别利用其它吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行均压升压。本装置主流程共包括六次连续均压升压过程，依次称为：六均升（E6R）、五均升（E4R）、四均升（E4R）、三均升（E3R）、二均升（E2R）和一均升（E1R）。 8) 产品气升压过程 经过六次均压升压过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。这时，用产品氢经程控阀XV8029、XV8023A～J和调节阀KV8021将吸附塔压力升至吸附压力。经这一过程后，吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。 十个吸附塔交替进行以上的吸附(始终有三个吸附塔处于吸附状态)、再生操作即可实现气体的连续分离与提纯。 工艺流程特点： 与传统PSA流程相比，本装置流程具有如下特点： 1） 本装置多达六次的均压回收氢气过程是高氢气回收率的可靠保证。 2） 本装置在不使用真空泵时，可自动转入PSA方式运行，提高了装置运行的可靠性和灵活性。 3） 本装置的在转入PSA方式运行时采用顺放气缓冲技术，可避免传统冲洗再生流程中的二次污染问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，使吸附剂再生效果更好。 4） 本装置先进的PSA专用软件在某个吸附塔出现故障时，可自动将故障塔切除，转入九塔、八塔、七塔、六塔和五塔操作，并且不影响处理能力，只是收率有少量下降。这一功能大大地提高了装置运行的可靠性。 5） 本装置解吸气采用两级缓冲，可减小解吸气压力波动和逆放噪音。 6） 本装置先进成熟的控制软件包可自动实现吸附时间的优化和吸附压力自适应调节,保证产品的合格和收率的最高。 7） 作为关键设备的PSA程控阀， 选用成都华西化工科技股份有限公司专利产品──液压三偏心扭矩关闭型蝶阀。具有体积小、重量轻、动作快(小于2秒)、密封性能好(ANSI 六级)、寿命长（大于100万次)、开关速度独立可调（～60秒）、阀位显示可靠的优点，保证了装置长期运行的可靠性。 8） 本装置程控系统推荐采用液压程序操纵系统，具有操作稳定性高，刚性好，运行平稳，动作安全可靠，使用寿命长的特点，其阀门开启速度调节功能可控制均压速度、减少气流对吸附剂的冲刷、大大延长吸附剂的使用寿命，降低装置噪音。 9） 采用我公司开发的新型无黏结剂分子筛，吸附剂动态吸附量大、强度高、氢气回收率高。吸附剂寿命保证20年。 10） 本装置的吸附剂装填采用密相装填技术，可减小吸附死空间，提高吸附剂收率。 2.2 工艺步序说明 本装置共由10台吸附塔组成，其中三台始终处于吸附状态，其余七台处于再生的不同阶段。吸附塔的整个吸附与再生过程都是通过84台液压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： XV 80 □ □ 吸附塔号：A～J 阀门功能、作用 21-原料气进口阀 22-产品气出口阀 23-一均、产品气升压阀 24-二均、三均阀 25-五均、六均阀 26-四均、冲洗阀 27-抽真空阀 28-逆放阀 29-产品气升压公共阀 30-顺放公共阀 31-冲洗公共阀 32-均压缓冲公共阀 表示PSA氢提纯工段 表示程序控制阀 步序描述： 现以吸附塔T-901A(简称A塔)为例描述主流程的整个工艺步序过程，T-901B～J的工艺过程与T-901A完全相同。 ☆ 步序1：吸附(A) 原料气经程控阀XV8021A进入PSA吸附塔T-901A，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99.6%的产品氢气经程控阀XV8022A排出。 大部分氢气经产品氢压力调节阀PV-8022稳压后送出界区，少部分氢气通过程控阀XV8029后用于B、C、D三塔的产品气升压。 随着吸附的进行，当杂质的前锋(即：吸附前沿)上升至接近于吸附床出口时，关闭XV8021A、XV8022A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XV8023A和XV8023E，将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了二均升的E塔，直到A、E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3：二均降压(E2D) 在一均降过程完成后，打开程控阀XV8024A和XV8024F，将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了三均升的F塔，直到A、F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) 在二均降压过程完成后，打开程控阀XV8024A和XV8024G，将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了四均升的G塔，直到A、G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5：四均降压(E4D) 在三均降压过程完成后，打开程控阀XV8026A和XV8032，将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了均压降压的均压缓冲罐V-902，直到A塔和均压罐V-902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6：五均降压(E5D) 在四均降压过程完成后，打开程控阀XV8025A和XV8030，将A塔内较高压力的氢气放入顺放气罐V-903，同时在I塔抽真空末期打开程控阀XV8031，将顺放气罐V-903中的氢气用于冲洗I塔。这一过程继续利用回收A塔床层死空间内的氢气用于对抽真空床层进行冲洗，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7：六均降压(E6D) 在五均降压过程完成后，打开程控阀XV8025A和XV8025I，将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了抽真空冲洗再生的I塔，直到A、I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，此时吸附前沿已基本达到床层出口。 ☆ 步序8：逆放(D) 在完成连续顺向减压过程后，A塔的吸附前沿已基本达到床层出口。这时打开XV8028A，逆着吸附方向将A塔压力降至接近于常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气放入解吸气缓冲罐V-904。 ☆ 步序9：抽真空 (V) 逆放结束后，打开程控阀门XV8027A对A塔进行抽真空，这时被吸附的杂质大量解吸出来，并逆着吸附方向流入解吸气混合罐V-905。 · 步序10：冲洗 (P) 吸附塔A在抽真空末期，打开程控阀XV8026A和XV8032，用顺放缓冲罐V-903中的氢气逆着吸附方向对A塔进行冲洗，进一步降低该塔内的杂质分压，同时将床层死空间中的杂质带走，使A塔解吸更充分。 · 步序11：六均升压(E6R) 在抽真空冲洗再生过程完成后，打开程控阀XV8025A和XV8025C，将C塔内较高压力的氢气放入刚完成了抽真空的A塔，直到A、C两塔的压力基本相等为止。这一过程不仅是升压过程，而且也回收了C塔床层死空间内的氢气 · 步序12：五均升压(E5R) 在六均升压过程完成后，打开程控阀XV8025A和XV8030，再将顺放气罐内较高压力的氢气回收进刚完成了六均升的A塔。 · 步序13：四均升压(E4R) 在五均升压过程完成后，打开程控阀XV8026A和XV8032，再将均压缓冲罐V-902内较高压力的氢气回收进刚完成了五均升的A塔。 ☆ 步序14：三均升压(E3R) 在四均升压过程完成后，打开程控阀XV8024A和XV8024E，再将E塔内较高压力的氢气回收进刚完成了四均升的A塔。 ☆ 步序15：二均升压(E2R) 在三均升压过程完成后，打开程控阀XV8024A和XV8024F，再将F塔内较高压力的氢气回收进刚完成了三均升的A塔。 ☆ 步序16：一均升压(E1R) 在二均升压过程完成后，打开程控阀XV8023A和XV8023G，再将G塔内较高压力的氢气回收进刚完成了二均升的A塔。 ☆ 步序17：产品气升压过程(FR) 通过六次均压升压过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。这时打开程控阀XV8023A、XV8029，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。 吸附塔T901A～J的工艺步序都是完全相同的，只是在各步序的运行时间上依次错开1/3个吸附时间，这样就实现了始终有三塔处于吸附状态，七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。 切塔后的步序 由于VPSA氢提纯装置是由10台吸附塔组成。因而为提高装置的可靠性，本装置还编制了一套自动切塔与恢复程序。即：当某一台吸附塔出现故障时，可将其脱出工作线，让剩余的9个吸附塔转入9-3-5方式工作，如果再有吸附塔出现故障则可继续切除，依次转入8-3-4、7-3-3、6-2-3和5-2-2流程。但这时，装置处理气量和产氢量等指标会发生变化。 2.3 10-3-6 VPSA工艺的多种运行方式 10-3-6 VPSA工艺操作灵活，可以组合多种运行方式，在计算机程序控制下， 可10塔运行，需要时（如出现设备故障时）也可自动切换至9塔、8塔、7塔、6塔、5塔运行，在切换到5塔后还可以将装置隔离成两个独立的系列，一个系列生产，另一个系列可作任何检修。当装置真空泵故障或不用时，装置又可以自动转入PSA方式运行。这样大大地提高了装置运行的可靠性。 切塔后的相关运行参数见下表： 吸附塔总 数 流 程 在线吸附床数 均压次数 再生方式 原料1 原料2 产氢量Nm3/h 氢气回收率% 产氢量Nm3/h 氢气回收率 % 10塔 10-3-6 VPSA 3 6 真空 20000 96.0 42000 97.0 9塔 9-3-5 VPSA 3 5 真空 20000 95.0 42000 96.0 8塔 8-3-4 VPSA 3 4 真空 20000 93.0 42000 94.0 7塔 7-3-3 VPSA 3 3 真空 20000 90.0 42000 91.0 6塔 6-2-3 VPSA 2 3 真空 15000 90.0 25000 91.0 5塔 5-2-2 VPSA 2 2 真空 15000 86.0 25000 87.0 10塔 10-3-4 PSA 3 4 冲洗 20000 90.0 42000 92.0 9塔 9-3-3 PSA 3 3 冲洗 20000 88.0 42000 90.0 8塔 8-3-2 PSA 3 2 冲洗 20000 85.0 42000 87.0 2.4 控制功能说明 依据变压吸附氢提纯装置的控制要求，本装置控制系统采用西门子S7-400 PLC双冗余系统。并以此为核心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、质量联锁、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： 2.4.1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： DCS系统根据工艺要求(见本节2.2的工艺阀态表)制订出程序，然后按一定的时间顺序将DC24V开关信号送至液压系统的电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动液压油的高、低压信号，送至程控阀的驱动油缸，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3040传感器反馈给DCS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。 液压系统的作用是为程控阀门提供开、关的动力和控制手段，同时其自身运行的参数如：压力、液位、运行状态等也反馈回DCS系统，由DCS系统进行显示、监控、报警和联锁控制。 程控阀门说明： 本装置程控阀门的可靠性是本装置整体可靠性的关键，其工艺要求特点是密封性能要求高、开关次数频繁，其中开关最频繁的程控阀每年开关次数可达48万次，并且要求开启速度可调。 故本装置的程控阀均采用成都华西化工科技股份有限公司专门生产的金属密封三偏心蝶阀。该程控蝶阀为当今蝶阀发展的最新一代产品，可实现开关过程无摩擦磨损和冲刷磨损后的自动补偿，并执行了严格的材质标准，因而保证了阀门的高密封性能和超长寿命。 同时，为进一步保证程控阀门的使用寿命和运行稳定性，本装置程控阀门的驱动装置也均采用成都华西化工科技股份有限公司生产的液压驱动系统。该系统的驱动油缸均采用航空液压件标准制造。另外，所有的液压驱动装置均设计了阀门关闭缓冲结构，可减小程控阀频繁关闭时的冲击载荷。 而且，为保证吸附压力的平稳变化和吸附剂的使用寿命，PSA工艺还要求均压和逆放等阀门应具有缓开功能。为此，还为本装置程控阀专门设计了一套开启速度调节装置，使程控阀的开启速度在2～30S内可调。 (程控阀门的结构及维护详见程控阀门使用说明书) 液压系统说明： 本装置的液压系统主要由集成液压泵站、蓄能器站和电磁换向阀构成。 集成液压泵站为双系统，一开一备，两套系统完全独立，可独立检修。其控制点包括： 液位控制：在泵站上装有一台液位变送器，用于监控泵站的油箱液位。当油箱液位低于报警值时，DCS将报警提醒值班人员加油并检查油压系统有无泄漏点；当油箱液位低于联锁值且油压低于低限时，为保证系统的安全性，DCS系统将联锁停氢提纯装置并报警。 油温控制：泵站上装有一台现场温度计，当液压油温度超过50℃时，值班人员应打开冷却水阀。 压力控制：液压系统设计有现场压力表和智能压力变送器各一台，可将液压系统工作压力传送至DCS控制系统，当系统压力低于设定的报警值4.0MPa时，DCS系统将自动停止正在运行的泵、同时启动备用泵并报警。 2.4.2模拟量检测与调节功能 本装置模拟量调节均由DCS完成，共包括19个模拟量检测点和7个模拟量调节点。各检测及调节信号的功能与控制方式简述如下： 1) 吸附塔压力指示记录PIR-8024A～J 安装于吸附塔T-901A～J的出口总管上，用于指示记录各吸附塔的压力变化。 2) 吸附压力指示记录调节PIRC-8022 本调节回路由安装于PSA产品出口总管H2-8012上的压力变送器PT8022和调节阀PV8022构成，用于稳定吸附压力。本调节回路的设定值一般定为比原料气压力低0.1MPa左右。 3) 顺放气罐冲洗气总管压力指示记录调节PIRC-8023 本调节回路由安装于顺放气罐冲洗气出口总管H2-8010上的压力变送器PT8023和调节阀PV8023构成，用于记录均压缓冲压力及调节真空冲洗的速度。其控制要求为：使每次冲洗结束时顺放气罐的压力保证在0.3MPa左右。 4) 逆放解吸气进解吸气缓冲罐入口总管压力指示记录调节PIRC-8025 本调节回路由安装于解吸气缓冲罐入口总管FG-8003上的压力变送器PT8025和调节阀PV8025构成，用于逆放解吸气进入解吸气缓冲罐的压力调节，避免逆放解吸气进入解吸气缓冲罐V-904内的压力波动太大及限制逆放气的流速太快。 5) 解吸气缓冲罐出口总管压力指示记录调节PIRC8026 本调节回路由安装于解吸气缓冲罐出口总管FG8005上的压力变送器PT8026和调节阀PV8026构成，用于解吸气出口压力调节，避免解吸气系统波动影响燃料气系统。本调节回路的设定值为0.025MPa。 6) 解吸气超压放空压力指示调节报警PIRC8028 本调节回路由安装于解吸气混合罐出口的压力变送器PT8028和放空管线VT-8011上调节阀PV8028构成，用于解吸气超压时的放空。本调节回路的设定值为0.05MPa。 7) 产品氢缓冲罐出口总管超压放空压力指示调节报警PIRC8027 本调节回路由安装于产品气缓冲罐出口总管H2-8012上的压力变送器PT8027和放空管线VT-8010上调节阀PV8027构成，用于产品气出口压力调节及首次开车时纯度达不到要求时用于放空进燃气系统。本调节回路的设定值为2.95MPa或置于手动调节用于产品气纯度低时的放空。 8) 原料气流量记录积算FRQ8021 原料气流量计FT8021安装于原料气总管P-8005上，用于指示和记录装置的原料气流量。并在DCS中积算其累积值。 9) 产品气流量指示记录积算FRQ8022 产品氢流量计FT8022安装于产品气总管H2-8012上，用于指示和记录装置的产品氢流量。并在DCS中积算其累积值。