制氫裝置的PSA資料

制氫裝置的PSA資料，里面講的PSA吸附機(jī)理和吸附劑方面的知識。希望能對學(xué)習(xí)制氫裝置的朋友有所幫助。什么是吸附分離？答：吸附是化工生產(chǎn)中對流體混合物進(jìn)行分離的一種方式。是利用混合物中各組分在多孔性固體吸附劑中被吸附力的不同，使其中的一種或數(shù)種組分被吸附于吸附劑表面上，從而達(dá)到分離的目的。根據(jù)吸附劑表面和被吸附物質(zhì)之間作用力的不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。什么是變壓吸附？答：變壓吸附簡稱PSA，是對氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過程，該工藝是以多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，在兩種壓力狀態(tài)之間工作的可逆的物理吸附過程，它是根據(jù)混合氣體中雜質(zhì)組分在高壓下具有較大的吸附能力，在低壓下又具有較小的吸附能力，而理想的組分H2則無論是高壓或是低壓都具有較小的吸附能力的原理。在高壓下，增加雜質(zhì)分壓以便將其盡量多的吸附于吸附劑上，從而達(dá)到高的產(chǎn)品純度。吸附劑的解吸或再生在低壓下進(jìn)行，盡量減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便于在下個循環(huán)再次吸附雜質(zhì)。何謂PSA的氫回收率？怎樣計算氫回收率？答：回收率是變壓吸附裝置主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中被回收氫組分絕對量占進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣中氫組分絕對量的百分比。計算方法：方法一：已知下列條件：⑴.進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣流量（F，Nm3/h）⑵.原料氣中氫組分含量（XF，%）⑶. 從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品氫氣流量（P，Nm3/h）⑷. 產(chǎn)品中被回收氫組分的含量（XP，%）被回收組分的回收率（R）為：R=P?XP/F?XFx100%方法二：已知下列條件：⑴.原料氣中氫組分含量（XF，%）⑵. 產(chǎn)品中被回收氫組分的含量（XP，%）⑶.解吸氣中的氫組分含量（XW，%）被回收組分的回收率（R）為：R=XP（XF-XW）/XF（XP-XW）x100%采用PSA提純氫氣的工藝有何特點？答：⑴. 產(chǎn)品氫純度高，可達(dá)99.9%以上。⑵.工藝流程短，自動化程度高、可靠性和靈活性好，開停車方便。⑶. 動設(shè)備減少，消耗低，易于管理與維修。⑷.由于排放的廢氣可作為轉(zhuǎn)化爐的燃料使用，可降低生產(chǎn)綜合費用。什么樣的混合氣體才能用PSA進(jìn)行分離？答：適用于采用PSA進(jìn)行分離的混合氣體應(yīng)具備如下特點：混合氣體中各組分必須是在相同的吸附壓力下具有不同的吸附能力，不希望的組分應(yīng)當(dāng)是在較高的壓力下具有較大的吸附能力，而在較低的壓力下，又具有較小的吸附能力。吸附能力相差越大便越容易分離。而希望的組分應(yīng)當(dāng)是非吸附性的，或吸附能力很小，且隨壓力變化吸附能力變化不大。PSA裝置最常用的吸附劑是什么？它們對一般氣體的吸附順序如何？答：PSA最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。分子篩對一般氣體的吸附順序是：H2<<N2<CH4<CO<CO2活性炭對一般氣體的吸附順序是：H2<<N2<CO<CH4<CO2簡述活性氧化鋁和硅膠在PSA裝置中的作用。答：活性氧化鋁是一種在物理和化學(xué)上都很穩(wěn)定的高純度多孔氧化鋁，其特點是耐磨，對所有腐蝕性氣體和液體都是惰性的，并且有極好的熱穩(wěn)定性。在PSA工藝上活性氧化鋁可作為一種輔助的吸附劑裝填在吸附劑的底部，首先接觸進(jìn)料用于脫除進(jìn)料中的水蒸汽和芳烴。硅膠是一種無定型二氧化硅，呈化學(xué)惰性無腐蝕的特點，在PSA工藝上一般是裝填在吸附器的底部用來凈化重?zé)N類和酸性氣。為什么說PSA運(yùn)行效果的好壞關(guān)鍵是吸附劑？答：PSA工藝是以吸附劑內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)的可逆的循環(huán)工藝過程，而實現(xiàn)這一循環(huán)工藝過程，最基本要求就是吸附劑具有良好的吸附性能，再生性能以及具有較長的使用壽命。但在裝置運(yùn)行過程中，吸附劑極易受到如進(jìn)料帶水，升降壓速度過快，雜質(zhì)過載等多種因素的損害，從而使吸附劑失去上述性能，由此導(dǎo)致PSA裝置失去對PSA原料氣的提純作用，所以說PSA裝置運(yùn)行效果的好壞的關(guān)鍵是保護(hù)好吸附劑。分子篩和活性炭吸附性能的比較。答：活性炭對二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量隨壓力的升降變化十分明顯，是二氧化碳的良好的吸附劑，分子篩則不然，它在低壓下就大量吸附二氧化碳，而且隨壓力升高吸附量變化不明顯，在低壓下脫附困難，故不能作二氧化碳的吸附劑?；钚蕴亢头肿雍Y都可用作一氧化碳的吸附劑，活性炭的高壓吸附量比分子篩的大，低壓脫附容易，但是分子篩的吸附能力更強(qiáng)，適用于要求產(chǎn)品中一氧化碳很低的情況。分子篩和活性炭都適于在PSA中吸附甲烷，它們在壓力變化幅度相同時，平衡吸附量的變化基本相同，而分子篩對甲烷的吸附能力更強(qiáng)。新鮮的吸附劑應(yīng)如何保存？答：由于新鮮的吸附劑對水分子有很強(qiáng)的親合力，而且吸附了水以后脫附是很困難的，這將嚴(yán)重影響PSA裝置的性能，所以新鮮的吸附劑應(yīng)妥善保管好，應(yīng)采取以下幾點防護(hù)措施：⑴.吸附劑的容器應(yīng)當(dāng)保存在室內(nèi)，以防止遭受雨水或受潮。⑵.裝有吸附劑的桶不可以刺破，嚴(yán)重撞凹或破壞桶的密封。⑶.吸附劑直到被立即裝填以前，其容器必須是不開封的。吸附劑是怎樣裝填的？答：提純回收氫氣的PSA所用的吸附劑通常是由活性炭和分子篩兩種的組合。根據(jù)活性炭和分子篩對雜質(zhì)組分二氧化碳、甲烷、一氧化碳和水的不同吸附特性，一般活性炭做為主吸附劑裝在下層，約占吸附劑總量的四分之三。分子篩作為輔助吸附劑裝在吸附器上層。如果為了脫水和防止芳烴使吸附劑中毒，通常在床層底部裝一些活性氧化鋁。吸附劑的裝填步驟及要求：(1)檢查吸附器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合格后，首先裝入活性炭。將活性炭從容器中傾入卸料漏斗，提升到吸附器頂部后轉(zhuǎn)移到接收漏斗中，吸附劑通過管子流到連接的裝填元件上，通過裝填元件，吸附劑均勻地降落在吸附劑床層的表面這樣吸附劑才能獲得均勻一致的最大的堆積密度，并且使吸附劑的下沉和移動最小。⑵.活性炭裝填完畢后，應(yīng)平整料面，使床層基本水平。然后按同樣的裝填方法裝入分子篩。裝填完畢后，平整料面，使吸附劑床層的頂部水平。裝好吸附器頂部分布器，封好吸附器上、下打開的法蘭。⑶.通過同樣的方法裝填全部吸附器，以使經(jīng)過每個吸附器的氣體流量均勻一致。⑷.在所有吸附劑裝填操作期間，必須最大限度地縮短吸附劑在空氣中的暴露時間，絕對防止暴露在濕氣中。在下雨期間絕對不許裝填。怎樣延長吸附劑的壽命？答：⑴.吸附劑壓力的快速變化能引起吸附劑床層的松動或壓碎從而危害吸附劑。所以，在操作過程中要防止使吸附器的壓力發(fā)生快速變化。⑵.進(jìn)料帶水是危害吸附劑使用壽命的一大因素，所以進(jìn)料氣要經(jīng)過嚴(yán)格脫水，避免發(fā)生液體夾帶。⑶.進(jìn)料組分不在設(shè)計規(guī)格的范圍內(nèi)也會造成對吸附劑的損害，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致吸附劑永久性的損壞。所以，當(dāng)進(jìn)料氣出現(xiàn)高的雜質(zhì)濃度時，應(yīng)縮短吸附時間，以防止雜質(zhì)超載。⑷.進(jìn)料溫度過高影響吸附劑的吸附能力，易造成雜質(zhì)超載，溫度過低影響再生，所以要保證進(jìn)料溫度在要求的范圍內(nèi)。⑸.合理調(diào)整吸附時間，及時處理故障報警，防止發(fā)生雜質(zhì)超載。雜質(zhì)超載嚴(yán)重時，可導(dǎo)致吸附劑永久性損壞。簡述吸附劑對水的吸附性能。答：分子篩對大小相近的分子，優(yōu)先吸附極性分子，尤其是水分子，分子篩一旦吸附了水分子后，對其它分子的吸附能力明顯下降，而且難于脫附，所以如果進(jìn)料中帶水易造成分子篩的致命損害?；钚蕴繉λ肿拥奈侥芰艽穑胰菀酌摳?，所以在PSA中總是將活性炭置于分子篩的下面，使進(jìn)料中的微量水和絕大多數(shù)的二氧化碳被吸附分離。吸附劑吸潮后如何處理方可使用？答：吸附劑一旦吸潮后即失去活性，通常變壓吸附工業(yè)裝置要求分子篩含水量須小于1%,活性炭含水量須小于2%,否則會影響吸附的性能需重新活化。分子篩活化在通氣吹除的情況下活化溫度控制在360°C左右，不通氣情況下活化溫度控制在500°C左右，活性炭活化溫度控制在150C左右?；罨瘯r間通常控制恒溫時間4小時以上。吸附劑吸潮后由于使用廠家一般不具備活化的條件，故都送到吸附劑生產(chǎn)廠家去活化。PSA進(jìn)料中為什么要充分脫水？怎樣防止進(jìn)料帶水？答：由吸附劑對水的吸附性能可知，吸附劑極易吸水，而且脫附困難，同時吸附劑吸水之后，對其它分子的吸附能力下降。所以必須對進(jìn)料氣進(jìn)行嚴(yán)格脫水，以防止損害吸附劑。為了防止進(jìn)料帶水，通常在進(jìn)料線上增設(shè)進(jìn)料氣水分離器，同時，為防止冬季飽和氣體在管線中發(fā)生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進(jìn)料管線進(jìn)行伴熱或保溫。16.吸附劑在使用中受潮引起性能下降如何處理？答:吸附劑在使用中受潮如果不是很嚴(yán)重，可以用干燥的氣體進(jìn)行吹除或用抽真空方式抽吸，降低水的分壓，使吸附劑恢復(fù)部分活性，維持生產(chǎn)使用，但吸附性能難以恢復(fù)如初。如果受潮嚴(yán)重只有按照吸附劑活化處理辦法重新活化。吸附器充分吸附雜質(zhì)后，各雜質(zhì)在吸附劑上如何分布？為什么？答：當(dāng)吸附器充分地吸附了雜質(zhì)以后，雜質(zhì)界面最前沿為氮氣、一氧化碳，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底層是微量的水。雜質(zhì)在吸附劑中的分布規(guī)律與吸附劑對各雜質(zhì)組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關(guān)。在吸附器中，活性炭作為主要的吸附劑裝填在下部，分子篩作為輔助吸附劑裝填在上部。進(jìn)料氣由吸附器底部進(jìn)入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對雜質(zhì)的吸附能力的大小次序為：H2<<N2<CO<CH4<CO2<H20，所以吸附過程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下來。剩余的雜質(zhì)N2又被上部分子篩吸附，從而獲得高純度的氫氣。在PSA工藝中，對進(jìn)料氣中的高級烴含量有何限制？為什么？如何解決進(jìn)料氣中高級烴含量多的問題？答：當(dāng)PSA工藝被用于直接從煉油廠尾氣中回收氫氣時，就出現(xiàn)了對進(jìn)料氣中高級烴含量限制的問題。這是因為大分子烴類吸附在吸附劑上容易液化，降壓脫附時難于完全脫附出去，久而久之會使吸附劑的吸附能力下降，因此要限制PSA進(jìn)料氣中大分子高級烴的含量，一般要求高于碳三的烴類總含量不能大于1.0%。當(dāng)PSA進(jìn)料氣中碳三以上烴類含量較高時，不能直接進(jìn)變壓吸附，需要在前面增加設(shè)備，有的先用變溫吸附脫除碳三以上的重?zé)N，然后再進(jìn)PSA單元。簡述均壓過程和意義。答：被吹掃后的吸附器內(nèi)吸附劑再生完成，但吸附器內(nèi)壓力很低，與進(jìn)料壓力的壓差太大，不能直接進(jìn)行吸附，需要先升壓。而完成吸附步驟的吸附器壓力較高，同時吸附劑顆粒之間，存留一部分氫氣應(yīng)當(dāng)回收。均壓過程即是吸附之后的高壓吸附器與再生之后的低壓吸附器進(jìn)行壓力均衡，高壓吸附器內(nèi)部的氫氣流入低壓吸附器。均壓過程重，高壓吸附器壓力降低，部分雜質(zhì)脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質(zhì)界面上移。所以均壓過程使得再生后低壓吸附器的壓力升高，并充分利用高壓吸附器內(nèi)部存留氫氣，提高氫回收率。為什么順流卸壓過程中吸附器內(nèi)的雜質(zhì)界面上移？答：變壓吸附是物理吸附，壓力降低時，被吸附的雜質(zhì)可以脫附，所以當(dāng)吸附器順流卸壓時，隨著壓力的降低，部分雜質(zhì)逐漸脫附，并隨著物流上移，同時又被床層上部尚未吸附雜質(zhì)的吸附劑重新吸附下來。因而順流卸壓過程中吸附器內(nèi)雜質(zhì)界面逐漸上移。簡述排放和被吹掃過程及其作用。答：排放是吸附器從供吹掃終止壓力下降到廢氣壓力的逆流卸壓過程，排放位置在吸附器底部，隨著壓力的不斷降低，雜質(zhì)不斷脫附并排入廢氣系統(tǒng)，雜質(zhì)前沿界面逐漸下移，所以排放過程使吸附器內(nèi)大部分雜質(zhì)脫附排出。排放結(jié)束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進(jìn)入進(jìn)行逆流吹掃，使殘留雜質(zhì)不斷脫附并隨物流排入廢氣系統(tǒng)，從而使絕大多數(shù)的吸附劑實現(xiàn)再生。所以，排放和被吹掃的作用就是排除吸附器內(nèi)的雜質(zhì)，使吸附劑實現(xiàn)再生。廢氣緩沖罐又什么作用？答：PSA運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，其壓力、流量和組成都發(fā)生周期性的變化。而作為轉(zhuǎn)化爐的燃料氣應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設(shè)置了廢氣緩沖罐，其作用就是為轉(zhuǎn)化爐提供流量、壓力和組成接近均勻一致的燃料氣。進(jìn)料組成變化對PSA有何影響？答：進(jìn)料中氫含量增加時，產(chǎn)氫量何氫收率提高。當(dāng)氫含量低于設(shè)計值時，進(jìn)料中雜質(zhì)增加，產(chǎn)氫量和氫收率降低。如進(jìn)料中雜質(zhì)濃度增高而未能及時縮短吸附時間（或者降低進(jìn)料流量），則能造成雜質(zhì)超載，使產(chǎn)品純度下降，影響PSA的操作性能。進(jìn)料流速變化對PSA有何影響？答：進(jìn)料流速降低時，因減少了傳質(zhì)區(qū)的長度而改善了分離效果，應(yīng)延長吸附時間以充分利用吸附劑，獲得較高的氫收率。當(dāng)進(jìn)料流速提高時，加長了傳質(zhì)區(qū)的長度，分離效果變壞，應(yīng)縮短吸附時間，保證產(chǎn)品純度，保護(hù)吸附劑，雖然氫收率下降（活產(chǎn)品純度下降），但因處理量增加產(chǎn)氫量還是提高了。進(jìn)料溫度變化對PSA有何影響？答:變壓吸附是物理吸附過程，進(jìn)料溫度的高低直接影響吸附劑的吸附性能。進(jìn)料溫度太高，吸附劑的吸附能力下降，因而造成氫收率下降，同時還影響產(chǎn)品純度和吸附劑的使用壽命。而溫度太低了再生困難，如果因此造成吸附劑再生部完全，則惡性循環(huán)的后果將導(dǎo)致雜質(zhì)超載的現(xiàn)象而損害吸附劑。由聯(lián)碳公司提供的資料可知，常溫下，10~30C范圍內(nèi)幾乎有相等的氫收率，進(jìn)料溫度太高或太低，氫收率都有所下降。吸附壓力是否越高越好？為什么？答：變壓吸附是物理吸附過程，其吸附量隨壓力的增加而增加。開始近乎直線增加，而后增加緩慢，當(dāng)壓力增加到一定值時，吸附量趨于一穩(wěn)定的極大值。在較高壓力下，氫氣的吸附量也增加，所以損失加大；加上再生工藝的特點，使得氫收率有所下降。由此可見，在一定的壓力范圍內(nèi)，隨壓力的升高雜質(zhì)的吸附量增加而氫收率提高。而吸附壓力過高氫收率反而下降。所以吸附壓力并非越高越好。用于氫氣提純的PSA裝置的吸附壓力一般設(shè)計值為2.3Mpa左右。吹掃壓力是否越低越好？為什么？答：吹掃壓力即廢氣壓力，吹掃壓力越低，氫回收率越高，吸附劑再生越好。反之，吹掃壓力越高，氫回收率越低。但考慮到廢氣要能直接送到轉(zhuǎn)化爐做燃料，故廢氣緩沖罐出口壓力最低保持0.03Mpa（表）。什么是雜質(zhì)超載？有哪些危害？答：在一定的工藝條件下，每個循環(huán)中被吸附劑吸附的雜質(zhì)量超出最大設(shè)計允許吸附量時稱為雜質(zhì)超載。雜質(zhì)超載的發(fā)生不僅使產(chǎn)品純度下降，而且還損害吸附劑。造成雜質(zhì)超載的原因有哪些？如何防范？答：⑴.每周期循環(huán)時間過長，使每周期吸附的雜質(zhì)量超出允許值，造成雜質(zhì)超載。所以應(yīng)根據(jù)實際進(jìn)料流量的大小及時調(diào)整吸附時間。⑵.不適當(dāng)?shù)厥褂?手動步進(jìn)”方式，人為地延長了每周期循環(huán)時間，也能造成雜質(zhì)超載，因此在使用"手動步進(jìn)”方式時要避免裝置停留在手動步進(jìn)方式的周期時間超長。⑶.閥門泄漏也能引起雜質(zhì)超載。所以應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)閥門故障并及時切換到替換運(yùn)行程序。⑷.進(jìn)料雜質(zhì)超出規(guī)格要求。如果雜質(zhì)濃度高，則應(yīng)及時降低進(jìn)料量并縮短吸附時間，若雜質(zhì)的成分特殊，則應(yīng)及時切出PSA。⑸.液體夾帶不僅降低了吸附劑對正常雜質(zhì)的吸附能力造成雜質(zhì)超載，而且脫附困難，嚴(yán)重?fù)p害吸附劑。所以進(jìn)料氣要經(jīng)過嚴(yán)格地脫水分離。⑹.進(jìn)料溫度過高吸附劑的吸附能力下降，也能造成雜質(zhì)超載。所以應(yīng)控制進(jìn)料溫度在要求的范圍內(nèi)。吸附器壓力的快速變化對吸附劑會造成什么危害？答：吸附器壓力的快速變化將引起吸附劑床層的松動或壓碎。使經(jīng)過吸附器的壓降增加。由于吸附劑的壓碎而產(chǎn)生的粉塵將通過吸附器中的攔截篩網(wǎng)漏出，并且還可能損壞工藝閥門閥座，堵塞儀表管線，而使裝置的操作性能變壞，甚至?xí)?dǎo)致停車。為什么要根據(jù)進(jìn)料流量的大小調(diào)整吸附時間？答：每個吸附器在一定的產(chǎn)品規(guī)格要求和一定量吸附劑的條件下，吸附劑對雜質(zhì)的允許吸附量是一定的。所以每個吸附步驟只能提純一定量的進(jìn)料氣。在一定的進(jìn)料流速下，如果吸附時間過長，則吸附劑過多地吸附了雜質(zhì)造成雜質(zhì)超載，不僅使產(chǎn)品純度下降，而且使PSA操作性能變壞。若吸附時間太短，則不能充分利用吸附劑，達(dá)不到應(yīng)有的氫收率，造成浪費。所以應(yīng)根據(jù)實際進(jìn)料流量的大小合理地調(diào)整吸附時間，充分利用吸附劑，在保證產(chǎn)品純度和保護(hù)好吸附劑的前提下，獲得高的氫收率。簡述吸附時間控制方式的應(yīng)用。答：吸附時間的控制方式有自動和手動（或能力和局部）兩種控制方式。自動方式控制時，吸附時間作為進(jìn)料流率的一個函數(shù)自動計算。因此吸附時間可以隨進(jìn)料流率的變化而及時地自動調(diào)整；而且可以通過調(diào)整控制系數(shù)使得吸附時間與進(jìn)料流量相匹配，使氫回收率保持在一個高水平上。所以，在正常生產(chǎn)中自動（或能力）控制方式是優(yōu)先選擇的操作方式。手動（或局部）控制方式時，吸附時間的控制由操作員利用控制臺鍵盤輸入新的吸附時間來實現(xiàn)。所以局部控制方式一般應(yīng)用于開停車或者進(jìn)料組成急劇變化和懷疑進(jìn)料流量計有故障等異常情況下，操作員根據(jù)需要或?qū)嶋H進(jìn)料量的大小，輸入合適的吸附時間，以便盡快地得到合格產(chǎn)品和防止雜質(zhì)超載的現(xiàn)象發(fā)生。如何使低的產(chǎn)品純度恢復(fù)正常？答：要使低的產(chǎn)品純度恢復(fù)正常，通常采用縮短吸附時間的操作來實現(xiàn)。首先要找出使產(chǎn)品純度下降的原因，并給予糾正，如果需要切換則應(yīng)及時切換到相應(yīng)的替換運(yùn)行程序，然后縮短吸附時間?？赏ㄟ^局部控制方式人為地輸入一個較小的吸附時間，也可在能力控制方式下通過減小控制系數(shù)來縮短吸附時間。如果吸附時間設(shè)定到最小而產(chǎn)品純度仍未恢復(fù)時，則有必要降低進(jìn)料流量，使每循環(huán)周期的處理量更少，以便盡快地恢復(fù)產(chǎn)品純度。產(chǎn)品純度恢復(fù)正常后，應(yīng)緩慢地增加吸附時間以提高氫回收率，并根據(jù)實際需要調(diào)整進(jìn)料流量。由替換運(yùn)行程序切回到主運(yùn)行程序前，應(yīng)做好那些準(zhǔn)備工作？答：在六床PSA中，通常把六床循環(huán)過程稱為主運(yùn)行