制氢装置PSA氢提纯.pdf

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1、制氢装置 PSA 氢提纯1/34 XXXXX 有限公司加氢精制和制氢联合装置200000Nm3/h 制氢装置 PSA 氢提纯单元操作手册XXXXXXX有限 公 司2007-1 制氢装置 PSA 氢提纯2/34 编制：校对：审核：审定：制氢装置 PSA 氢提纯3/34 目录序言.4第一章 概述.5第一节 前言.5第二节 装置概貌 .6第三节 设计基础 .7第二章 工艺过程说明.8第一节吸附工艺原理.9第二节工艺流程说明.错误!未定义书签。第三章 装置的操作.20第一节 装置的开车 .20第二节 装置的运行 .25第三节 装置的停车 .28第四章 维修与故障处理.错误!未定第一节 故障查找指南 .

2、错误!未定义书签。第二节 故障处理 .错误!未定义书签。第五章 安全规程.29制氢装置 PSA 氢提纯4/34 序言本 操 作 手 册 是XXXXX 有 限 公 司 专 为XXXXXXX有 限 公 司 建 设 的200000Nm3/h 制氢装置PSA氢提纯单元编写的。用于向装置操作人员提供正确的操作步骤，以及预防和处理事故的方法。本装置是采用变压吸附（简称PSA）法从变换气中提纯氢气的成套装置。在启动和运行本装置前，要求操作人员透彻地阅读本操作手册及相关图纸。因为，不适当的操作会导致运行性能低劣、产品不合格，甚至吸附剂损坏或造成安全事故。本操作手册不可能对装置的所有操作及安全防护措施作完全描述

3、。如有疑问，上海华西化工科技有限公司的技术服务人员将在操作人员培训期间给予解答。同时，在任何情况下，装置操作人员均应遵守石化行业和本工厂的其它有关安全、劳动保护、事故预防及生产管理的规定。装置用户/操作员对装置的操作与安全的责任与本操作手册和上海华西公司的技术培训无关。XXXXXX有限公司保留用开工和生产阶段所测数据对本操作手册进行补充的权利。本操作手册中的内容及技术数据属XXXXXX有限公司技术机密。未经XXXXXXXX 有限公司许可，用户有义务限制本操作手册只向买方的操作及维护人员提供。本装置设计的原始数据由公司提供，在设计过程上述单位给予了大力支持和帮助。在此，致以特别的谢意！制氢装置

4、PSA 氢提纯5/34 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

5、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

6、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50000Nm3/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、强度更高的新型制氢分子筛。实现了大型变

7、压吸附装置国制氢装置 PSA 氢提纯6/34 产化关键技术的突破。自九十年代中期，XXXXX 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6104Nm3/h PSA氢提纯装置”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 装置规模公称产氢能力：10000Nm3/h；生产方式：两年连续生产；装置操作弹性(对产品气)：60120%；2.2 装置组成本装置由 8 台吸

8、附塔、1 台顺放气罐、1 台解吸气缓冲罐、1 台解吸气混合罐构成。2.3 工艺流程见所附工艺流程图2.4 非标设备及动力设备一览表序号名 称位 号操作条件操作介质数量(台)1 吸附塔T4101A H 温度：40压力：0.03 2.5MPa 变换气8 2 顺放气罐V4101 温度：40压力：0.8MPa 氢气1 3 解吸气缓冲罐V4102 温度：40压力：0.8MPa 解吸气1 制氢装置 PSA 氢提纯7/34 4 解吸气混合罐V4103 温度：40压力：0.2MPa 解吸气1 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

9、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燃气。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为：变换气(催化干气为制氢原料)其详细规格如下：流量：15510Nm3/h 序号组分名称解析气，V%1 水0.288 2 氢气71.64 3 甲烷4.67 4 一氧化碳2.44 5 二氧化碳17.83 6 氮气3.13 7 合计100.00 8 压力，MPa(表)2.5 9

10、 温度，40 10 温度，40 3.2 产品规格本装置的主要产品为氢气，用作加氢精制装置原料；副产品为解吸气，用作转化炉燃气。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制氢装置 PSA 氢提纯8/34 调节，而解吸气的组成也会随原料气和产品气的不同而不同，以下为设计为天然气和焦化干气混合原料的产品气规格：1)产品氢气流量:10000Nm3/h 工业氢规格:组分mol%H2 99.9CH40.1 CO+CO2 20PPm出装置温度40出装置压力 2.4MPa(G)2)解吸气(催化干气为制氢原料)流量:5509.93Nm3/h序号组分名称解析气，V%1 水0.81 2 氢气20.

11、17 3 甲烷13.15 4 一氧化碳6.86 5 二氧化碳50.20 6 氮气8.82 7 合计100.00 8 压力，MPa(表)0.03 9 温度，40 第二章工艺过程说明制氢装置 PSA 氢提纯9/34 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

12、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、硅胶类、活性炭类和分

13、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).AS 吸附剂在大型 PSA氢提纯中的应用结果表明：我公司的AS吸附剂对 H2O均有很高的吸附能力，同时再生非常容易，并且该吸附剂还具有很高的强度和稳定性，因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂。制氢装置 PSA 氢提纯10/34 2).HXSI-01 吸附剂本装置所用 PSA专用硅胶属于一种高空隙率的无定型二氧化硅，化学特性为惰性，无毒、无腐蚀性.其中规格为 1-3 球状的硅胶装于吸附塔中下部，用于吸附水

14、分和 CO2。3).HXBC-15B吸附剂本装置所用活性炭是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。本装置所用活性炭规格为1.5 条状，装填于吸附塔中部主要用于脱除 CO2组分。4).HX-CO专用吸附剂本装置所用的 HX-CO 专用吸附剂是一种以活性碳为载体的对CO有良好吸附和解吸能力的吸附剂，装填于吸附塔的上部，用于脱除CO2和 CO。5).HX5A-98H 吸附剂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，规格为 2-3 球状，无毒，无腐蚀性。HX5A-98H吸附剂不仅有着较大的比表

15、面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为 0.5nm。HX5A-98H 吸附剂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，用于脱除甲烷、CO、N2，保证最终的产品纯度。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HX5A-98H吸附剂具有极强的亲水性，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，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

16、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；而当气体分子制氢装置 PSA 氢提纯11/34 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

17、/rm-C2/rn (mn)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。制氢装置 PSA 氢提纯12/34 下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序示意图组分吸附能力氦气弱氢 气氧 气 氩 气 氮 气 一 氧 化 碳 甲 烷

18、 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 强制氢装置 PSA 氢提纯13/34 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

19、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。通常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 BA和 CD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 BC和 AD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

20、点)下大量吸附原料气中除氢以外的杂C B D T2 T1 Q tp变压吸附变温吸附温度 T2T1 QpP1 P2 吸附量Q t组分分压A 制氢装置 PSA 氢提纯14/34 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

21、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。1.4.2 工艺条件与装置处理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（对本装置而言主要是CO）越高，特别是净化要求高的有害杂质含量越高时，吸附

22、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：制氢装置 PSA 氢提纯15/34 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 氢气回收率的影响因素由于 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。不同工艺流程下的氢气回收率：在不同的工艺流程下，所能实

23、现的均压次数不同，吸附剂再生时的压力降也就不同，而吸附剂再生时损失的氢气量随再生压力降的增大而增大。一般来讲，PSA流程的均压次数越多，再生压力降越小，氢气回收率越高。但从另一方面考虑，均压次数如果过多，容易将部分杂质带入下一吸附塔并在吸附塔顶部形成二次吸附，从而使该塔在转入吸附时因顶部被吸附的杂质随氢气带出而影响产品氢纯度。对于冲洗流程和真空流程来讲，冲洗流程需消耗一定量氢气用于吸附剂再生，而真空流程则是通过抽真空降低被吸附组分的分压使吸附剂得到再生，故采用冲洗流程时，氢气回收率较低，但真空流程能耗较高。产品氢纯度与氢回收率的关系：在原料气处理量不变的情况下，产品氢纯度越高，穿透进入产品氢中

24、的杂质量越少，吸附剂利用率越低，每次再生时从吸附剂死空间中排出的氢气量越大，氢气回收率越低。吸附压力对氢气回收率的影响：在一定的范围内，吸附压力越高，吸附剂对各种杂质的动态吸附量越大。在原料气处理量和产品氢纯度不变的情况下，吸附循环周期越长，单位时间内解吸次数越少，氢气回收率越高。冲洗过程对氢气回收率的影响：由于被吸附的大量杂质是通过用部分氢气的回流冲洗而解吸，故冲洗时间的长短、冲洗气量的大小、冲洗速度的快慢都将影响氢气的回收率。一般来讲，冲洗时间越长，冲洗过程越均匀，冲洗气量越大，吸附剂的再生越彻底，在纯度不变的情况下，吸附时间越长，氢气回收率越高。但是，由于本装置的冲洗气来自制氢装置 PS

25、A 氢提纯16/34 均压结束后的顺放过程，如需加大冲洗气量，则顺放过程压力降太大，将会引起部分杂质穿透，反而不利于冲洗。吸附时间(或吸附循环周期)对氢气回收率的影响：在原料气流量和其他工艺参数不变的条件下，延长吸附时间就意味着单位时间内的再生次数减少，再生过程损失的氢气也就越少，氢气回收率越高。但是，在同样条件下，吸附时间越长，进入吸附剂床层的杂质量越大，因吸附剂动态吸附量不变，故穿透进入产品氢的杂质量将增大，这势必会使产品氢纯度下降。由此可见，吸附时间的改变将同时影响产品氢的纯度和收率。在 PSA制氢装置的实际操作过程中，为了提高 PSA装置运行的经济性，我们应在保证产品氢中杂质含量不超标

26、的前提下，尽可能的延长吸附时间以提高氢气回收率。这是 PSA装置吸附时间参数设定的基本原则。综上所述，为了提高氢气回收率进而提高装置的经济效益，在原料气组成、流量以及温度一定的情况下应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、延长吸附时间、降低产品纯度（在允许范围内）；1.4.4 产品氢纯度的影响因素原料气流量对纯度的影响：在气体工艺条件及工艺参数不变的条件下，原料气流量的变化对纯度的影响很大，原料气流量越大，每一循环周期内进入吸附塔的杂质量越大，杂质也就越容易穿透，产品氢纯度越低。相反，原料气流量减小，则有利于提高产品氢纯度。解吸再生条件对产品氢纯度的影响：如前所述，在常压冲洗再生的情况下，一方面因要

27、消耗部分产品气用于吸附剂再生，氢气回收率较低；另一方面，因吸附剂再生不彻底，吸附剂动态吸附量较小，因而若原料气流量不变，则产品氢纯度下降。与之相比，采用真空解吸再生时，吸附剂动态吸附量大，吸附剂再生彻底，不仅有利于提高氢气回收率，也提高了产品氢纯度。均压次数对产品氢纯度的影响：原料气处理量和吸附循环周期不变，均压次数越多，均压过程的最终压力越小，被吸附的杂质也就越容易穿透进入下一吸附塔并在吸附剂床层顶部被吸附，制氢装置 PSA 氢提纯17/34 致使该塔在转入下一次吸附时杂质很容易被氢气带出，影响产品氢纯度。由于吸附塔的大小和装填的吸附剂量是固定的，因而在原料气组成和吸附压力一定的情况下，吸附

28、塔每一次所能吸附的杂质总量就是一定的。所以随着吸附过程的进行，杂质就会慢慢穿透吸附床，起初是痕量，渐渐就会超过允许值，这时就必须切换至其它塔吸附。因而，当原料气的流量发生变化时，杂质的穿透时间也就会随之变化，吸附时间参数就应随之进行调整。流量越大则吸附时间就应越短，流量越小则吸附时间就应越长。这样才能保证在各种操作负荷下均能充分地利用吸附剂的吸附能力，在保证产品纯度的情况下获得最高的氢气回收率。本装置的吸附时间参数可在DCS 上人工设定，亦可由DCS自动计算产生。在 DCS 画面上 PSA部分设有：“TMAUTO”和“TMADJUST”两个吸附时间自动调整按钮。当“TMAUTO”设为自动状态“

29、OFF”时由手动直接输入：T1、T2、T3、T4 请注意：在手动设定吸附时间参数时应参照吸附时间表内的原则。当“TMAUTO”设为自动状态“ON”时除尽量延长的设定时间外，其他时间等于操作工手动设定参数，而要求尽量延长的设定时间则会根据原料气流量的大小自动计算出来，即使没有将“TMAUTO”设为自动状态“ON”状态，软件也会自动计算出一个要求尽量延长的设定时间数据供操作员参考。但由于原料气的组成和压力也有可能发生波动，这些变化也将影响吸附时间参数。因而，本装置的PSA部分还设计了一个“操作系数”参数，用于修正这种影响。“操作系数”参数的含义为：将自动计算出的吸附时间乘以“操作系数”后作为真实的

30、操作时间。操作系数对 PSA装置运行的影响：增大操作系数吸附时间延长产品纯度下降氢气回收率提高 减小操作系数吸附时间缩短产品纯度上升氢气回收率降低由于操作系数的大小决定着吸附时间的长短，因而对本装置的运行状况起着至关重要的影响，所以调整时应特别精心，其调整步骤如下：制氢装置 PSA 氢提纯18/34 增加操作系数（当产品氢纯度高于要求值时，增加操作系数）1.以 0.02 为单位增加操作系数2.等三个完整的 PSA循环周期(即：单塔总吸附时间x24)3.重复以上的步骤增加操作参数直到产品纯度下降至允许的最低值4.以 0.05 为单位降低操作系数，使装置能在高收率下安全运行 减小操作系数（当产品氢

31、纯度低于要求值时，减小操作系数）1.以 0.1 为单位增加操作系数2.等三个完整的 PSA循环周期(即：单塔总吸附时间x24)3.重复以上的步骤减小操作参数直到产品纯度上升至允许值以内然后按增加操作系数的步骤调整，直到装置能在高收率下安全运行为止当“TMADJUST”设为自动状态“OFF”时吸附时间不会因产品纯度的变化而自动调整。当“TMADJUST”设为自动状态“ON”时吸附时间将会随产品纯度的变化而自动调整。当产品中CO含量超高（大于10ppm）时，软件会自动减小吸附时间值；当产品中CO含量过低（小于5ppm）时，软件会自动增加吸附时间值；使装置在保证产品纯度合格的情况下自动追求最大的回收

32、率。建议：在原料气流量调节和CO分析仪均准确的情况下，最好将“TMAUTO”“TMADJUST”均设为自动方式，这样可以简化操作，并获得最好的效益。2.4.2 压力参数的设定由于变压吸附气体分离工艺的核心就是利用压力的变化来实现吸附剂对混合气体中的杂质组分的吸附与分离，因而压力也是PSA的关键参数。1)PSA吸附压力 PSA 吸附压力的设定是通过改变吸附压力调节回路PICA4703的设定值来实现的，其设定值一般为2.5MPa。3)吸附各阶段的压力制氢装置 PSA 氢提纯19/34 吸附塔 T4101A H在吸附、再生各阶段的压力当工艺流程和吸附压力一定时，各阶段的理想压力曲线也就自动确定了。所

33、有的调节均由计算机自动完成，无须操作人员操作。吸附塔理想压力曲线8-1-4 流程：(当吸附压力变化时，此压力曲线将相应变化)吸附塔的实际压力变化曲线应与以上的理想曲线相近似，但不会完全相同。如果吸附塔的实际压力变化曲线与以上的理想曲线形状差别很大，则说明装置运行有问题，可能的问题有：程控阀门动作出错、程控阀门严重泄漏、吸附时间不在正常范围内、调节阀PV4703、PV4708、PV4704或 PV4705故障等。2.4.3 流量的设定本装置处理量是由造气工段决定的。实际值由用户要求的氢气产量决定。压力MPa 压力MPa 0.03 0.20 0.49 0.99 1.96 1.47 2.5 TIME

34、A E1D E2D E3D E4D PP D D P P E4R E3R E2R E1R FR A 制氢装置 PSA 氢提纯20/34 第三章装置的操作第一节装置的开车1.1 首次开车准备工程建设竣工后即进入首次开车。在首次开车前必须先进行管路系统和工艺设备的开车准备，然后进行机泵的单体试车，待一切准备就绪后才能进行联动试车。在投产后，如进行了管路或设备改动及大修，则再次开车时也应参照首次开车的要求进行开车前的准备。1.1.1 管路系统的准备工作管路系统的开车准备主要是指管路系统中的工艺管道、管件及阀门等的检验，管道系统的吹扫与清洗，管道系统的气密检验等。由于本装置为氢气系统，因而管路系统的检

35、验需特别仔细认真。1)工艺管道、管件及阀门的检验a.在工艺管道安装前应逐根核对所用管道的材质、规格、型号是否与设计相符。b.在工艺管道安装前应逐根严格检查管道是否有裂纹、孔、褶皱、重皮、加渣、凹陷等外观缺陷。c.在法兰、弯头、三通、异径管等管件安装前应逐个检查其材质、规格、型号是否符合国家有关规定和设计要求。d.安装前应检查管件的法兰密封面是否平整光洁，严禁有毛刺或径向凹槽。法兰螺纹应完整、无损伤。凹凸面法兰应能自然吻合，凸面高度不得低于凹面深度。e.在法兰连接时，法兰间应保持平行，其偏差不大于法兰外径的1.5，且小于 2mm，禁止用强紧螺栓的方法消除歪斜。f.石棉橡胶等非金属密封垫应质地柔韧

36、，无老化变质、分层现象及折痕、皱纹等缺陷；金属密封垫的尺寸、精度应符合规范，无裂纹、毛刺、凹槽、径向划痕等缺陷。g.在安装前应检查各种工艺阀门的规格、型号、压力等级、材质是否符合设计要求。制氢装置 PSA 氢提纯21/34 h.在安装前所有阀门均应作强度和严密性试验。试验应用洁净水进行。i.阀门的强度试验压力为公称压力的1.5 倍，试验时间不少于五分钟，以壳体和填料无渗漏为合格。j.阀门的严密性试验在公称压力下按国家有关规定进行，试验完成后应排净积水，关闭阀门，密封出入口，密封面应图防锈油脂(需脱脂的阀门除外)。k.安全阀在安装前，首先应检查其规格、型号、压力等级、材质是否符合设计要求，并按设

37、计规定进行调试与整定。l.安全阀的开启压力为工作压力的1.051.15 倍，回座压力应为工作压力的0.9 1.0 倍，调试时压力应稳定，每个安全阀的启闭试验不应少于三次，调试完成后应进行铅封，并填写调试记录。m.在装置管道系统焊接工作完成后，还应进行焊缝探伤，对于装置中的管阀架部分在发货前就已按设计要求进行了探伤；于现场焊接的管线，其中与吸附塔进出口连接的管线应作100%探伤，其余管线作 15%探伤。2)管道系统的强度检验a.管道系统的强度检验应在管道系统、支吊架施工完成后进行。b.管道系统强度试验前应将不能参与试验的设备、仪表等隔离，安全阀应拆除或隔离，加装临时盲板的位置应有明显标记。c.管

38、道系统强度试验用洁净水进行，试验压力详见管道一览表d.试验中，压力应缓慢上升，在达到试验压力后，应稳压1015 分钟，以目测系统无变形、渗漏为合格。a.试验中如遇问题，不得带压处理，应在卸压消除缺陷后重新试验b.试验完成后应及时拆除盲板，排除所有积水。(注意：由于吸附剂禁水，所以系统中的水必须彻底吹除干净)c.如无水压实验条件，也可采用气压作强度实验，实验气体为氮气或空气，各管道最高实验压力按照 管道特性表 内规定执行，升压过程中，从 0.3MPa开始每升 0.1MPa应保压 3 分钟。3)管道系统的吹扫a.在装置全部安装完成后，应进行系统吹扫，一般工艺管道的吹扫气可用压缩空气或压缩氮气，蒸汽

39、管线和水管线也可用蒸汽吹扫，仪表管线应用仪表空制氢装置 PSA 氢提纯22/34 气吹扫。吹扫气压力一般应不低于0.3MPa，不锈钢液压管线的吹扫压力应不低于 1.0MPa。b.吹扫的顺序一般是先主管、后支管，分段进行。遇到孔板、滤网、止回阀、节流阀、调节阀等装置，必须拆除。c.各吸附塔应和管路系统一同吹扫，为保证吹扫时不损伤程控阀密封面，预处理部分和 PSA部分应采用爆破式吹扫，即在各总管端头加石棉垫，并将要吹扫塔的程控阀打开，然后向塔内充压缩气直到压缩气体将石棉板冲破为止。应特别注意：吹扫前和吹扫过程中不允许开关程控阀，以免损伤密封面。d.吹扫过程中，应用锤子(不锈钢管道用木锤)不断敲击管

40、道。e.在吹扫排气口设一白布或白色的靶板，当吹出的气体连续5 分钟无尘土、铁锈、焊渣、水或其他脏物时，认为吹扫合格。4)管道系统的气密性检验a.在完成管道系统的强度试验和吹扫后还应进行气密性检验。b.系统各设备、管道、仪表均应按设计安装好才可进行整个装置的气密性试验，气密性试验压力为2.5MPa，解吸气管线气密性试验压力为0.2MPa。实验气体应为干燥气体。c.升至实验压力后，要求用肥皂水检查所有管件连接处和管道焊缝，如有泄漏点，则应卸压处理后再继续检查d.系统保压要求：1 小时内压力下降量不超过系统压力的0.5%。1.1.2 机泵单体试车通过 DCS系统对所有程控阀门进行调试。对自控、仪表进

41、行严格的检查、调试及空运行。以保证整个控制系统可随时投入运行。1.1.3 吸附剂装填在系统强度检验、吹扫、气密检验和单机试车完成后，即可进行吸附剂的装填工作。其步骤如下：1)首先确认整个系统均处于干燥状态。2)用干燥空气置换所有需要装填的吸附塔，确定无爆炸、有毒或窒息性气体。制氢装置 PSA 氢提纯23/34 3)吸附剂装填前应先检查吸附塔下分布器，要求确认：分布器四周满焊，无缝隙；分布器的不锈钢丝网规格无误，安装正确、牢固。4)选择天气晴朗时进行装填，装填时间最好在一天中的上午九点至下午四点间进行，因为此时空气中的相对湿度较低。5)为保证吸附剂在装填时磨耗和破碎较少，料斗下应装布袋，布袋长度

42、为6-8m。6)每装填一层吸附剂，就应下塔将吸附剂抹平并铺一层不锈钢丝网(直径等于塔径 400mm)，装填时上海华西化工科技有限公司的技术人员必须在场指导。7)本装置的吸附剂装填顺序为：自塔底向上依次装填A-AS、HXSI-01、HXBC-15B、HX-CO、HX5A-98H。每种吸附剂之间用浮动不锈钢丝网隔开。8)活性炭应采用密相装填工艺。9)装填完成后，确认上分布器丝网规格无误、安装牢固后封塔。完成吸附剂装填工作后应进行二次气密试验和吸附剂的吹扫。吹扫气应从塔底排出。但注意：此时必须是用深度干燥空气或氮气进行气密和吹扫。装填注意事项：每台设备装填前均应设二名专职记录员记录装填量，以确保装填

43、无误。为下塔方便，应准备软梯。为了防止进入容器内工作的人员坠落和稳妥地保护他，工作人员必须系上合适的安全带，安全带连接绳子，绳子必须由容器外的至少两个人把握。进入容器的人员应带上长鼻管、防爆灯等设备，以保证呼吸和照明。进入容器时，容器外必须设专人始终进行监护，以保证进入人员的安全。1.1.4 系统置换在装置正式投料前还应用 干燥、洁净的氮气对整个装置进行彻底置换使整个系统的含氧量低于0.5%(体积)。置换方法可按正常运行步骤进行，即以氮气做为原料气通入，启动系统程控阀后直到产品气出口和解吸气出口氧含量均小于0.5%为止(至少三次取样分析均合格才能视为合格)。如氮气量不足，则可分阶段逐塔逐管通入

44、氮气进行置换。制氢装置 PSA 氢提纯24/34 1.2 首次开车在所有设备、仪表、微机都已准备完毕并经过了严格检查，系统也已完成置换后，即可进入装置的首次投料、开车过程。其步骤如下：1)确认系统已氮气置换合格。2)确认原料气组成已合格，不带液。3)拆除进出界区的所有工艺气管线盲板，并作记录。4)控制系统及所有仪表通电，并投入操作状态。5)在 DCS 操作画面上，设定好所有调节系统的操作参数。(具体见第二章)6)在 DCS 操作画面上，用将 PSA系统运行按钮置为RUNNING 状态，使程控阀开始投入运行。7)缓慢打开原料气进口阀，逐渐向系统内投料，投料速度不宜过快，应保持在每分钟吸附塔压力上

45、升0.1MPa左右。8)当吸附塔压力升至2.4MPa后，打开手动产品气放空阀，将不合格的产品气放入燃气管网。9)当运行一段时间 PSA出口氢气纯度达到99.9%且 CO含量低于 10PPm 后，关闭产品气放空阀并打开产品气出界区阀门。至此，整个装置即转入正常运行状态。1.3 正常开车步骤由于正常停车后氢提纯装置处于正压封闭状态，因而再次开车时无须再置换开车过程将比首次开车简单。具体步骤如下：1)控制系统及所有仪表通电，并投入运行。2)启动 PSA系统运行按钮。3)逐渐向系统缓慢投料，当吸附塔压力升至2.4MPa后，打开产品气放空调节阀将不合格的产品气放入燃气管网（开车初期系统内的氮气通过现场放

46、空管放空）。4)氢气纯度合格后，关闭产品气放空阀同时打开产品气出界区阀门。系统转入正常运行。制氢装置 PSA 氢提纯25/34 1.4 开车阶段的调整由于开车阶段系统的正常压力系统尚未建立起来，因而在开车的初期应用3080%的负荷缓慢加量。并选择较小的“操作系数”，较短的吸附时间。使产品纯度迅速合格。第二节装置的运行变压吸附氢提纯装置在正常运行过程中的操作是非常少的，几乎所有的调节均由计算机自动完成，操作人员只需注意产品纯度是否在最佳范围，和装置是否有报警即可。2.1 产品纯度的调整变压吸附工艺具有产品纯度范围宽、且易于调整的特点。由于产品纯度与产品回收率是成反比关系的，即：在原料气条件不变和

47、吸附、解吸压力一定的情况下，产品纯度越高、氢气回收率越低；产品纯度越低、氢气回收率越高。因而，要保证装置运行于最佳状态，就必须将产品纯度控制在即能满足生产需要，又尽可能低的范围内。调整产品氢纯度的方法就是：修改吸附时间和修改“操作系数”。延长吸附时间、增大“操作系数”，则降低产品纯度PV4705B 的最大、最小开度设定值和时间参数设置（在吸附时间不变的前提下，改变时间参数的设定值）。2.2.3 顺放压力的调节与控制本装置顺放压力的调节与控制是最为重要的，顺放压力降的大小、冲洗过程的均匀连续性对产品氢的纯度和收率影响很大。PV4704 调节的目的是在保证一定的顺放压力降的前提下，使冲洗过程尽量缓

48、慢均匀。终压达到设定值要求的同时使逆放过程尽量缓慢（减小逆放对解吸气混合罐压力造成的波动），调节方法是随动 PID 调节。需要操作工调节的也只是改变PV4704的最大、最小开度设定值。制氢装置 PSA 氢提纯26/34 2.3 吸附塔的切除由于 PSA氢提纯装置是由 8 台吸附塔组成。因而为提高装置的可靠性，本装置编制了一套切塔与恢复程序。即：当某一台吸附塔出现故障时，可将其脱出工作线，让剩余的吸附塔继续生产。1)切 塔 步 骤a.故障塔判断；当某吸附塔的压力异常和程控阀检出错同时发生时，就认为此塔故障，应予以切除。此时DCS 将提示操作人员。(吸附塔变成红色)b.切塔操作；经操作人员确认故障

49、属实后，直接在 DCS 上选中故障塔的切除键，然后将其置“ON”。则程序将自动关断该塔的所有程控阀，将故障塔切出工作线。c.控制机自动将程序切入与切塔前相对应的点，保证切除时各吸附塔压力无大的波动。e.切塔后，在装置正常运行情况下，请检修人员检修故障塔a.如果在已切除一台吸附塔后又有吸附塔故障出现，则重复以上的操作即可继续切塔运行。注意：本装置只允许依次切除，不允许同时切除两个塔。吸附塔进气阀XV4701、出气阀 XV4702和解吸气阀 XV4707、XV4708同时处于开状态且吸附塔压力报警时，程序将强制切塔并报警。PSA装置的绝大多数故障均出现在仪表和控制系统上，因而通常切塔后的检修无需拆

50、工艺管线和设备。缩短吸附时间、减小“操作系数”，则提高产品纯度具体的修改办法见第二章第二节的2.4 2.2 装置参数的调节22.1 调整吸附时间当装置的处理量改变之后(或原料气组成改变后)，将有可能影响产品的纯度，这时可调整“操作系数”以调整吸附时间，使产品纯度重新运行于最佳范围。或将“TMADHUST”置为“ON”让计算机自动调整。制氢装置 PSA 氢提纯27/34 2.2.2 产品气升压控制产品气升压的速度的控制是通过产品气升压调节阀PV4708的随动 PID 调节来实现的，PV4708的设定值由计算机自动计算产生，无需操作工进行修改。需要调节的只是 PV4708的最大、最小开度和PID