制氢技术方案.pdf

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1、目 录第一章 前言 4 第二章 变压吸附的基本原理 17 2.1 吸附的概念 2.2 吸附剂 2.3 吸附平衡 第三章 工艺技术方案22 第一节 装置概况22 第二节 工艺技术方案23 2.1 工艺流程的选择 2.2 工艺流程简述 2.3 工艺操作参数 2.4 流程时序图 2.5 物料衡算表 2.6 装置公用工程消耗 第三节 装置技术特点29 第四节 工艺设备31 第五节 吸附剂33 第六节 控制系统及控制软件35 6.1 概述 6.2 基本控制功能 6.3 控制设备选型 6.4 生产装置安全措施和安全保护系统 6.5 控制软件及特点 第七节 程控阀与程控操纵机构44 第八节 装置占地面积与平

2、面布置46 第九节 装置定员47 第十节 技术保证48 第一章 前 言 公司具有丰富的总承包工程建设经验，拥有配备齐全的工艺专业、设备专业、机械专业、自动控制专业、电气专业、土建专业和环保专业技术人员，技术实力雄厚，职工 30 多人，高级工程师 8 人，从研究开发、工程设计、设备供货及施工安装到备品备件“一条龙”总承包服务。服务宗旨是全身心的投入并致力于推动环保事业的发展，尽力为我们广大甲方取得最大的经济效益，竭诚为甲方提供最先进、可靠的产品和优质、及时、周到的服务，高品质的技术和服务将是我们精诚合作，实现共同发展的基石。变压吸附（PSA）变压吸附（PSA）技术是近 30 多年来发展起来的一项

3、新型气体分离与净化技术。其技术核心由工艺流程、吸附剂、吸附塔、程控阀门、控制技术等方面组成。在工艺流程上，变压吸附的五塔、六塔、七塔、八塔、九塔、十塔、十二塔流程都具有因地制宜从实际出发的特点，可根据原料气组成、压力、产品质量、装置规模的不同,有机地将 TSA、PSA、VPSA 技术结合在一起，使气体分布效果更好、床层死空间更小的新型结构，并成功地实现了 3004800 的吸附塔的成功工业应用为甲方提供最合理、经济的工艺解决方案 第二章 变压吸附的基本原理 2.1 吸附的概念 变压吸附（PSA）技术是近 30 多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空

4、气的专利文献。60 年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，因此，进入 70 年代后，这项技术被广泛应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。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：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附

5、主要为物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）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动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸

6、附与再生循环，达到连续分离气体的目的。2.2 吸附剂 工业 PSA-H2装置所选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、硅胶类和分子筛类吸附剂；另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO 专用吸附剂和碳分子筛等。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。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。吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线和动态下的穿透曲线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。同时，要在

7、工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时，（弱吸附组分在吸附床死空间中残余量/弱吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量/强吸附组分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附气体分离装置中的吸附剂分离系数不宜小于 3。另外，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾。一般而言，吸附越容易则解吸越困难。如对于 C5、C6等强吸附质，就应选择吸附能力相对较弱的吸附剂如硅胶等，以使吸附容量适当而解吸较容易；而对于 N2、O2、CO 等弱吸附质，就应选择吸附能力相对较强的吸附剂如分子筛等，

8、以使吸附容量更大、分离系数更高。此外，在吸附过程中，由于吸附床内压力是周期性变化的，吸附剂要经受气流的频繁冲刷，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。在变压吸附气体分离装置常用的几种吸附剂中，活性氧化铝类属于对水有强亲和力的固体，一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备，主要用于气体的干燥。硅胶类吸附剂属于一种合成的无定形二氧化硅，它是胶态二氧化硅球形粒子的刚性连续网络，一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备的，硅胶不仅对水有极强的亲和力，而且对烃类和 CO2等组分也有较强的吸附能力。活性炭类吸附剂的特点是：其表面所具有的氧化物基团和无机物杂质使表面性质表现为弱极性或无极性，加上活性炭所具

9、有的特别大的内表面积，使得活性炭成为一种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的广谱耐水型吸附剂。沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，属于强极性吸附剂，有着非常一致的孔径结构和极强的吸附选择性，对 CO、CH4、N2、Ar、O2 等均具有较高的吸附能力。NA-CO专用吸附剂是由我公司和南京化工大学共同开发的一种专门用于吸附CO的吸附剂，其特点是通过在吸附剂载体上加入贵金属，使其对 CO 具有特别的选择性和吸附精度，从而大大提高 CO 的分离效果。碳分子筛是一种以碳为原料，经特殊的碳沉积工艺加工而成的专门用于提纯空气中的氮气的专用吸附剂，使其孔径分布非常集中，只比氧分子直径略大，

10、因此非常有利于对空气中氮氧的分离。对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层装填组成复合吸附床，才能达到分离所需产品组分的目的。2.3 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，吸附分离过程实际上都是一个平衡吸附过程。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。在一定的温度和压

11、力下，对于相同的吸附剂和吸附质，该动态平衡吸附量是一个定值。在压力高时，由于单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数多，因而压力越高动态平衡吸附容量也就越大；在温度高时，由于气体分子的动能大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就少，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，吸附等温线就是在一定的温度下，测定出各气体组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量用曲线连接而成的曲线。下面给出的是吸附剂 YPBC-15B 对不同的气体组分在 38下的吸附曲线，从该曲线可以看出：在相同的温度和压力下，吸附剂对不同的气体组分的吸附容量是不同的，变压吸附氢提纯技

12、术正是利用吸附剂的这一特性，大量吸附强吸附组分而很少吸附弱吸附组分，从而使强吸附组分和弱吸附组分得以分离。不同气体组分 38下在活性炭类吸附剂上的吸附等温线图：不同温度下的吸附等温线示意图：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。实际上，变温吸附过程正是利用上图中吸附剂在 A-D 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温(即 A 点)下大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后升高温度(到 D 点)使杂质得以解吸。C B D T2 T1 Qtp 变压吸附 变温吸附 温度 T2T1 Qp P1 P2 吸 附 量 Qt 组分分压 A Adsorption Ist

13、hern(STATIC SORB AT 38C)10100200300400500600700800吸附分压P/P0(KPa)Volume AdsorptionH2ArO2N2COCH4CO2C2C3从上图的 BA 可以看出：在温度一定时，随着杂质分压的升高吸附容量逐渐增大；变压吸附过程正是利用吸附剂在 A-B 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即 A 点)下大量吸附原料气中除的某些杂质组分，然后降低杂质的分压(到 B 点)使杂质得以解吸。吸附剂的这一特性也可以用 Langmuir 吸附等温方程来描述：PXiKPXiKAi211 （Ai：吸附质 i 的平衡吸附量，K1、K2：吸附常

14、数，P：吸附压力，Xi：吸附质 i 的摩尔组成）。在通常的工业变压吸附过程中，由于吸附-解吸循环的周期短（一般只有数分钟），吸附热来不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，吸附过程可近似看做等温过程，其特性基本符合Langmuir吸附等温方程。在实际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PSA、TSA 或 PSA+TSA工艺。变温吸附（TSA）法的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的脱除；变压吸附（PSA）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。在

15、变压吸附（PSA）工艺中，通常吸附剂床层压力即使降至常压，被吸附的组分也不能完全解吸，因此根据降压解吸方式的不同有可分为两种工艺：一种是用产品气或其他不易吸附的组分对床层进行“冲洗”，使被吸附组分的分压大大降低，将较难解吸的杂质冲洗出来，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降低被吸附组分的分压，使吸附的组分在负压下解吸出来，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

16、中，究竟采用以上何种工艺，主要视原料气的组成性质、原料气压力、流量、产品的要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。第三章 工艺技术方案 第一节 装置概况 1.1 设计规模 装置公称产氢能力：400 Nm3/h 处理焦炉煤气能力：1500Nm3/h 装置操作弹性：50150 操作时数：8400h/a 1.2 原料气条件 组成 H2 CO CO2 O2 CH4 N2 CnHm V%58.39 8.16 3.2 0.79 21.89 5.37 2.03 H2S HCN 萘 焦油 灰份 mg/Nm3 15 300 500 80 3.55 压力：22KPa 温度：40 流量：1500 Nm3/h 1.3

17、产品产量、规格 1.3.1 氢气 纯度：H299.9995 O22ppm CH41ppm 流量：400Nm3/h 出口压力：1.6MPa(G)出口温度：40 产品氢露点 -80 1.3.2 副产的解吸气 出口压力：40KPa(G)出口温度：100 1.4 装置界区：虚框内的内容为本投标范围 第二节 工艺技术方案 2.1 工艺流程简述 由于焦炉煤气组成复杂且产品氢纯度要求高，因而本装置工艺流程由压缩工序、预处理工序、变压吸附工序和净化工序组成。分别简述其流程如下：1)压缩工序 压缩工序：利用 1#制氢的 2 台三级往复式压缩机组成（1 开 1 备)，（新增加一台三级往复式压缩机，排气量 2200

18、Nm3/h，提供给 1#制氢，三台压缩机互为备用）。然后进入预处理系统除去萘、焦油、NH3、H2S 及其它 C5 以上的重烃等化合物。处理后的焦炉煤气经压缩机第二、三级压缩至1.7MPa(G)后进入后续 PSA 氢提纯系统。2)预处理工序 预处理系统由 2 台预处理塔、1 台解吸气缓冲罐、1 台除油器、1 台解吸气加热器和 2台过滤器组成。来自压缩一段，压力为0.25MPa(G)的焦炉煤气进入预处理工序后，首先经过除油器分离掉其中夹带的油和水滴，然后自预处理塔底进入预处理塔，除去焦油和萘，硫化氢，氨及其它 C5 以上的重烃等化合物。系统由两台组成，其中一台处于吸附状态，而另一台处于再生状态。当

19、预处理塔吸附焦油，萘，硫化氢，氨及其它 C5 以上的重烃等化合物接近饱和时即转入再生过程。预处理塔的再生过程包括：12KPa 焦炉煤气 预处理 净化工序 PSA 工序 1.6MPa 产品氢 15-25KPa 解吸气 压缩 污水处理 压缩 a 降压过程 预处理塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体排至煤气管网。b 加热脱附杂质 用 PSA 工序副产的解吸气经加热至 140后逆着吸附方向吹扫吸附床层，使萘、焦油、NH3、H2S 及其它在加温下得以解析的 C5 以上的重烃等化合物完全脱附，再生后的解吸气送回焦炉煤气管网。c 冷却吸附剂 脱附完毕后，停止加热再生气，继续用常温再生气逆着进气方向吹扫吸附

20、床层，使之冷却至吸附温度。吹冷后的解吸气也送回焦炉煤气管网。d 升压过程 用处理后的煤气逆着吸附方向将预处理塔加压至吸附压力，至此预处理塔就又可以进行下一次吸附了。3)变压吸附工序 变压吸附（PSA）系统由 1 台过滤器、1 台除油器、5 台吸附塔和 1 台顺放气缓冲罐组成。本装置变压吸附（PSA）工序采用 5-1-3 PSA 工艺，即装置由五个吸附塔组成，其中一个吸附塔始终处于进料吸附状态，其工艺过程由吸附、三次均压降压、顺放、逆放、冲洗、三次均压升压和产品最终升压等步骤组成，具体工艺过程如下：经过预处理后并经煤气压缩机压缩的净化煤气首先进入除油过滤器和除油塔除去气体中夹带的少量重烃及压缩过

21、程的润滑油，然后自塔底进入吸附塔中正处于吸附工况的吸附塔，在吸附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的绝大部分杂质，获得纯度大于 99.9%的粗氢气，从塔顶排出送净化工序。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，停止吸附，转入再生过程。吸附剂的再生过程依次如下：a.均压降压过程 这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程，本流程共包括了三次连续的均压降压过程，以保证氢气的充分回收。b.顺放过程 在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，顺放出来的氢气

22、放入顺放气缓冲罐中混合并储存起来，用作吸附塔冲洗的再生气源。c.逆放过程 在顺放结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送至解吸气缓冲罐用作预处理系统的再生气源。d.冲洗过程 逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放气缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，并将杂质冲洗出来。冲洗再生气也送至解吸气缓冲罐用作预处理系统的再生气源。e.均压升压过程 在冲洗再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力氢气依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是回收其它

23、塔的床层死空间氢气的过程，本流程共包括了连续三次均压升压过程。f.产品气升压过程 在三次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品氢气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。五个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有一个吸附塔处于吸附状态)即可实现气体的连续分离与提纯。为了系统运行更加稳定，这次采用预升压工艺。4)净化工序 从变压吸附（PSA）工序来的氢气是含有少量氧气的粗氢气，纯度尚达不到要求，需要净化。粗氢气首先进入常温脱氧塔，在

24、其中装填的新型常温 Ba 催化剂的催化下，氧和氢反应生成水，然后经冷却器冷却至常温，再经缓冲罐缓冲后进入由两个干燥塔、一个预干燥塔、一台分液罐、两台换热器等组成的等压 TSA 干燥系统。经干燥后的产品氢即可达到纯度 99.9995%、氧含量小于 2ppm、甲烷含量小于 1ppm、露点低于-65的要求。等压 TSA 干燥系统的工艺过程如下：脱氧后的氢气首先经流量调节回路分成两路。其中一路直接去干燥塔，其中装填的干燥剂将氢气中的水分吸附下来，使氢气得以干燥。在一台干燥塔出于干燥的状态下，另一台干燥塔处于再生过程。干燥塔的再生过程包括加热再生和吹冷两个步骤。在加热再生过程中，另一路再生氢气首先经预干

25、燥塔进行干燥，然后经加热器升温至140后冲洗需要再生的干燥塔，使吸附剂升温、其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与另一路氢气回合，然后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。在吹冷过程中，再生氢气直接去处于再生状态的干燥塔，将干燥塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去预干燥塔，对预干燥塔中的干燥剂进行加温干燥，然后经冷却和分液后再与另一路氢气回合，最后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。为提高装置的可靠性和在线处理事故的能力，预处理系统设计旁路跨线，可以切除检修；所有吸附塔和预处理塔均设计隔断阀，可对单塔进行切除隔离检修。2.2 工艺操作条件 2.2.1 煤气压缩机主要操作参数：压缩机一级入口压

26、力 20KPa 压缩机一级出口压力 0.25MPa（G）压缩机二级出口压力 0.7MPa（G）压缩机三级出口压力 1.70MPa（G）压缩机油压 0.15MPa 冷却水水压 0.2MPa 压缩机各段排气温度 130 轴瓦温度 0.4MPa Nm3/h 60 连续 仪表用 6 氮 气 压力0.2MPa Nm3/次 1000 间断 置换用 第三节 装置技术特点 在充分考虑原料气条件以及用户的实际情况和需求后，为用户确定的工艺流程、选择的吸附剂、配套的工艺设备及软件技术有如下的技术特点：本装置可靠的 TSA 预处理可有效脱除原料气中的重组分杂质，保证了 PSA 吸附剂的长期使用，提高了装置的适应能力

27、，并且不会形成对环境的污染。本装置预处理采用一段 TSA 净化，并且安排在压缩一、二段之间，因此投资省且不会有萘堵塞问题。再生过程也不产生二次污染。PSA 工序采用 5-1-3 流程，与经典的 5-1-2 流程相比增加一次均压次数，可以最少的吸附床实现了三次均压，提高了氢气回收率，降低了装置运行成本。本装置的顺放气缓冲技术，可避免传统冲洗再生流程中的二次污染问题，使吸附剂再生效果更好。净化工序采用先进的常温脱氧新工艺，可降低装置投资和运行费用。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，转入四塔操作，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

28、运行的可靠性。本装置所有预处理塔、吸附塔均设计隔断阀，可对单塔进行切除隔离检修，这样就又进一步提高了装置的可靠性和带在线处理故障的灵活性。本装置控制软件的参数优化功能可使装置在任何时候都能达到最佳运行状态，提高了装置的运行效益。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。煤气压缩机采用有油润滑，可极大提高煤气压缩机的效率，减少压缩机维修工作量。在变压吸附入口增加一台吸附式除油设备，可有效防止有害物质损坏预处理和吸附塔的吸附剂，保证吸附剂的长使用寿命。第四节 工艺设备 本装置压缩机建议选择节能、可靠的往复式压缩机。本装置非标设备中的吸附塔为疲劳容器，按照美国 ASME

29、标准和中国 JB4732-95 进行应力分析计算和设计，所有设备设计寿命 20 年。动力设备一览表 序号 名 称 主要规格型号 材质 数量（台）注 1 煤气压缩机 D-36/0.012-17 CS 1（供 1#制氢用）新制氢用原来 1#制氢的压缩机 说明：压缩机型号以最终设备订货为准。压缩机随机备件清单 1 主轴瓦 1 付 2 连杆大头瓦 1 付 3 连杆小头瓦 1 付 4 活塞环 1 台套 5 活塞支承环 1 台套 6 刮油环 1 台套 7 轴封填料 1 台套 8.吸气阀组件 1 组 9 排气阀组件 1 组 10 吸、排气阀弹簧 1 台套 11.吸、排气阀阀片 1 台套 附表：一年备品备件

30、名 称 数 量 活塞杆 一台套 十字头销 一台套 大头瓦 一台套 小头瓦 一台套 活塞环 一台套 支承环 一台套 刮油环 二台套 填料密封环 三台套 一级气阀阀片 6 个 二级气阀阀片 2 个 三级气阀阀片 2 个 一级气阀垫片 16 个 二级气阀垫片 8 个 三级气阀垫片 6 个 一级气阀缓冲片 6 个 二级气阀缓冲片 2 个 三级气阀缓冲片 2 个 一级气阀弹簧 16 个 二级气阀弹簧 12 个 三级气阀弹簧 12 个 阀孔盖 一二三级各一个 压紧螺栓 一二三级各一个 螺母 一二三级各一个 填料弹簧 一台套 填料销 一台套 注油器单向阀 1 个 一级压阀罩 各 1 个 二级压阀罩 各 1

31、个 三级压阀罩 各 1 个 非标设备 本装置非标设备中的吸附塔为疲劳容器，采用美国ASME 标准和中国 JB4732-95 设计，所有设备设计寿命 20 年。第五节 吸附剂 由于吸附剂性能的好坏将直接影响产品的纯度和回收率指标而且是装置连续长期稳定运行以及装置使用寿命的保证，因而是变压吸附气体分离装置中的关键技术。变压吸附制氢常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭、沸石分子筛、CO 专用吸附剂几类，不同类型的吸附剂对不同气体的吸附力不等，动态吸附量和解吸难易程度也不相同。氧化铝类吸附剂对 H2O 等有良好的吸附作用，硅胶对 H2O、各种烃类杂质吸附量较大，活性炭对 CO2、各种烃类杂质吸附量大、解

32、吸容易，而分子筛对 CO、N2、CH4等吸附和解吸性能优良、CO 专用吸附剂对 CO 有极高的脱除精度。不同分离目的的变压吸附装置在吸附剂选型上应遵循如下原则：(1).选择动态吸附量大、解吸容易的吸附剂。(2).针对不同的原料气组成以及不同的产品质量指标要求选择不同种类的吸附剂。(3).为保证吸附剂的使用寿命，所选用的吸附剂必须具有足够的耐磨强度和抗压强度，对所有待分离的气体介质具有化学惰性.在大型 PSA 装置中的工业应用结果表明：我公司提供的YP-30AL活性氧化铝对H2O 具有很高的吸附能力，同时再生非常容易。在常温下通过抽真空或氢气冲洗即可保证再生效果，并且该吸附剂还具有很高的强度（高

33、达 100N/颗以上），因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分。我公司自行开发的 YP-30D 专用脱硫剂对萘、焦油和硫的吸附容量大，在加热情况下解吸效果极佳。我公司开发的 YPBC-30B 和 YPBC-15B 型吸附剂，强度高、性能优良，对烃类杂质及CO2 等不仅动态吸附量大而且解吸容易，长期使用性能稳定（该吸附剂与德国林德公司的同类吸附剂相比，性能相近，但价格很低）；我公司开发生产的 YP5A-98H 型分子筛吸附剂由于采用了先进的无粘接剂生产技术，在对 N2、O2、CO、CH4 的吸附容量、强度、堆比重等性能指标上均明显优于同类型进口吸附剂，在这一领域处于世界领先水平。本装置脱氧催化剂选

34、择中国科学院大连物理化学所开发的高抗毒性常温 Ba 催化剂，具有活性温度范围宽，抗中毒能力强，使用寿命长的特点。居国内领先水平。吸附剂使用寿命大于 20 年。预处理吸附剂使用寿命大于 2 年。Ba 催化剂使用寿命大于 5 年。第六节 电气和控制系统 6.1 概述 电气系统主要是安全可靠的满足装置煤气压缩机，控制系统，照明等用电器，用电的要求。根据变压吸附的工艺特点，本装置的控制系统设计和软件设计将在满足工艺要求的前提下，既考虑技术的先进性、操作的简便性和直观性，又特别注意运行的可靠性和稳定性，并兼顾价格因素。全套控制软件包将充分体现变压吸附的技术特点，不仅能实现系统的实时控制、优化操作，而且能

35、完全保证装置的长期、稳定、安全运行。电气系统 煤气压缩机高压电气控制柜 1套 煤气压缩机低压电气控制柜 1套 6.2 基本控制功能 6.2.1 顺序控制 本装置的全部程控开关阀和控制调节阀，按照工艺给定的条件进行顺序控制和模拟调节，使装置正常工作。这要求顺序控制和模拟控制能有机的结合起来，进行复杂控制。并且对于多种切塔和恢复的控制，能实现多种不同的控制程序。所有的程控开关阀均带阀位检测、显示和报警功能。6.2.2 程控调节 该功能用于保证各关键压力变换能和理想曲线基本完全吻合。从而保证了变压吸附工况的稳定和优化。6.2.3 参数优化控制 依据原料气量的变化和产品纯度的变化自动地计算出最佳吸附循

36、环时间，优化装置的运行状况，使装置在保证产品质量的前提下，还可以自动地获得最高的产品回收率、获得最佳的经济运行效益。6.2.4 联锁控制 包括工艺参数联动调节，工艺参数安全联锁，产品质量联锁控制等。6.2.5 动力设备监控 包括压缩机的流程显示、关键参数的监控、动力设备故障的报警和动作联锁。6.2.6 管理功能 可以进行完善直观的工艺流程监控与动态显示，如故障自诊断，历史趋势，事故状态和各种操作记录及打印报表。可以和工厂管理网络或 INTERTNET 联网，可将装置运行参数和数据上传至管理计算机用于工厂管理、调度和数字统计；也可以通过 INTERTNET 为用户提供远程技术支持。显示与操作画面

37、：总貌图 工艺流程详图（多幅）报警画面 调节回路棒图 参数设定 参数优化 阀门状态 阀门操作 动力设备监控 历史趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等）实时趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等）打印：班报表 日报表 月报表 随机打印 故障记录打印 6.2.7 故障诊断功能 本控制系统可根据压力、阀位检测、产品纯度、温度、流量等参数自动对工艺或设备故障进行自动诊断、报警和联锁处理。同时对控制系统自身的主要故障：如 CPU 故障、通讯故障也可进行自自诊断，并提出故障警告和安全处理。6.3 控制设备选型 本装置控制系统由甲方统一考虑。现场仪表选型(暂定)本装置仪表选型原则上应尽量与整个制氢装置相一致并

38、符合用户的使用习惯，以便于用户维护和减少库存量。1）现场检测仪表均选用能够与 DCS 进行数字通讯的智能型变送器（如压力/差压变送器、流量计）。2）执行机构主要采用气动调节阀加电/气阀门定位器（或电/气转换器）的配置方式。3）流量测量仪表主要采用孔板加差压变送器测量方式，并配温度、压力补偿。4）本装置产品控制设在线 H2、O2、H2O、CH4分析仪。5）本装置可燃气体检测报警装置根据用户要求统一考虑。6）对生产过程中的关键参数进行监控，以保证产品质量和提高产品收率。7）控制仪表、电气设备一览表（选型供参考，可根据用户习惯进行修改）6.4 生产装置安全措施和安全保护系统 为了满足工艺装置安全地长

39、周期正常运行，确保正常生产及事故状态下工艺设备和操作人员的安全，根据有关标准规范的规定，将考虑如下几方面的安全防护措施：1)、所有置于室外危险场所的仪表均采用本安结构，因故不能构成本安回路时选用隔爆型仪表。2)、控制室及现场仪表供电除设置一般电源（GPS）外，还设置仪表专用的不间断供电系统（UPS），不间断供电时间一般为 30 分钟，以便电网掉电时能够使装置处于安全保护状态。3）、根据装置的特点，设置一定数量的可燃气体检测报警仪表。6.5 控制软件及特点 6.5.1 自适应随动调节软件 装置在运行过程中，各塔除在吸附状态外，都处在某种降压和升压过程中。在这个过程中要求气流均衡、稳定。因此对这类

40、过程的控制是关系装置运行质量包括吸附剂寿命长短的一个关键，本装置方案中以压力为控制量，通过控制吸附压力均匀上升和下降，达到稳定控制气体量的目的。按照上述要求开发的变压吸附自适应控制软件，可根据变化中的工艺条件进行预估,随工艺状况的改变,自动生成控制操作曲线，按此曲线自动控制变压吸附装置的均压、逆放、抽空、充压过程，可最大限度地接近于理想过程。6.5.2 故障塔切除与恢复控制软件 故障塔切除 在变压吸附装置运行过程中，如因阀门、控制线路、电磁阀、杂质超标等问题，使某塔不能正常工作时，就需要切掉一个塔，让其余的塔正常运行，保证生产不间断，这是提高变压吸附装置可靠性的一个关键，也是变压吸附控制技术的

41、一个核心。本系统 PSA 工序可作从五塔到四塔的任意自动切换运行。切塔过程如下：a.故障塔判断(根据压力、阀检、杂质超标)；b.程序产生切塔报警并自动（或经操作工确认后手动）切除故障塔，关断该塔所有程控阀；c.程序将自动从压力扰动最小的点开始运行切塔后的新程序；切除塔恢复 当被切除塔修复之后，需要将其投入正常运行，但投入的时机不对，将引起较大的波动，甚至出现故障，软件能够自动找到最佳状态恢复，使系统无扰动恢复。恢复过程如下：a.在吸附塔故障处理完成后，操作人员发出塔恢复指令；b.程序根据该塔的压力状态，自动确定在恢复后应进入的最佳步序；c.程序自动等到最佳的时间点将该塔无扰动地恢复进最佳步序，

42、投入运行；6.5.3 优化控制 本装置的控制软件包中的专家自诊断系统可根据装置进料量的大小、原料气组成与产品气纯度分析的变化，适时地自动调整系统运行参数，优化 PSA 的运行状况，而无须操作工调整。该功能可保证装置在处理量变化时、原料气组成、压力和温度变化时，均能自动保证产品的质量并获得最高的氢回收率。从而大大提高了装置在运行过程中的经济性。第七节 程控阀 7.1 本装置程控阀的技术性能及规格：A、气动平板阀 型号:JF150/-12N JF300/-12N 压力等级:150 磅 300 磅 防爆等级:EXmCT5 阀门型式:平板 连接方式:法兰连接 操作方式:程序控制 驱动方式:气动驱动 驱

43、动电压:DC24V 全行程时间:1 秒 制造商:成都雅普环保工程技术有限公司 B、程控四通阀（净化系统用）型号:ST300/-12N 压力等级:300 磅 防爆等级:EXmCT5 阀门型式:四通阀 连接方式:法兰连接 操作方式:程序控制 驱动方式:气动驱动。驱动电压:DC24V 全行程时间:2 秒 制造商:成都雅普环保工程技术有限公司 7.2 程控操作机构 由于本装置较小，各程控阀门（包括四通球阀）均采用气动驱动。第八节 装置占地面积与平面布置 8.1 遵守的主要标准、规范 1、石油化工企业工艺装置设备平面布置设计通则SHJ11-89 2、石油化工企业建筑设计规范SHJ17-90 3、石油化工

44、企业设计防火规范(1999 年局部修订 GB50160-92)8.2 平面布置的原则和特点 1、贯彻中国石油化工总公司工厂设计若干规定精神。2、吸附塔等非标设备集中布置，按预处理、变压吸附、氢气净化等不同工序分开独立布置。3、程控阀门应保证均可在检修通道上检修。4、充分考虑设备的检修和催化剂、吸附剂的装卸场地。5、充分考虑装置设备的维修、消防、生产操作等所需通道。6、压缩机厂房与原装置煤气压缩机集中布置，其结构采用钢筋混泥土结构。7、管桥及框架等构筑物采用钢结构。8.3 管道器材选用原则 1、执行石油化工企业管道设计器材选用通则SH3059-94。2、对临氢介质的管道及其配件的材质按最新版“N

45、elson 曲线”进行选材。3、阀门原则上选用 ANSI 和 API 标准。4、垫片采用金属缠绕垫。8.4 装置占地面积 本装置 1 压缩机厂房，一台压缩机）占地：12x12=144 m2 2 控制室，电器室，分析室，等公用辅助间占地：与原装置公用 3 非标设备为露天布置，占地面积分三部分，其中：预处理占地：10.0 x7.5=60 m2；变压吸附占地：16.0 x7.5=120 m2；氢气净化占地：7.0 x7.0=49.0 m2；第九节 定 员 本装置为连续运转装置，需三班连续操作，采用四班轮换制，年工作时间为 8000小时，装置配备的人员如下，也可由厂方自行确定。表 1-2 焦炉煤气制氢

46、装置劳动定员表 序 号 名 称 每班定员 管理 人员 操作 班次 轮修 人员 合计 备 注 操作工 辅助工 1 PSA-H2装置操作工 3 4 2 14 包括操作班长 2 制氢站站长 1 1 3 维检修人员 白 3 仪表.电气、设备各 1 人 4 管理人员 白 2 5 技术人员 白 2 6 分析人员 1 1 2 7 辅助人员 厂方统一考虑 总计 24 所有定员均可与原装置通用，即可不另外增加定员。第十节 技术保证 10.1 技术保证 10.1.1 技术指标 产氢量：400Nm3/h 装置操作弹性(对产品气)：50150 产品氢纯度：H2含量99.9995%O22ppm CH41ppm 氢气回收率：保证值75 产品氢气压力：1.6MPa.G 产品氢温度：40 解吸气排气压力：0.04MPa 10.2 装置可靠性指标 程控阀平均无故障时间 24000 小时 10.3 装置寿命指标 吸附塔等静止设备设计寿命 20 年 程控阀寿命 20 年(密封件寿命大于 3 年)吸附剂寿命 20 年 预处理用活性炭寿命大于 2 年 钯触媒寿命大于 5 年