變壓吸附分離氫提純操作方法

變壓吸附分離氫提純操作方法1．1概述吸附分離是一門老的學(xué)科。早在數(shù)千年前，人們就開始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物質(zhì)所具有的強(qiáng)吸附能力進(jìn)行防潮、脫臭和脫色。但由于這些吸附劑的吸附能力較低、選擇性較差，因而難于大規(guī)模用于現(xiàn)代工業(yè)。變壓吸附(PressureSwingAdsorption)氣體分離與提純技術(shù)成為大型化工工業(yè)的一種生產(chǎn)工藝和獨(dú)立的單元操作過程，是在本世紀(jì)六十年代迅速發(fā)展起來的。這一方面是由于隨著世界能源的短缺，各國和各行業(yè)越來越重視低品位資源的開發(fā)與利用，以及各國對環(huán)境污染的治理要求也越來越高，使得吸附分離技術(shù)在鋼鐵工業(yè)、氣體工業(yè)、電子工業(yè)、石油和化工工業(yè)中日益受到重視；另一方面，六十年代以來，吸附劑也有了重大發(fā)展，如性能優(yōu)良的分子篩吸附劑的研制成功，活性炭吸附劑、活性氧化鋁和硅膠性能的不斷改進(jìn)，以及ZSM特種吸附劑和活性炭纖維的發(fā)明，都為連續(xù)操作的大型吸附分離工藝奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于變壓吸附(PSA)氣體分離技術(shù)是依靠壓力的變化來實(shí)現(xiàn)吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節(jié)能型氣體分離技術(shù)。并且，該工藝過程簡單、操作穩(wěn)定、對于含多種雜質(zhì)的混合氣可將雜質(zhì)一次脫除得到高純度產(chǎn)品。因而近三十年來發(fā)展非常迅速，已廣泛應(yīng)用于含氫氣體中氫氣的提純，混合氣體中一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮?dú)?、氬氣和烴類的制取、各種氣體的無熱干燥等。而其中變壓吸附制取純氫技術(shù)的發(fā)展尤其令人矚目。自一九六二年美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)第一套工業(yè)PSA制氫裝置投產(chǎn)以來，UCC公司、HaldorTopsoe公司、Linder公司等已先后向各國提供了近千套變壓吸附制氫裝置，裝置的處理能力最大已達(dá)100000Nm3/h以上。與國外相比，國內(nèi)的變壓吸附技術(shù)起步較晚，特別是在PSA裝置大型化技術(shù)方面較為落后，以至在七、八十年代，我國的大型變壓吸附裝置完全依賴進(jìn)口。為改變這種狀況，科研人員進(jìn)行了堅(jiān)持不懈的努力，終于成功地完成了變壓吸附計(jì)算機(jī)集成液壓操縱技術(shù)和高性能三偏心金屬密封程控蝶閥的開發(fā)工作，并合作研制成功了比國外制氫分子篩吸附容量更大、強(qiáng)度更高的新型5A制氫分子篩。實(shí)現(xiàn)了大型變壓吸附裝置國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)的突破。1．2變壓吸附工藝原理1．2.1基本原理及常識吸附是指當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時(shí)，其中密度較低物質(zhì)的分子在密度較高的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過程。具有吸附作用的物質(zhì)(一般為密度相對較大的多孔固體)被稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)(——般為密度相對較小的氣體或液體)稱為吸附質(zhì)。吸附按其性質(zhì)的不同可分為四大類，即：化學(xué)吸著、活性吸附、毛細(xì)管凝縮、物理吸附?；瘜W(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)問發(fā)生有化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成化合物的吸附過程。其吸附過程一般進(jìn)行得很慢，且解吸過程非常困難?；钚晕绞侵肝絼┡c吸附質(zhì)間生成有表面絡(luò)合物的吸附過程。其解吸過程一般也較困難。毛細(xì)管凝縮是指固體吸附劑在吸附蒸氣時(shí)，在吸附劑孔隙內(nèi)發(fā)生的凝結(jié)現(xiàn)象。一般需加熱才能完全再生。物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力(即范德華力)進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附過程進(jìn)行得極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。PSA制氫裝置中的吸附主要為物理吸附。在物理吸附中，各種吸附劑對氣體分子之所以有吸附能力是由于處于氣、固相分界面上的氣體分子的特殊形態(tài)。一般來說，只處于氣相中的氣體分子所受的來自各方面的分子吸引力是相同的，氣體分子處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；而當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到氣、固相分界面時(shí)(即撞擊到吸附劑表面時(shí))，氣體分子將同時(shí)受到固相和氣相中分子的引力，其中來自固相分子的引力更大，當(dāng)氣體分子的分子能不足以克服這種分子引力時(shí)，氣體分子就會被吸附在固體吸附劑的表面。被吸附在固體吸附劑表面的氣體分子又被稱為吸附相，其分子密度遠(yuǎn)大于氣相，一般可接近于液體的密度。吸附力——固體吸附劑表面分子對吸附相中氣體分子的吸引力可由以下的公式來描述：其中：C1表示引力常數(shù)，與分子的大小、結(jié)構(gòu)有關(guān);C2表示電磁力常數(shù)，主要與分子的極性和瞬時(shí)偶極矩有關(guān);R表示分子間距離由上式看出，對于不同的氣體組分，由于其分子的大小、結(jié)構(gòu)、極性等性質(zhì)各不相同，吸附劑對其吸附的能力和吸附容量也就各不相同。變壓吸附技術(shù)所利用的就是吸附劑的這一特性。由于吸附劑對混合氣體中的氫組分吸附能力很弱，而對其它組分吸附能力較強(qiáng)，因而通過裝有不同吸附劑的混合吸附床層，就可將各種雜質(zhì)吸附下來，得到提純的氫氣。下圖象征性地給出了不同組分在分子篩上的吸附強(qiáng)弱順序。吸附平衡是指在一定的溫度和壓力下，吸附劑與吸附質(zhì)充分接觸，最后吸附質(zhì)在兩相中的分布達(dá)到平衡的過程。在實(shí)際的吸附過程中，吸附質(zhì)分子會不斷地碰撞吸附劑表面并被吸附劑表面的分子引力束縛在吸附相中；同時(shí)吸附相中的吸附質(zhì)分子又會不斷地從吸附劑分子或其它吸附質(zhì)分子得到能量，從而克服分子引力離開吸附相；當(dāng)—定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入吸附相的分子數(shù)和離開吸附相的分子數(shù)相等時(shí)，吸附過程就達(dá)到了平衡。對于物理吸附而言，動(dòng)態(tài)吸附平衡很快就能完成，并且在一定的溫度和壓力下，對于相同的吸附劑和吸附質(zhì)，平衡吸附量是一個(gè)定值。變壓吸附與變溫吸附由吸附平衡理論知道，壓力越高，單位時(shí)間內(nèi)撞擊到吸附劑表面的氣體分子數(shù)越多，因而壓力越高平衡吸附容量也就越大；溫度越高，氣體分子的動(dòng)能越大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就越少，因而溫度越高平衡吸附容量也就越小。用不同溫度下的吸附等溫線來描述這一關(guān)系，如下圖：從上圖的B→A和C→D可以看出：在溫度一定時(shí)，隨著壓力的升高吸附容量逐漸增大；從上圖的B→C和A→D可以看出：在壓力一定時(shí)，隨著溫度的升高吸附容逐漸減小。變壓吸附分離工作原理就是利用上圖中吸附劑在A→B段的特性來實(shí)現(xiàn)氣體的吸附與解吸的。吸附劑在常溫高壓(即A點(diǎn))下大量吸附原料氣中除氫以外的雜質(zhì)組分，得到純度較高的氫氣，然后降低壓力(到B點(diǎn))使各種雜質(zhì)得以解吸，吸附劑得以循環(huán)利用。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，吸附分離一般分為變壓吸附和變溫吸附兩大類。從吸附劑的吸附等溫線可以看出，吸附劑在高壓下對雜質(zhì)的吸附容量大，低壓下吸附容量小。同時(shí)從吸附劑的吸附等壓線我們也可以看到，在同一壓力下吸附劑在低溫下吸附容量大，高溫下吸附容量小。利用吸附劑的前一性質(zhì)進(jìn)行的吸附分離稱為變壓吸附(PSA)，利用吸附劑的后一性質(zhì)進(jìn)行的吸附分離就稱為變溫吸附(TSA)。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中一般依據(jù)氣源的組成、壓力及產(chǎn)品要求的不同來選擇TSA、PSA或TSA+PSA工藝。變溫吸附工藝由于需要升溫，因而循環(huán)周期長、投資較大，但再生徹底，通常用于微量雜質(zhì)或難解吸雜質(zhì)的凈化；變壓吸附工藝的循環(huán)周期短，吸附劑利用率高，吸附劑用量相對較少，不需要外加換熱設(shè)備，被廣泛用于大氣量多組分氣體的分離與純化。變壓吸附在工業(yè)變壓吸附(PSA)工藝中，吸附劑通常都是在常溫和較高壓力下，將混合氣體中的易吸附組分吸附，不易吸附的組分從床層的一端流出，然后降低吸附劑床層的壓力，使被吸附的組分脫附出來，從床層的另一端排出，從而實(shí)現(xiàn)了氣體的分離與凈化，同時(shí)也使吸附劑得到了再生。但在通常的PSA工藝中，吸附床層壓力即使降至常壓，被吸附的雜質(zhì)也不能完全解吸，這時(shí)可采用兩種方法使吸附劑完全再生：一種是用產(chǎn)品氣對床層進(jìn)行“沖洗”，將較難解吸的雜質(zhì)沖洗下來，其優(yōu)點(diǎn)是常壓下即可完成，但缺點(diǎn)是會多損失部分產(chǎn)品氣；另一種是利用抽真空的辦法進(jìn)行再生，使較難解吸的雜質(zhì)在負(fù)壓下強(qiáng)行解吸下來，這就是通常所說的真空變壓吸附(VacuumPressureSwingAdsorption，縮寫為VPSA或VSA)。VPSA工藝的優(yōu)點(diǎn)是再生效果好，產(chǎn)品收率高，但缺點(diǎn)是需要增加真空泵。在實(shí)際應(yīng)用過程中，究竟采用以上何種工藝，主要視原料氣的組成條件、流量、產(chǎn)品要求以及工廠的資金和場地等情況而決定。對于原料氣壓力較高的裝置，采用沖洗方式再生較好。1．2.2變壓吸附的工藝條件與吸附能力的關(guān)系原料氣組成吸附塔的處理能力與原料氣組成的關(guān)系很大。原料氣中氫含量越高時(shí)，吸附塔的處理能力越大；原料氣雜質(zhì)含量越高，特別是凈化要求高的有害雜質(zhì)含量越高時(shí)，吸附塔的處理能力越小。原料氣溫度原料氣溫度越高，吸附劑的吸附量越小，吸附塔的處理能力越低。吸附壓力原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。解吸壓力解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。產(chǎn)品純度要求的產(chǎn)品純度越高，吸附劑的有效利用率就越低，吸附塔的處理能力越低。氫氣回收率由于PSA裝置的氫氣損失來源于吸附劑的再生階段，因而吸附塔的處理能力越高，則再生的周期就可以越長，單位時(shí)間內(nèi)的再生次數(shù)就越少，氫氣損失就越少，氫回收率就越高。也就是說，在原料氣組分和溫度一定的情況下應(yīng)盡量提高吸附壓力、降低解吸壓力、降低產(chǎn)品純度，從而提高氫氣回收率，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。1．3吸附劑工業(yè)PSA制氫裝置所用的吸附劑都是具有較大比表面積的固體。一般工業(yè)所用吸附劑的特性如下：1．3.1活性氧化鋁活性氧化鋁為一種物理化學(xué)性能極其穩(wěn)定的高空隙Al2O2，規(guī)格為Φ3~5球狀，抗磨耗、抗破碎、無毒。對幾乎所有的腐蝕性氣體和液體均不起化學(xué)反應(yīng)。主要裝填在吸附塔底部，用于脫除水分。1．3.2活性炭活性炭是以煤為原料，經(jīng)特別的化學(xué)和熱處理得到的孔隙特別發(fā)達(dá)的專用活性炭。屬于耐水型無極性吸附劑，對原料氣中幾乎所有的有機(jī)化合物都有良好的親和力?；钚蕴恳?guī)格為Φ.5條狀，裝填于吸附塔中部，主要用于脫除二氧化碳和部分甲烷。1．3.3分子篩分子篩為一種具有立方體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，型號為5A，規(guī)格為Φ2~3球狀，無毒，無腐蝕性。5A分子篩不僅有著發(fā)達(dá)的比表面積，而且有著非常均勻的空隙分布，其有效孔徑為0.5nm。5A分子篩是一種吸附量較高且吸附選擇性極佳的優(yōu)良吸附劑，裝填于吸附塔的上部，用于脫除甲烷、一氧化碳。幾乎所有的吸附劑都是吸水的，特別是5A分子篩具有極強(qiáng)的親水性，因而在吸附劑的保管和運(yùn)輸過程中應(yīng)特別注意防潮和包裝的完整性。5A分子篩如果受潮，則必須作活化處理。對于廢棄的吸附劑，一般采用深埋處理。但應(yīng)注意：在卸取吸附劑時(shí)，必須先用氮?dú)膺M(jìn)行置換以確保塔內(nèi)無有毒或爆炸性氣體。在正常使用情況下，PSA工段的吸附劑一般是和裝置同壽命的。1．4變壓吸附氫提純工藝過程1．4.1吸附分離的主要工序吸附工序——在常溫、高壓下吸附雜質(zhì)，出產(chǎn)品。減壓工序——通過一次或多次的均壓降壓過程，將床層死空間氫氣回收。順放工序——通過順向減壓過程獲得沖洗再生氣源。逆放工序——逆著吸附方向減壓使吸附劑獲得部分再生。沖洗工序——用其它塔順放出的氫氣沖洗吸附床，降低雜質(zhì)分壓，使吸附劑完成最終的再生，沖洗時(shí)間越長越好。升壓工序——通過一次或多次的均壓升壓和產(chǎn)品氣升壓過程使吸附塔壓力升至吸附壓力，為下一次吸附作好準(zhǔn)備。以十床吸附為例，各個(gè)工序如下圖：1．4.2十床變壓吸附氫提純簡述十床變壓吸附氫提純共由十臺吸附塔組成，其中兩臺始終處于吸附狀態(tài)，其余八臺處于再生的不同階段。十臺吸附塔的整個(gè)吸附與再生工藝切換過程均是通過程控閥門按一定的工藝步序和順序進(jìn)行開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。十床變壓吸附氫提純的工作過程依次如下：1．4.2.1吸附過程原料氣經(jīng)程控閥，自塔底進(jìn)入PSA的十個(gè)吸附塔中正處于吸附狀態(tài)的兩臺吸附塔，其中除H2以外的雜質(zhì)組份被裝填的多種吸附劑依次吸附，得到純度大于99.99％的產(chǎn)品氫氣從塔頂排出，經(jīng)程控閥和吸附壓力調(diào)節(jié)閥送出界區(qū)。1．4.2.2均壓降壓過程這是在吸附過程完成后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)較高壓力氣體依次放入其它已完成再生的較低壓力塔的過程，這一過程不僅是降壓過程，而且也回收了吸附床層死空間內(nèi)的氫氣，十床吸附一般有共四次連續(xù)均壓降壓過程，分別稱為：一均降(ElD)、二均降(E2D)、三均降(E3D)和四均降(E4D)。1．4.2.3順放過程這是吸附塔在均壓結(jié)束后，順著吸附方向減壓，減壓出來的氫氣用作其它吸附塔的沖洗再生氣源。十床吸附一般有三次順放過程，分別用于對三個(gè)吸附塔進(jìn)行沖洗，依次稱為：順放一(PP1)、順放二(PP2)和順放三(PP3)。1．4.2.4逆放過程這是吸附塔在完成均壓降壓過程后，逆著吸附方向?qū)⑺?nèi)壓力降至0.03MPa的過程，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中解吸出來,經(jīng)程控閥門和調(diào)節(jié)閥放入解吸氣緩沖罐中。1．4.2.5沖洗過程在這一過程中，逆著吸附方向用其它吸附塔順放出的氫氣沖洗床層，使吸附劑中的雜質(zhì)得以完全解吸。共包括三次沖洗過程，依次稱為：沖洗三(P3)、沖洗二(P2)和沖洗一(P1)。三個(gè)過程分別由程控閥控制進(jìn)行，沖洗出的解吸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥放入解吸氣緩沖罐中。1．4.2.6均壓升壓過程該過程與均壓降壓過程相對應(yīng)。在這一過程中，分別利用其他吸附塔的均壓降壓氣體依次從吸附塔頂部對吸附塔進(jìn)行升壓。共包括四次連續(xù)均壓升壓過程，依次稱為：四均升(E4R)、三均升(E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。各次均升通過程控閥控制進(jìn)行。1．4.2.2產(chǎn)品氣升壓過程經(jīng)過四次均壓升壓過程后，吸附塔壓力已升至接近于吸附壓力。這時(shí)，用產(chǎn)品氫氣經(jīng)程控閥自塔頂將吸附塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)過這一過程后，吸附塔便完成了整個(gè)再生過程，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。與其它低數(shù)量床吸附相比，十床變壓吸附具有如下特點(diǎn)：1.均壓次數(shù)多，氫氣回收充分，氫氣損失小。2.沖洗時(shí)間長，沖洗效果好。3.沖洗過程改傳統(tǒng)的“塔對塔一次沖洗過程”為分三次沖洗過程，即用壓力最低的順放氣沖洗雜質(zhì)含量最高的吸附床，用壓力較高的順放氣沖洗雜質(zhì)含量較高的吸附床，壓力最高的順放氣沖洗雜質(zhì)含量最低的吸附床。避免了傳統(tǒng)流程沖洗過程中的二次污染問題。使吸附床的再生效果更好。1．4.3四床變壓吸附氫提純簡述（缺）1．4.3變壓吸附氫提純技術(shù)在石化行業(yè)中的應(yīng)用1．4.3.1概況某大型制氫裝置規(guī)模如下：裝置公稱處理低變氣能力：93036m3/h裝置公稱產(chǎn)氫能力：60000m3/h裝置設(shè)計(jì)操作彈性：30~105％PSA裝置組成：10臺吸附塔和2臺解吸氣緩沖罐序號名稱位號規(guī)格及型號操作條件填料種類操作介質(zhì)數(shù)量(臺)1吸附塔A1001A～JΦ3600X12587溫度：40℃壓力:0.03~2.45MPa活性氧化鋁活性炭分子篩變換氣102解吸氣緩沖罐V2014A、BΦ4200X32714溫度：40℃壓力：0.03MPa解吸氣2PSA制氫裝置是為在特定壓力下從特定的組分中提取氫氣而設(shè)計(jì)的。一般裝置的設(shè)計(jì)允許原料氣組分和壓力在很寬的范圍內(nèi)變化，但在不同的原料氣條件下吸附參數(shù)應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。調(diào)節(jié)均可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。另外，只有在設(shè)計(jì)條件下操作時(shí)，在原料氣條件不變的情況下，裝置才能按設(shè)計(jì)的物料平衡將原料氣分成產(chǎn)品氫和燃?xì)狻．?dāng)原料氣條件變化時(shí)，物料平衡也將發(fā)生相應(yīng)的變化。設(shè)計(jì)的原料氣為：低變氣。設(shè)計(jì)主要產(chǎn)品為：氫氣，用作加氫裝置原料；副產(chǎn)品為解吸氣，用作燃?xì)?。在?shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品氫的純度可通過改變PSA裝置的操作條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，而解吸氣的組成也會隨原料氣和產(chǎn)品氣的不同而略有不同。其原料及產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)格如下：原料氣（低變氣）產(chǎn)品氣（工業(yè)氫）副產(chǎn)品（解吸氣）溫度40℃40℃40℃壓力2.45MPa(G)2.35MPa(G)0.03MPa(G)組成mol％H271.6599.99mol％20.18CO0.300.84CO221.5l60.58CH46.260.0l11．61H2O0.280.79CO+CO2≤20ppm合計(jì)100.00100100.00%設(shè)計(jì)流程為：壓力2.45MPa(G)、溫度40℃的變換氣自變換單元來，從塔底部進(jìn)入吸附塔(A200lA～J)中正處于吸附工況的塔(始終有2臺)，在多種吸附劑組成的復(fù)合吸附床的依次選擇吸附下，一次性除去氫以外的幾乎所有雜質(zhì)，直接獲得純度大于99.99％的產(chǎn)品氫氣從塔頂排出，然后經(jīng)吸附壓力調(diào)節(jié)閥PV7702后送出界區(qū)。PSA單元除送出產(chǎn)品氫外，還產(chǎn)生逆放解吸氣和沖洗解吸氣。逆放解吸氣來自于吸附床的逆放步驟，沖洗解吸氣產(chǎn)生于沖洗步驟，所有的解吸氣均經(jīng)過調(diào)節(jié)閥PV7704、PV7705后送人解吸氣緩沖罐V2014A、B。逆放解吸氣和沖洗解吸氣在緩沖罐中混合后，經(jīng)FV7503調(diào)節(jié)后送往低壓燃?xì)庀到y(tǒng)。1．4.3.2吸附塔的工作過程1.吸附過程原料氣經(jīng)程控閥KV7701A～J，自塔底進(jìn)入PSA吸附塔A200lA～J中正處于吸附狀態(tài)的兩臺吸附塔，其中除H2以外的雜質(zhì)組份被裝填的多種吸附劑依次吸附，得到純度大于99.99％的產(chǎn)品氫氣從塔頂排出，經(jīng)程控閥KV7702A～J和吸附壓力調(diào)節(jié)閥PV7702后送出界區(qū)。2.均壓降壓過程這是在吸附過程完成后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)較高壓力氣體依次放入其它已完成再生的較低壓力塔的過程，這一過程不僅是降壓過程，而且也回收了吸附床層死空間內(nèi)的氫氣，該P(yáng)SA裝置主流程共包括四次連續(xù)均壓降壓過程，分別稱為：一均降(ElD)、二均降(E2D)、三均降(E3D)和四均降(E4D)。一均降通過程控閥KV7706A～了和管線P2065進(jìn)行，二均降通過程控閥KV7704A～J和管線P2063進(jìn)行，三均降、四均降通過程控閥KV7703A一J和管線P2062進(jìn)行。3.順放過程這是吸附塔在均壓結(jié)束后，順著吸附方向減壓，減壓出來的氫氣用作其它吸附塔的沖洗再生氣源。本流程包括三次J順放過程，分別用于對三個(gè)吸附塔進(jìn)行沖洗，依次稱為：順放一(Pn)、順放二(PP2)和順放三(PP3)。順放——通過程控閥KV7704A~J和管線P2063進(jìn)行，順放二和順放三通過程控閥KV7705A～J和管線P2064進(jìn)行。4.逆放過程這是吸附塔在完成均壓降壓過程后，逆著吸附方向?qū)⑺?nèi)壓力降至0.03MPa的過程，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中解吸出來。逆放解吸氣經(jīng)程控閥門KV7707A~J排除，再經(jīng)FG2061和FG2062管線及調(diào)節(jié)閥PV7704和PV7705放入緩沖罐V2014A、B。5.沖洗過程在這一過程中，逆著吸附方向用其它吸附塔順放出的氫氣沖洗床層，使吸附劑中的雜質(zhì)得以完全解吸。本流程共包括三次沖洗過程，依次稱為：沖洗三(P3)、沖洗二(P2)和沖洗一(P1)。沖洗一通過程控閥KV7704A～J和管線P2063進(jìn)行，沖洗二和沖洗三通過程控閥KV7705A～J和管線P2064進(jìn)行，沖洗出的解吸氣經(jīng)FG2061和FG2062管線及調(diào)節(jié)閥PV7704和PV7704放入緩沖罐V2014A、B。6.均壓升壓過程該過程與均壓降壓過程相對應(yīng)。在這一過程中，分別利用其他吸附塔的均壓降壓氣體依次從吸附塔頂部對吸附塔進(jìn)行升壓。該P(yáng)SA裝置主流程共包括四次連續(xù)均壓升壓過程，依次稱為：四均升(E4R)、三均升(E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。一均升通過程控閥KV7706A～J和管線P2065進(jìn)行，二均升通過程控閥KV7704A～J和管線P2063進(jìn)行，三均升、四均升通過程控閥KV7703A一工和管線P2062進(jìn)行。1．產(chǎn)品氣升壓過程經(jīng)過四次均壓升壓過程后，吸附塔壓力已升至接近于吸附壓力。這時(shí)，用產(chǎn)品氫氣經(jīng)程控閥KV7708或KV7709、和程控閥KV7706A～J自塔頂將吸附塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)過一過程后，吸附塔便完成了整個(gè)再生過程，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。1．4.3.3工藝步序說明該裝置共有十臺吸附塔組成，其中兩臺始終處于吸附狀態(tài)，其余八臺處于再生的不同階段。十臺吸附塔的整個(gè)吸附與再生工藝切換過程均是通過程控閥門按一定的工藝步序和順序進(jìn)行開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。對程控閥編號：PSA氫提純部分的工藝步序和閥門開關(guān)狀態(tài)表：10—2—4流程(主流程)☆步序描述：現(xiàn)以吸附塔A2001A(簡稱A塔)為例描述主流程的整個(gè)工藝步序過程，A200lB～J的工藝過程與A200lA完全相同。步序1：吸附(A)原料氣經(jīng)程控閥KV7701A進(jìn)入PSA吸附塔A2001A，其中除H，以外的雜質(zhì)組份被吸附塔中裝填的多種吸附依次吸附，得到純度大于99.99％的產(chǎn)品氫氣經(jīng)程控閥KV7702A排出。大部分產(chǎn)品氫氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥PV7702穩(wěn)壓后送出界區(qū)，少部分氫氣通過程控閥KV7708后用于B、C兩塔的產(chǎn)品氣升壓。隨著吸附的進(jìn)行，當(dāng)雜質(zhì)的前鋒(即：產(chǎn)品氣所允許的最大雜質(zhì)濃度點(diǎn)，以下稱吸附前沿)上升至接近于吸附床出口時(shí)，關(guān)閉KV7701A、KV7702A停止吸附。這時(shí)，吸附前沿與吸附床出口間還留有一段未吸附飽和的吸附劑，稱為予留段。步序2：一均降壓(ElD)在吸附過程完成后，打開程控閥KV7706A和KV7706D，將A塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了二均升的D塔，直到A、D兩塔的壓力基本相等為止。這一過程不僅是降壓過程，而且也回收了A塔床層死空間內(nèi)的氫氣。在這一過程中A塔的吸附前沿將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。步序3：二均降壓(E2D)在一均降過程完成后，打開程控閥KV7704A和KV7704E，將A塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了三均升的E塔，直到A、E兩塔的壓力基本相等為止。這一過程繼續(xù)回收A塔床層死空間內(nèi)的氫氣，同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。步序4：三均降壓(E3D)在二均降過程完成后，打開程控閥KV7703A和KV7703F，將A塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了四均升的F塔，直到A、F兩塔的壓力基本相等為止。這一過程繼續(xù)回收A塔床層死空間內(nèi)的氫氣，同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。步序5：四均降壓(E4D)在三均降過程完成后，打開程控閥KV7703A和KV7703G，將A塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了沖洗再生的G塔，直到A、G兩塔的壓力基本相等為止。這一過程繼續(xù)回收A塔床層死空間內(nèi)的氫氣，同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。步序6：順放一(Pn)吸附塔在四均降壓結(jié)束后，打開程控閥KV7704A和KV7704H，頂著吸附方向進(jìn)行減壓，減壓出來的氫氣用作H塔的沖洗再生氣源。同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。步序7：順放二(PP2)吸附塔在順放一結(jié)束后，打開程控閥KV7705A和KV77051，順著吸附方向進(jìn)行減壓，減壓出來的氫氣用作I塔的沖洗再生氣源。同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移，但仍未達(dá)到出口。擊步序8：順放三(PP3)吸附塔在順放二結(jié)束后，打開程控閥KV7705A和KV7705J，順著吸附方向進(jìn)行減壓，減壓出來的氫氣用作J塔的沖洗再生氣源。同時(shí)A塔的吸附前沿也將繼續(xù)向前推移并達(dá)到出口。擊步序9：逆放(D)在完成連續(xù)三次順放減壓過程后，A塔的吸附前沿已基本達(dá)到床層出口。這時(shí)打開KV7707A，逆著吸附方向?qū)塔壓力降至接近于常壓，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中解吸出來。逆放解吸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PV7704放入解吸氣緩沖罐V2014A、B。步序10：沖洗三(P3)逆放結(jié)束后，同時(shí)打開程控閥門KV7705A、KV7705B，用B塔啄放出的低壓氫氣對A塔進(jìn)行沖洗，這時(shí)被吸附的雜質(zhì)大量解吸出來，并逆著吸附方向流人解吸氣緩沖罐V2014A、B。步序11：沖洗二(P2)沖洗三結(jié)束后，同時(shí)打開程控閥門KV7705A、KV7705C，用C塔順放出的相對較高壓力的氫氣對A塔進(jìn)行沖洗，這時(shí)被吸附的雜質(zhì)繼續(xù)解吸出來，并逆著吸附方向流入解吸氣緩沖罐V2014A、B。步序12：沖洗一(P1)沖洗二結(jié)束后，同時(shí)打開程控閥門KV7704A、KV7704D，用D塔順放出的相對較高壓力的氫氣對A塔進(jìn)行沖洗，通過此步序被吸附的雜質(zhì)完全解吸出來，并逆著吸附方向流人解吸氣緩沖罐V2014A、B。步序13：四均升壓(E4R)在沖洗再生過程完成后，打開程控閥KV7703A和KV7703E，將E塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了沖洗的A塔，直到A、E兩塔的壓力基本相等為止。這一過程不僅是升壓過程，而且也回收了E塔床層死空間內(nèi)的氫氣。步序14：三均升壓(E3R)在四均升壓過程完成后，打開程控閥KV7703A和KV7703F，將F塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了四均升的A塔，直到A、F兩塔的壓力基本相等為止。這一過程不僅是進(jìn)一步的升壓過程，而且也回收了F塔床層死空間內(nèi)的氫氣。步序15：二均升壓(E2R)在三均升過程完成后，打開程控閥KV7704A和KV7704G，將G塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了三均升的A塔，直到A、G兩塔的壓力基本相等為止。這一過程回收了G塔床層死空間內(nèi)的氫氣，并使A塔得到繼續(xù)升壓。步序16：一均升壓(E1R)在二均升過程完成后，打開程控閥KV7706A和KV7706H，將剛完成了吸附過程的H塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了二均升的A塔，直到A、H兩塔的壓力基本相等為止。這一過程回收了H塔床層死空間內(nèi)的氫氣，并使A塔得到繼續(xù)升壓。步序17：產(chǎn)品氣升壓過程(FR)通過四次均壓升壓過程后，吸附塔壓力已升至接近于吸附壓力。這時(shí)打開程控閥KV7706A、KV7708和調(diào)節(jié)閥PV7701A，用I、J塔的產(chǎn)品氫氣將A塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)這一過程后，吸附塔便完成了整個(gè)再生過程，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。從工藝步序表可以看到：PSA氫提純部分的10臺吸附塔的工藝步序是完全相同的，只是在各步序的運(yùn)行時(shí)間上依次錯(cuò)開二分之一個(gè)吸附時(shí)間，這樣就實(shí)現(xiàn)了始終有兩塔處于吸附狀態(tài)，八塔處于再生狀態(tài)，保證了原料氣的連續(xù)分離與提純。切塔后的步序由于PSA氫提純裝置是由10臺吸附塔組成。因而為提高裝置的可靠性，該P(yáng)SA裝置還編制了一套自動(dòng)切塔與恢復(fù)程序。即：當(dāng)某一臺吸附塔出現(xiàn)故障時(shí)，可將其脫出工作線，讓剩余的9個(gè)吸附塔轉(zhuǎn)入9—2—3方式工作，如果再有吸附塔出現(xiàn)故障則可繼續(xù)切除，依次轉(zhuǎn)入8—2—2流程、7—2—2、6—2—2和5—1—2流程。但這時(shí)，裝置處理氣量和產(chǎn)氫量等指標(biāo)會發(fā)生變化。切塔后參數(shù)變化情況如下：1．4.3.4控制功能說明依據(jù)變壓吸附氫提純裝置的控制要求，該P(yáng)SA裝置的基本控制與管理功能包括：程控閥開關(guān)控制、模擬量檢測與調(diào)節(jié)、質(zhì)量聯(lián)鎖、故障報(bào)警與記錄、歷史數(shù)據(jù)記錄、流程累計(jì)等功能。分別介紹如下：1.程控閥開關(guān)控制功能該P(yáng)SA裝置的吸附與分離過程都是依賴于程控閥門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)切換的，因而程控閥門的開關(guān)控制是該P(yáng)SA裝置最重要的控制部分。該P(yáng)SA裝置的程控閥開關(guān)控制過程示意圖如下(供參考)：程控閥開關(guān)控制過程說明：DCS系統(tǒng)根據(jù)工藝要求(見1．4.3.3工藝閥態(tài)表)制訂出程序，然后按一定的時(shí)間順序?qū)C24V開關(guān)信號送至液壓系統(tǒng)的電磁換向閥，電磁換向閥將該開關(guān)電信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)液壓油的高、低壓信號，送至程控閥的驅(qū)動(dòng)油缸，驅(qū)動(dòng)程控閥門按程序開、關(guān)。同時(shí)，程控閥門將其開、關(guān)狀態(tài)通過傳感器反饋給DCS系統(tǒng)，用于狀態(tài)顯示和監(jiān)控，并通過與輸出信號的對比實(shí)現(xiàn)閥門故障的判斷與報(bào)警。液壓系統(tǒng)的作用是為程控門閥提供開、關(guān)的動(dòng)力和控制手段，同時(shí)其自身運(yùn)行的參數(shù)如：壓力、液位、運(yùn)行狀態(tài)等也反饋回DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)進(jìn)行顯示、監(jiān)控、報(bào)警和聯(lián)鎖控制。程控閥門說明：程控閥門的可靠性是該P(yáng)SA裝置整體可靠性的關(guān)鍵，其工藝要求特點(diǎn)是密封性能要求高、開關(guān)次數(shù)頻繁，其中開關(guān)最頻繁的程控閥每年開關(guān)次數(shù)可達(dá)48萬次，并且要求開啟速度可調(diào)。同時(shí)，為進(jìn)一步保證程控閥門的使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性，程控閥門的驅(qū)動(dòng)裝置均采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)頭(有些PSA裝置采用氣壓驅(qū)動(dòng))。另外，所有的液壓驅(qū)動(dòng)裝置均設(shè)計(jì)了閥門關(guān)閉緩沖結(jié)構(gòu)，可減小程控閥頻繁關(guān)閉時(shí)的沖擊載荷。而且，為保證吸附壓力的平穩(wěn)變化和吸附劑的使用壽命，PSA工藝還要求均壓和逆放等閥門應(yīng)具有緩開功能。為此，該P(yáng)SA裝置程控閥具備有開啟速度調(diào)節(jié)裝置，使程控閥的開啟速度在3～60S內(nèi)可調(diào)。液壓系統(tǒng)說明：該P(yáng)SA裝置的液壓系統(tǒng)主要由集成液壓泵站、蓄能器站和電磁換向閥構(gòu)成。集成液壓泵站為雙系統(tǒng)，一開一備，兩套系統(tǒng)完全獨(dú)立，可獨(dú)立檢修。其控制點(diǎn)包括：液位控制：在泵站上裝有一臺帶報(bào)警、聯(lián)鎖點(diǎn)的現(xiàn)場磁浮子液位計(jì)和一臺液位變送器，用于監(jiān)控泵站的油箱液位。當(dāng)油箱液位低于報(bào)警值時(shí)，DCS將報(bào)警提醒值班人員加油并檢查油壓系統(tǒng)有無泄露點(diǎn)：當(dāng)油箱液位低于聯(lián)鎖值時(shí)，為保證系統(tǒng)的安全性，DCS系統(tǒng)將聯(lián)鎖停氫提純裝置并報(bào)警。油溫控制：泵站上裝有一臺溫度計(jì)，當(dāng)液壓油溫度超過50℃時(shí)，值班人員應(yīng)打開冷卻水閥。壓力控制：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有現(xiàn)場壓力表和智能壓力變送器各一臺，可將液壓系統(tǒng)工作壓力傳送至DCS控制系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值4.0MPa時(shí)，DCS系統(tǒng)將自動(dòng)停止正在運(yùn)行的泵、同時(shí)啟動(dòng)備用泵并報(bào)警。2.模擬量檢測與調(diào)節(jié)功能該P(yáng)SA裝置模擬量調(diào)節(jié)均由DCS完成。各檢測及調(diào)節(jié)信號的功能與控制方式簡述如下：(1)原料氣溫度指示記錄報(bào)警安裝于進(jìn)口原料氣總管上，用于指示記錄原料氣溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值(如45℃)時(shí)，將報(bào)警提醒操作人員原料氣溫度高將影響吸附效果。(2)吸附塔壓力指示調(diào)節(jié)記錄該調(diào)節(jié)回路由安裝于吸附塔出口總管上的壓力變送器和旋塞調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于指示調(diào)節(jié)記錄吸附塔在各階段的壓力。(3)吸附壓力指示調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)回路由安裝于PSA產(chǎn)品出口總管上的壓力變送器和調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于穩(wěn)定吸附壓力。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般定為比原料氣低0.1MPa左右。(4)產(chǎn)品氣放空調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)回路由安裝于PSA產(chǎn)品出口總管上的壓力變送器和產(chǎn)品氣放空管線上的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于在產(chǎn)品氣不合格或加氫工段故障時(shí)將產(chǎn)品氣放入燃?xì)夤芫W(wǎng)。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般定為比原料氣低0.1MPa左右。(5)解吸氣出口壓力調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)回路由安裝于解吸氣緩沖罐出口總管上的壓力變送器和解吸氣放空管線上的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于解吸氣出口壓力調(diào)節(jié)，避免解吸氣系統(tǒng)超壓影響PSA解吸效果。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般不大于0.05MPa。(6)產(chǎn)品氣流量指示記錄積算產(chǎn)品氫流量計(jì)安裝于產(chǎn)品氣總管上，用于指示和記錄裝置的產(chǎn)品氫流量。并在DCS中積算其累積值。(7)逆放減壓調(diào)節(jié)安裝于解吸氣總管上，用于調(diào)節(jié)吸附塔逆放的減壓速度，其控制方法為：通過在DCS上設(shè)定調(diào)節(jié)閥的開啟曲線，將吸附塔的逆放減壓過程控制在一定的時(shí)間(如30秒)內(nèi)恰好緩慢完成。應(yīng)注意：減壓速度嚴(yán)禁過快，否則將影響解吸氣的穩(wěn)定。(8)產(chǎn)品氫氣CO+CO2含量在線分析記錄報(bào)聯(lián)鎖警該P(yáng)SA裝置CO十CO2含量在線分析儀的取樣點(diǎn)，經(jīng)多路選通器后分別安裝于每臺吸附塔的頂部，并插入吸附床層300~800mm，用于在線指示正在吸附塔的前沿CO+CO2含量，為PSA操作參數(shù)的設(shè)定及吸附塔的切除提供依據(jù)，當(dāng)CO+CO2含量≥20ppm時(shí)，DCS將聯(lián)鎖步進(jìn)并報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行處理。(9)產(chǎn)品氫純度在線分析指示記錄聯(lián)鎖報(bào)警安裝于產(chǎn)品氫氣總管上，用于在線指示記錄產(chǎn)品氫的純度，當(dāng)產(chǎn)品氫純度低于99.99％時(shí)，DCS將報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行處理，當(dāng)產(chǎn)品氫純度低于99.95％時(shí)，將聯(lián)鎖將不合格產(chǎn)品氣放空。3.工藝參數(shù)的設(shè)定變壓吸附的工藝參數(shù)主要包括吸附時(shí)間、壓力、溫度和處理量。其設(shè)定的原則與方法如下：(1)吸附時(shí)間參數(shù)的設(shè)定吸附時(shí)間參數(shù)是變壓吸附的最主要參數(shù)，其設(shè)定值將直接決定裝置產(chǎn)品氫的純度和氫氣回收率。因而，PSA部分的吸附時(shí)間參數(shù)應(yīng)盡量準(zhǔn)確，以保證產(chǎn)品純度合格，且氫氣回收率最高。10—2—4流程時(shí)的吸附時(shí)間參數(shù)設(shè)定表：注：以上的預(yù)設(shè)值為滿負(fù)荷預(yù)設(shè)值，且與最終開車后的整定值間可能有差異。在切塔后，時(shí)間參數(shù)仍是TI和T2，只是設(shè)定值不同而已。PSA部分的單塔吸附時(shí)間=2×(T1+T2)由于吸附塔的大小和裝填的吸附劑量是固定的，因而在原料氣組成和吸附壓力一定的情況下，吸附塔每一次所能吸附的雜質(zhì)總量就是一定的。所以隨著吸附過程的進(jìn)行，雜質(zhì)就會慢慢穿透吸附床，起初是痕量，漸漸就會超過允許值，這時(shí)就必須切換至其它塔吸附。因而，當(dāng)原料氣的流量發(fā)生變化時(shí)，雜質(zhì)的穿透時(shí)間也就會隨之變化，吸附時(shí)間參數(shù)就應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整。流量越大則吸附時(shí)間就應(yīng)越短，流量越小則吸附時(shí)間就應(yīng)越長。這樣才能保證在各種操作負(fù)荷下均能充分地利用吸附劑的吸附能力，在保證產(chǎn)品純度的情況下獲得最高的氫氣回收率。該P(yáng)SA裝置的吸附時(shí)間參數(shù)可在DCS上人工設(shè)定，亦可由DCS自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生。人工設(shè)定時(shí)，只需將DCS畫面上PSA部分的“手動(dòng)時(shí)間設(shè)定”按鈕設(shè)為“ON”，然后分別修改“Ti”、“T2'’的設(shè)定值即可。但請注意：A、T1i的時(shí)間應(yīng)盡量延長，只要產(chǎn)品氫中的雜質(zhì)不超標(biāo)即可應(yīng)。B、T2的時(shí)間最短不能低于20秒，在初次開車整定后T2的時(shí)間一般無需再改變。自動(dòng)設(shè)定時(shí)，只需將DCS畫面上PSA部分的“手動(dòng)時(shí)間設(shè)定”按鈕設(shè)為“OFF”即可。這時(shí)DCS系統(tǒng)將自動(dòng)依據(jù)設(shè)定的原料氣流量計(jì)算出吸附時(shí)間。建議：在原料氣流量計(jì)(在制氫工段)準(zhǔn)確的情況下，最好用自動(dòng)方式，但由于原料氣的組成和壓力有可能發(fā)生波動(dòng)，這將影響吸附時(shí)間參數(shù)。因而，該P(yáng)SA裝置的PSA部分設(shè)計(jì)了一個(gè)“操作系數(shù)”參數(shù)，用于修正這種影響?！安僮飨禂?shù)”參數(shù)的含義為：將自動(dòng)計(jì)算出的吸附時(shí)間乘以“操作系數(shù)”后作為操作的時(shí)間。實(shí)際吸附時(shí)間=(滿負(fù)荷流量實(shí)際負(fù)荷流量)×滿負(fù)荷時(shí)間×操作系數(shù)4.操作系數(shù)對PSA裝置運(yùn)行的影響：增大操作系數(shù)斗吸附時(shí)間延長→產(chǎn)品純度下降→氫氣回收率提高減小操作系數(shù)→吸附時(shí)間縮短→產(chǎn)品純度上升→氫氣回收率降低5.操作系數(shù)的設(shè)定：由于操作系數(shù)的大小決定著吸附時(shí)間的長短，因而對該P(yáng)SA裝置的運(yùn)行狀況起著至關(guān)重要的影響，所以調(diào)整時(shí)應(yīng)特別精心，其調(diào)整步驟如下：(1)增加操作系數(shù)(當(dāng)產(chǎn)品氫純度高于要求值時(shí)，增加操作系數(shù))A、以0.02為單位增加操作系數(shù)B、等三個(gè)完整的PSA循環(huán)周期(即：單塔吸附時(shí)間×9)C、重復(fù)以上的步驟增加操作參數(shù)直到產(chǎn)品純度下降至允許的最低值D、以0.05為單位降低操作系數(shù)，使裝置能在高收率下安全運(yùn)行(2)減小操作系數(shù)(當(dāng)產(chǎn)品氫純度低于要求值時(shí)，減小操作系數(shù))A、以0.1為單位增加操作系數(shù)B、等三個(gè)完整的PSA循環(huán)周期(即：單塔吸附時(shí)間×15)C、重復(fù)以上的步驟減小操作參數(shù)直到產(chǎn)品純度上升至允許值以內(nèi)D、然后按增加操作系數(shù)的步驟調(diào)整，直到裝置能在高收率下安全運(yùn)行為止6.壓力參數(shù)的設(shè)定由于變壓吸附氣體分離工藝的核心就是利用壓力的變化來實(shí)現(xiàn)吸附劑對混合氣體中的雜質(zhì)組分的吸附與分離，因而壓力也是PSA部分的關(guān)鍵參數(shù)。(1)原料氣壓力原料氣壓力是由界區(qū)外條件決定的，無法改變。原料氣壓力越高吸附效果越好。(2)PSA部分的吸附壓力PSA部分吸附壓力的設(shè)定是通過改變吸附壓力調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)定值由于不同的裝置設(shè)定不同。(3)吸附各階段的壓力吸附塔A200lA～J在吸附、再生各階段的壓力是通過其出口管道上的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)的，當(dāng)工藝流程和吸附壓力一定時(shí)，各階段的理想壓力曲線也就自動(dòng)確定了，該P(yáng)SA裝置吸附塔各段壓力的調(diào)節(jié)方案就是以此理想壓力曲線為設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。所有的調(diào)節(jié)均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，無須操作人員操作。吸附塔理想壓力曲線A10-2-4流程注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲線將相應(yīng)變化B9—2—3流程：注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲線將相應(yīng)變化C8—2—2流程：注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲此將相應(yīng)變化D7—2—2流程：注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲線將相應(yīng)變化E6—2—2流程：注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲線將相應(yīng)變化F5—1—2流程：注：當(dāng)吸附壓力變化時(shí)，此壓力曲此將相應(yīng)變化吸附塔的實(shí)際壓力變化曲線應(yīng)與以上的理想曲線相近似，但不完全相同。如果吸附塔的實(shí)際壓力變化曲線與以上的理想曲線形狀不同，則說明裝置運(yùn)行有問題，可能的問題有：程控閥門動(dòng)作出錯(cuò)、程控閥門泄露、吸附時(shí)間不在正常范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)閥有故障。(4)產(chǎn)品氣出口壓力產(chǎn)品氣出口壓力的設(shè)定是通過改變氫氣出口壓力調(diào)節(jié)回路PIC7702的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)的，不同的PSA裝置根據(jù)實(shí)際情況確定該值大小。(5)吸附氣出口壓力解吸氣出口壓力的設(shè)定是通過改變解吸氣出口壓力調(diào)節(jié)回路PIC7707的設(shè)定值來保證的，其設(shè)定值一般為0.05MPa(G)。1．流量的設(shè)定該P(yáng)SA裝置要求將制氫裝置制出的變換氣全部提純，因而該P(yáng)SA裝置內(nèi)未設(shè)原料氣流量調(diào)節(jié)回路。該P(yáng)SA裝置處理量的改變是通過改變前工段的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)的。其設(shè)定值范圍一般為30000～100000Nm3/h。實(shí)際值由用戶要求的氫氣產(chǎn)量決定的。1．4.3.5報(bào)警、聯(lián)鎖功能說明聯(lián)鎖邏輯框圖(僅供參考)1．5開工和停工操作1．5.1開工準(zhǔn)備工程建設(shè)竣工后即進(jìn)入首次開車。在首次開車前必須先進(jìn)行管路系統(tǒng)和工藝設(shè)備的開車準(zhǔn)備，然后進(jìn)行機(jī)泵的單體試車，待一切準(zhǔn)備就緒后才能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車。在投產(chǎn)后，如進(jìn)行了管路或設(shè)備改動(dòng)及大修，則再次開車時(shí)也應(yīng)參照首次開車的要求進(jìn)行開車前的準(zhǔn)備。1．5.1.1管路系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作管路系統(tǒng)的開車準(zhǔn)備主要是指管路系統(tǒng)中的工藝管道、管件及閥門等的檢驗(yàn)，管道系統(tǒng)的吹掃與清洗，管道系統(tǒng)的氣密檢驗(yàn)等。1.工藝管道、管件及閥門的檢驗(yàn)在工藝管道安裝前應(yīng)逐根核對所用管道的材質(zhì)、規(guī)格、型號是否與設(shè)計(jì)相符。在工藝管道安裝前應(yīng)逐根嚴(yán)格檢查管道是否有裂紋、孔、褶皺、重皮、加渣、凹陷等外觀缺陷。在法蘭、彎頭、三通、異徑管等管件安裝前應(yīng)逐個(gè)檢查其材質(zhì)、規(guī)格、型號是否符合國家有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。安裝前應(yīng)檢查管件的法蘭密封面是否平整光潔，嚴(yán)禁毛刺或徑向凹槽。法蘭螺紋應(yīng)完整、無損傷。凹凸面法蘭應(yīng)能自然吻合。凸面高度不得低于凹面深度。在法蘭連接時(shí)，法蘭間應(yīng)保持平行，其偏差不大于法蘭外徑的1.5％o，且小于2mm，禁止用強(qiáng)緊螺栓的方法消除歪斜。石棉橡膠等非金屬密封墊應(yīng)質(zhì)地柔韌，無老化變質(zhì)、分層現(xiàn)象及折痕、皺紋等缺陷；金屬密封墊的尺寸、精度應(yīng)符合規(guī)范，元裂紋、毛刺、凹槽、徑向劃痕等缺陷。在安裝前應(yīng)檢查各種工藝閥門的規(guī)格、型號、壓力等級、材質(zhì)是否符合設(shè)計(jì)要求。在安裝前所有閥門均應(yīng)作強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)應(yīng)用潔凈水進(jìn)行。閥門的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5倍，試驗(yàn)時(shí)間不少于五分鐘，以殼體和填料無滲漏為合格。閥門的嚴(yán)密性試驗(yàn)在公稱壓力下按國家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)完成后應(yīng)排凈積水，關(guān)閉閥門，密封出入口，密封面應(yīng)涂防銹油脂(需脫脂的閥門除外)。安裝閥在安裝前，首先應(yīng)檢查其規(guī)格、型號、壓力等級、材質(zhì)是否符合設(shè)計(jì)要求，并按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行調(diào)試與整定。安全閥的開啟壓力為工作壓力的1.05—1.15倍，回座壓力應(yīng)為工作壓力的0.9—1.0倍，調(diào)試時(shí)壓力應(yīng)穩(wěn)定，每個(gè)安全閥的啟閉試驗(yàn)不應(yīng)少于三次，調(diào)試完成后進(jìn)行鉛封，并填寫調(diào)試記錄。在裝置管道系統(tǒng)焊接工作完成后，還應(yīng)進(jìn)行焊縫探傷，對于裝置中的管閥架部分在發(fā)貨前就已按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了探傷；對于現(xiàn)場焊接的管線，其中與吸附塔進(jìn)出口的連接的管線應(yīng)作100％探傷，其余管線作15％探傷。2.管道系統(tǒng)的強(qiáng)度檢驗(yàn)管道系統(tǒng)的強(qiáng)度檢驗(yàn)應(yīng)在管道系統(tǒng)、支吊架施工完成后進(jìn)行。管道系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)前應(yīng)將不能參與試驗(yàn)的設(shè)備、儀表等隔離，安全閥應(yīng)拆除或隔離，加裝臨時(shí)盲板的位置應(yīng)有明顯標(biāo)記。管道系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)用潔凈水進(jìn)行，試驗(yàn)壓力見下表試驗(yàn)中，壓力應(yīng)緩慢上升，在達(dá)到試驗(yàn)壓力后，應(yīng)穩(wěn)壓10—15分鐘，以目測系統(tǒng)無變形、滲漏為合格。試驗(yàn)中如遇問題，不得帶壓處理，應(yīng)在卸壓消除缺陷后重新試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后應(yīng)及時(shí)折除盲板，排除所有積水。(注意：由于吸附劑禁水，所以系統(tǒng)中的水必須徹底吹除干凈)如無水壓實(shí)驗(yàn)條件，也可采用氣壓作強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)氣體為氮?dú)饣蚩諝?，最高?shí)驗(yàn)壓力為2.75MPa，升壓過程中，從0.5MPa開始每升0.1MPa應(yīng)保壓3分鐘。3.管道系統(tǒng)的吹掃在裝置全部安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)吹掃，一般工藝管道的吹掃氣可用壓縮空氣或壓縮氮?dú)?，蒸汽管線和水管線也可用蒸汽吹掃，儀表管線應(yīng)用儀表空氣吹掃。吹掃氣壓力一般應(yīng)不低于0.5MPa，不銹鋼液壓管線的吹掃壓力應(yīng)不低于1.OMPa。吹掃的順序一般是先主管、后支管，分段進(jìn)行。遇到孔板、濾網(wǎng)、止回閥、節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥等裝置，必須拆除。各吸附塔應(yīng)和管路系統(tǒng)一同吹掃，為保證吹掃時(shí)不損傷程控閥密封面，預(yù)處理部分和PSA部分應(yīng)采用爆破式吹掃，即在各總管端頭加石棉墊，并將要吹掃塔的程控閥打開，然后向塔內(nèi)充壓縮氣直到壓縮氣體將石棉板沖破為止。應(yīng)特別注意：吹掃前和吹掃過程中不允許開關(guān)程控閥，以免損傷密封面。吹掃過程中，應(yīng)用錘子(不銹鋼管道用木錘)不斷敲擊管道。在吹掃排氣口設(shè)一白布或白色的靶板，當(dāng)吹出的氣體連續(xù)5分鐘無塵土、鐵銹、焊渣、水或其他臟物時(shí)，認(rèn)為吹掃合格。4.管道系統(tǒng)的氣密性檢驗(yàn)在完成管道系統(tǒng)的強(qiáng)度試驗(yàn)和吹掃后還應(yīng)進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。系統(tǒng)各設(shè)備、管道、儀表均應(yīng)按設(shè)計(jì)安裝好才可進(jìn)行整個(gè)裝置的氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)壓力為2.65MPa，解吸氣管線氣密性試驗(yàn)壓力為0.2MPa。實(shí)驗(yàn)氣體應(yīng)為干燥氣體。升至實(shí)驗(yàn)壓力后，要求用肥皂水檢查所有管件連接處和管道焊縫，如有泄露點(diǎn)，則應(yīng)卸壓處理后再繼續(xù)檢查。系統(tǒng)保壓要求：1小時(shí)內(nèi)壓力下降量不超過系統(tǒng)壓力的0.5％。1．5.1.2機(jī)泵單體試車通過DCS系統(tǒng)啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，帶動(dòng)所有程控閥門進(jìn)行無負(fù)荷運(yùn)行試車。要求程控閥門至少連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)無故障。對自控、儀表進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、調(diào)試及空運(yùn)行。以保證整個(gè)控制系統(tǒng)可隨時(shí)投入運(yùn)行。1．5.1.3吸附劑裝填在系統(tǒng)強(qiáng)度檢驗(yàn)、吹掃、氣密檢驗(yàn)和單機(jī)試車完成后，即可進(jìn)行吸附劑的裝填工作。參見第五章。1．5.1.4系統(tǒng)置換在裝置正式投料前還應(yīng)用干燥、潔凈的氮?dú)鈱φ麄€(gè)裝置進(jìn)行徹底置換使整個(gè)系統(tǒng)的含氧量低于0.5％(體積)。置換方法可按正常運(yùn)行步驟進(jìn)行，即以氮?dú)庾鰹樵蠚馔ㄈ?，啟?dòng)系統(tǒng)程控閥后直至產(chǎn)品氣出口和解吸氣出口氧含量均小于0.5％為止(至少三次取樣分析均合格才能視為合格)。如氮?dú)饬坎蛔悖瑒t可分階段逐塔逐管通人氮?dú)膺M(jìn)行置換。1．5.2首次開車在所有設(shè)備、儀表、微機(jī)都已準(zhǔn)備完畢并經(jīng)過了嚴(yán)格檢查，系統(tǒng)也已完成置換后，即可進(jìn)入裝置的首次投料、開車過程。其步驟如下：1．5.2.1拆除進(jìn)出界區(qū)的所有工藝氣管線盲板，并作記錄。1．5.2.2控制系統(tǒng)及所有儀表通電，并投入操作狀態(tài)。1．5.2.3在DCS操作畫面上，設(shè)定好所有調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操作參數(shù)。1．5.2.4在DCS操作畫面上，點(diǎn)動(dòng)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行按鈕，將液壓系統(tǒng)投入運(yùn)行。1．5.2.5緩慢打開原料氣進(jìn)口閥，逐漸向系統(tǒng)內(nèi)投料，投料速度不宜過快，應(yīng)保持在每分鐘吸附塔壓力上升在控制范圍內(nèi)。1．5.2.6當(dāng)吸附塔壓力升至控制壓力后，打開產(chǎn)品氣放空閥和放空調(diào)節(jié)閥，將尚未合格的產(chǎn)品氣放入燃?xì)夤芫W(wǎng)。1．5.2.7當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間PSA出口氫氣純度達(dá)到99.99％后，關(guān)閉產(chǎn)品氣放空閥同時(shí)將產(chǎn)品從產(chǎn)品線送出界區(qū)。1．5.3正常開車步驟由于正常停車后氫提純裝置處于正壓封閉狀態(tài)，因而再次開車時(shí)必須再置換開車過程將比首次開車簡單。具體步驟如下：1．5.3.1控制系統(tǒng)及所有儀表通電，并投人運(yùn)行。1．5.3.2液壓系統(tǒng)投入運(yùn)行，并啟動(dòng)預(yù)處理和PSA系統(tǒng)運(yùn)行按鈕。1．5.3.3在DCS畫面上手動(dòng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，打開調(diào)節(jié)閥和程控閥將開車初期的不合格產(chǎn)品氫放入燃?xì)夤芫W(wǎng)。1．5.3.4逐漸向系統(tǒng)緩慢投料，當(dāng)吸附塔壓力升至控制壓力后，打開產(chǎn)品氣放空閥將不合格的產(chǎn)品氣放入燃?xì)夤芫W(wǎng)。1．5.3.5氫氣純度達(dá)到99.99％后，關(guān)閉產(chǎn)品氣放空閥同時(shí)打開產(chǎn)品氣出界區(qū)閥門。系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。1．5.4開車階段的調(diào)整由于開車階段系統(tǒng)的正常壓力系統(tǒng)尚未建立起來，因而在開車的初期應(yīng)用30~50％的負(fù)荷緩慢加量。一旦PSA部分的正常工作壓力達(dá)到后，為提高開車的速度，應(yīng)選擇較小的“操作系數(shù)”，使產(chǎn)品純度迅速合格，在轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后，再將“操作系數(shù)”調(diào)整到既能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，氫氣回收率又最高的位置。1．5.5裝置的運(yùn)行變壓吸附氫提純裝置在正常運(yùn)行過程中的操作是非常少的，幾乎所有的調(diào)節(jié)均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，操作人員只需注意產(chǎn)品純度是否在最佳范圍，和裝置是否有報(bào)警即可。1．5.5.1產(chǎn)品純度的調(diào)整變壓吸附工藝具有產(chǎn)品純度范圍寬、且易于調(diào)整的特點(diǎn)。由于產(chǎn)品純度與產(chǎn)品回收率是成反向關(guān)系的，即：在原料氣條件不變和吸附、解吸壓力一定的情況下，產(chǎn)品純度越高、氫氣回收率越低；產(chǎn)品純度越低、氫氣回收率越高。因而，要保證裝置運(yùn)行于最佳狀態(tài)，就必須將產(chǎn)品純度控制在即能滿足生產(chǎn)需要，又盡可能低的范圍內(nèi)。調(diào)整產(chǎn)品氫純度的方法就是：修改“操作系數(shù)”。1．5.5.2裝置處理量的調(diào)節(jié)在裝置處理量的調(diào)節(jié)由前工段完成。但當(dāng)裝置的處理量改變之后(或原料氣組成改變后)，將有可能影響產(chǎn)品的純度，這時(shí)就需要調(diào)整“操作系數(shù)”，使產(chǎn)品純度重新運(yùn)行于最佳范圍。1．5.5.3吸附塔的切除由于PSA氫提純裝置是由多臺吸附塔組成。因而為提高裝置的可靠性，該P(yáng)SA裝置編制了一套切塔與恢復(fù)程序。以十塔吸附為例：一臺吸附塔出現(xiàn)故障時(shí)，可將其脫出工作線，讓剩余的9個(gè)吸附塔轉(zhuǎn)入9—2—3方式工作，如果再有吸附塔出現(xiàn)故障則可繼續(xù)切除，依次轉(zhuǎn)入8—2—2流程、7—2—2、6—2—2和5—1—2流程。但這時(shí)，裝置處理量和產(chǎn)氫量等指標(biāo)會發(fā)生變化。1切塔步驟(1)故障塔判斷當(dāng)某吸附塔的壓力異常、程控閥檢出錯(cuò)、雜質(zhì)超標(biāo)三種問題同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)，就認(rèn)為此塔故障，應(yīng)予以切除。此時(shí)DCS將提示操作人員。(2)切塔操作；經(jīng)操作人員確認(rèn)故障屬實(shí)后，直接在DCS上選中故障塔的切除鍵，然后確認(rèn)。則程序?qū)⒆詣?dòng)關(guān)斷該塔的所有程控閥，將故障塔切出工作線。此時(shí)被切除塔處于接近于常壓的狀態(tài)，可較方便地進(jìn)行檢修。(3)控制機(jī)自動(dòng)將程序切入9—2—3流程中與切塔前的10—2—4流程相對應(yīng)的點(diǎn)，保證切除時(shí)各吸附塔壓力無大的波動(dòng)。(4)程序自動(dòng)開始運(yùn)行切塔后的9—2—3程序，并建立起正常的運(yùn)行條件。為保證切塔時(shí)產(chǎn)品氫純度不變，在切塔后的第一個(gè)循環(huán)內(nèi)程序?qū)⒆詣?dòng)縮短吸附時(shí)間。(5)裝置正常運(yùn)行。請檢修人員檢修故障塔。(6)如果在已切除一臺吸附塔后又有吸附塔故障出現(xiàn)，則重復(fù)以上的操作即繼續(xù)切至8塔、7塔、6塔、5塔運(yùn)行。PSA裝置的絕大多數(shù)故障均出現(xiàn)在控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)裝置上，因而通常切塔后的檢修無需拆工藝管線和設(shè)備。但被切除塔在檢修時(shí)，如需要拆開連接的工藝管道或設(shè)備，則必須先將塔內(nèi)氣體排入燃?xì)庀到y(tǒng)并進(jìn)行置換。這時(shí)必須將與故障塔同側(cè)的另外幾臺吸附塔一起切除，將兩側(cè)的吸附塔用截止閥和盲板隔離才能維修。此時(shí)裝置的產(chǎn)量減半。2.切塔前后裝置的運(yùn)行狀態(tài)表10塔運(yùn)行(10—2—4)9塔運(yùn)行(9—2—3)注：上表是以切除J塔為例，切除其它塔情況類似。8塔運(yùn)行（8-2-2）注：上表是以切除I、J塔為例，切除其它塔情況類似。7塔運(yùn)行(7—2—2)注：上表是以切除H、I、了塔為例，切除其它塔情況類似。6塔運(yùn)行（6-2-2）注：上表是以切除G、H、I、工塔為例，切除其它塔情況類似。5塔運(yùn)行(5—1—2)注：上表是以切除F、G、H、I、J塔為例，切除其它塔情況類似。以上各表中的代號含義：A：吸附，ElD～E4D：一～四均降壓，PPl～PP3：順放1—3D：逆放，E1R—E4R：一一四均升壓，n—P3：沖洗1～3FR：產(chǎn)品氣升壓(終升)3.切除塔恢復(fù)當(dāng)被切除塔故障排除后，需要將其重新投入正常運(yùn)行，但如果投入的時(shí)機(jī)、狀態(tài)不對，將引起較大的壓力波動(dòng)和產(chǎn)品純度變化，甚至可能出現(xiàn)故障和安全事故。為此，該P(yáng)SA裝置設(shè)計(jì)的自動(dòng)恢復(fù)軟件能夠自動(dòng)找出最佳狀態(tài)恢復(fù)，使系統(tǒng)波動(dòng)最小?；謴?fù)過程如下：(1)操作人員發(fā)出塔恢復(fù)指令；在控制機(jī)上直接點(diǎn)動(dòng)要恢復(fù)塔的恢復(fù)鍵，然后確認(rèn)。(2)計(jì)算機(jī)自動(dòng)等待合適的時(shí)間將故障塔恢復(fù)至運(yùn)行程序；程序根據(jù)各塔的壓力狀態(tài)，自動(dòng)確定恢復(fù)后應(yīng)進(jìn)入的最佳運(yùn)行步序，然后自動(dòng)等待到該步序的最佳切入時(shí)機(jī)，切入新程序。注意：新恢復(fù)的塔總是從解吸階段切入的，(即:ElDP1段)這樣可保證恢復(fù)后的產(chǎn)品純度不變。2.5.5.4操作注意事項(xiàng)1.系統(tǒng)嚴(yán)禁將水帶