【文章內(nèi)容簡介】 原料氣組成變化的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是回收氫純度不高，一般都是作化工原料氣，就地循環(huán)使用。低溫分離法亦稱深冷法，一般在液氮溫區(qū)操作。深冷法最大的優(yōu)點(diǎn)是氫的回收率高，一般情況下大于90%，采用深冷法時，對裝置預(yù)冷所需時間長，因而從開車啟動到正常運(yùn)行的周期也長，同時為避管道堵塞造成中途停車，原料氣在進(jìn)入深冷裝置前，需要預(yù)先清除在低溫下會固化的高沸點(diǎn)雜質(zhì)如：COH2O等。缺點(diǎn)是運(yùn)行成本較高，裝置投資較大。此法現(xiàn)在一般很少采用。變壓吸附（簡稱PSA英文 Pressure Swing Adsorption縮寫）分離法是六十年代以后發(fā)展起來的常溫氣體分離技術(shù)，其原理是利用吸附劑對不同氣體吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差異以及吸附劑的吸附容量隨壓力的變化而變化的特征，在加壓條件下完成混合氣體的吸附分離過程，降壓解吸所吸附的氣體組分，從而實(shí)現(xiàn)氣體分離及吸附劑循環(huán)使用的目的。該技術(shù)用于制取純氫，幾乎能夠把所有的雜質(zhì)除去，%的純氫產(chǎn)品。美國聯(lián)合碳化合物公司首先采用PSA技術(shù)從含氫工業(yè)廢氣中回收高純度氫，從1966年第一套PSA回收氫工業(yè)裝置投產(chǎn)之后的20年間，目前，全世界各種類型的PSA裝置已超過2000套，我國從60年代末開始進(jìn)行采用變壓吸附技術(shù)分離氣體混合物的實(shí)驗(yàn)研究，到1981年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，最初是用于合成氨馳放氣中制取高純氫(%)，以后不斷開發(fā)了從焦?fàn)t煤氣、氨廠變換氣、甲醇尾氣、甲醛尾氣、石油裂解氣、冷箱尾氣等二十多種含氫混合氣中提純氫氣，在此基礎(chǔ)上，又從單純的制氫領(lǐng)域拓展到變壓吸附制一氧化碳、二氧化碳、變換氣脫碳、天然氣凈化、空分制富氧、空分制純氮、濃縮甲烷、濃縮乙烯等九大技術(shù)領(lǐng)域，目前，我國已建成各型PSA裝置1000余套，在部分技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。從目前制氫的主要方法來看，深冷分離法歷史最久，工藝成熟可靠，且具有容量大、收率高等特點(diǎn)，但工藝流程和設(shè)備復(fù)雜，當(dāng)原料氣組份較多時，往往要求預(yù)凈化處理，投資和能耗較高，PSA法因具有工藝流程簡單、設(shè)備臺件少、自動化程度高、能耗低、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用，特別是在制取純氫方面，因?yàn)闅浣M份的特殊吸附性能，使得PSA法的優(yōu)點(diǎn)充分體現(xiàn),從已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的PSAH2裝置看，節(jié)能效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較為理想,本裝置采用變壓吸附法提純氫氣技術(shù)上是可行的。四川天一科技股份有限公司從60年代末開始采用變壓吸附技術(shù)分離氣體混合物的實(shí)驗(yàn)研究，到1981年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。最初是用于合成氨弛放氣中制取高純度氫（%），以后不斷開發(fā)了從焦?fàn)t煤氣、氨廠變換氣、甲醇尾氣、甲醛尾氣、石油裂解氣、冷箱尾氣等二十多種含氫混合氣中提取氫氣，在此基礎(chǔ)上，又從單純的制氫領(lǐng)域拓展到變壓吸附制一氧化碳、二氧化碳、變換氣脫碳、天然氣凈化、空氣制富氧、空氣制純氮、濃縮甲烷、濃縮乙烯等九大技術(shù)領(lǐng)域，PSA工藝流程從四塔一次均壓發(fā)展到四塔二次均壓流程，八塔三次均壓流程，十塔四次均壓流程，從單一的逆放降壓解吸工藝發(fā)展到抽空解吸工藝、逆放抽空組合工藝等，從四塔單系列發(fā)展到多塔多段式復(fù)合系列，裝置規(guī)模最大已達(dá)到280000Nm3/h。國產(chǎn)PSA裝置的自控水平也在不斷提高，不僅開發(fā)了一般中、小規(guī)模的小型PLC自控系統(tǒng)，還開發(fā)了先進(jìn)的DCS集散型控制系統(tǒng)。各種新型程控閥門和多種高效吸附劑的研制成功，更提高了PSA裝置的可靠程度和技術(shù)先進(jìn)性。目前已向國內(nèi)化工、冶金、石化、電子、機(jī)械等工業(yè)提供了600余套用于上述領(lǐng)域的變壓吸附工業(yè)裝置，為工廠節(jié)能降耗、增加新產(chǎn)品、提高經(jīng)濟(jì)效益起到了積極的作用，并在部分技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。故本項(xiàng)目根據(jù)原料焦?fàn)t煤氣排放壓力的高低、原料焦?fàn)t煤氣的組成，以及對回收氫氣純度、流量要求等，擬推薦采用焦?fàn)t煤氣為原料經(jīng)凈化、轉(zhuǎn)化，再采用變壓吸附分離技術(shù)制取氫氣。 變壓吸附分離技術(shù)原理變壓吸附工藝過程的工作原理是：利用吸附劑對氣體混合物中各組份的吸附能力隨著壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，對混合氣中的不同氣體組份進(jìn)行選擇性吸附，實(shí)現(xiàn)不同氣體的分離。為了有效而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)氣體吸附分離凈化，除了吸附劑要有良好的吸附性能外，吸附劑的再生方法具有關(guān)鍵意義。吸附劑的再生程度決定產(chǎn)品的純度，也影響吸附劑的吸附能力；吸附劑的再生時間決定了吸附循環(huán)周期的長短，從而也決定了吸附劑的用量。因此選擇合適的再生方法及吸附周期時間，對吸附分離法的工業(yè)化起著重要的作用。變壓吸附過程在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于吸附循環(huán)周期短，吸附熱來不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動范圍僅為幾度，可近似看做等溫過程。變壓吸附工作狀態(tài)是在一條等溫吸附線上變化。常用的減壓解吸方法有下列幾種，其目的都是為了降低吸附劑上被吸附組分的分壓，使吸附劑得到再生。（1）降壓：吸附床在一定壓力下吸附雜質(zhì)組份，然后通過降壓方式(通常降至接近大氣壓)，使被吸附組分解吸出來。采用降壓方式，被吸附組分解吸不太充分，吸附劑再生不太完全。（2）抽真空：吸附床降到大氣壓后，為了進(jìn)一步減小被吸附組分的分壓，可用抽空的方法來進(jìn)一步降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果。（3）沖洗：利用較純凈的產(chǎn)品氣或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過進(jìn)行再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣用量和沖洗氣純度。通常在變壓吸附過程中根據(jù)被分離的氣體混合物各組分性質(zhì)、產(chǎn)品要求、吸附劑的特性以及操作條件來選擇幾種上述的再生方法配合實(shí)施的。 流程簡圖及敘述本制氫裝置共分為七個主要工藝過程：預(yù)凈化工序，預(yù)處理工序，PSA1 (PSACO2/R)工序、PSA2(PSACH4)工序、凈化壓縮工序和轉(zhuǎn)化變換工序以及PSA3(PSAH2)工序。（1）預(yù)凈化工序原料氣在溫度~40℃時進(jìn)入預(yù)凈化工序，脫出焦?fàn)t煤氣中絕大部分的焦油、萘、H2S、NHHCN等雜質(zhì)，得到雜質(zhì)較少的凈化氣。該工序主要由5臺粗脫萘器，1臺加熱器及一系列手動閥組成。原料氣進(jìn)入由5臺脫油脫萘器組成的脫油脫萘系統(tǒng)，4臺同時進(jìn)料，1臺再生（或3臺同時進(jìn)料，2臺再生），交替能換使用。焦?fàn)t煤氣進(jìn)入本裝置脫油脫萘器中的4臺，粗脫萘系統(tǒng)將絕大部分的萘、焦油及部份硫、苯等雜質(zhì)脫除。吸附飽和的吸附劑采用溫度為400℃左右、再生廢液經(jīng)冷卻器降溫到90℃左右進(jìn)入污水罐進(jìn)行分離。分離氣體進(jìn)入洗滌塔，洗滌降溫后進(jìn)入除臭器，除臭后排放到放空管。分離的液體通過污水泵，一部分打到洗滌塔洗滌降溫，另一部分打到界區(qū)外的污水處理系統(tǒng)。300℃左右的熱吸附劑先用不過熱蒸汽降到170℃以下，再用常溫逆放氣進(jìn)行冷吹降溫到常溫并送到解吸氣氣柜。粗脫萘劑約15天再生一次，在正常工況下，吸附劑約1年更換一次。（2）預(yù)處理工序脫油脫萘后的凈化氣再通過預(yù)處理工序，進(jìn)一步脫除其中的烷烴、芳烴、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合變壓吸附原料氣要求的凈化氣。本工序由3臺焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)(聯(lián)合壓縮)，4臺精脫萘器，2臺除油器、1臺解吸氣加熱器、1臺解吸氣冷卻器和一系列手動閥和程控閥等組成。3臺焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)2開1備，凈化氣經(jīng)一級壓縮后進(jìn)入由4臺精脫萘器組成的精脫萘器系統(tǒng)進(jìn)行處理，再經(jīng)壓縮機(jī)二級、。在精脫萘器系統(tǒng)內(nèi)，3臺同時進(jìn)料，交替能換使用。精脫萘系統(tǒng)將剩余的萘、焦油及部份硫等雜質(zhì)盡一步地脫除。吸附飽和的吸附劑采用加熱到180℃的解吸氣(來自后續(xù)PSA工段)將吸附劑加熱到170℃，再用常溫解吸氣冷吹降溫到常溫并送到解吸氣氣柜。精脫萘劑約20天再生一次，吸附劑約1~2年更換一次。2臺除油器可串并聯(lián)操作，交替輪換使用，一臺投運(yùn)時，另一臺更換吸附劑備用。(3) PSA1 (PSACO2/R)工序經(jīng)凈化處理后的焦?fàn)t煤氣，溫度≤40℃條件下送入由12個吸附塔及一系列程控閥組成的PSA1系統(tǒng)，采用1254/V流程。在PSA1裝置中，任一時刻總是有5臺吸附器處于吸附步驟，由入寇端通入原料，在出口端獲得凈化氣。每臺吸附器在不同時間依次經(jīng)理吸附(A)，多級壓力均衡降(EiD)，逆放(D)，抽空(V)，多級壓力均衡升(EiR)，最終升壓(FR)。吸附器所有的壓力均衡降都是用于其它吸附器的壓力均衡升以充分回收將被再生吸附器中的凈化氣。逆放步驟排出了吸附器中吸留的大部分雜質(zhì)組分，剩余的雜質(zhì)通過抽真空步驟進(jìn)一步解吸。(4) PSA2(PSACH4) 工序焦?fàn)t煤氣在壓力～，溫度≤40℃條件下進(jìn)入由10臺吸附器及一系列程控閥組成的PSA2系統(tǒng)，采用1043/V流程。在PSA2系統(tǒng)中，任一時刻總是有3臺吸附器處于吸附步驟，由入口端通入原料，在出口端獲得凈化氣，每臺吸附器在不同時間依次經(jīng)歷吸附(A)、多級壓力均衡降(EiD)、逆向放壓(D)、抽真空（V）、多級壓力均衡升(EiR)和最終升壓(FR)，吸附器所有的壓力均衡降都是用于其它吸附器的壓力均衡升以充分回收將被再生吸附器中的凈化氣。逆放步驟排出了吸附器中吸留的大部分雜質(zhì)組分，剩余的雜質(zhì)通過抽空步驟進(jìn)一步解吸。富氫氣進(jìn)入半產(chǎn)品氣緩沖罐進(jìn)行穩(wěn)壓，根據(jù)混和解吸氣熱值情況決定是否經(jīng)調(diào)節(jié)閥分流，部分富氫氣進(jìn)入混和解吸氣系統(tǒng)，剩余的氣體經(jīng)聯(lián)合壓縮機(jī)增壓到～，利用其氣體的壓縮熱在脫氧系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氧和冷卻。PSA2系統(tǒng)內(nèi)的解吸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥分流～10200Nm3/h的流量進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化、變換系統(tǒng)，在其系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行甲烷氣的凈化、壓縮、變換和蒸汽轉(zhuǎn)化，變換后的氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓至～，溫度≤40℃條件下與脫氧后的凈化氣一并進(jìn)入制氫原料氣混和罐進(jìn)行混和、穩(wěn)壓。進(jìn)入PSA3系統(tǒng)進(jìn)行提氫，采用1025/P流程，(5)壓縮凈化工序和變換轉(zhuǎn)化工序來自PSA的濃縮甲烷氣壓力約20kPa，溫度≤40℃條件下進(jìn)入濃縮氣壓縮機(jī)，壓縮到～ (G)，經(jīng)過濃縮氣出口緩沖罐緩沖后，送往轉(zhuǎn)化爐中濃縮氣預(yù)熱器預(yù)熱到精脫硫需要的溫度后送精脫硫工序。經(jīng)預(yù)處理工序處理并加壓、升溫后的濃縮氣首先進(jìn)入由兩臺可并聯(lián)或單獨(dú)使用的預(yù)加氫罐AB，主要將濃縮氣中的不飽和烴加氫飽和，并加氫脫除濃縮氣中的氧，也有少量有機(jī)脫硫（硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等）加氫轉(zhuǎn)化成為無機(jī)硫（H2S）。從預(yù)加氫罐AB出來的預(yù)加氫濃縮氣進(jìn)入加氫罐Ⅰ，對濃縮氣中的有機(jī)脫硫（硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等）進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化。經(jīng)兩級加氫轉(zhuǎn)化后的濃縮氣進(jìn)入由兩臺可串可并或單獨(dú)使用的粗脫硫罐AB，除去濃縮氣中加氫轉(zhuǎn)化后生成的H2S。為保證濃縮氣中工藝對總硫的要求，在上述工藝流程后增加了一臺加氫罐Ⅱ及兩臺精脫硫罐。當(dāng)前面的加氫轉(zhuǎn)化脫硫能滿足工藝對總硫的要求時，凈化濃縮氣從旁路（而不經(jīng)過后一級加氫II脫硫系統(tǒng)）輸送至下一工序；當(dāng)前面的加氫轉(zhuǎn)化脫硫還不能滿足工藝對總硫的要求時，濃縮氣經(jīng)過后一級加氫轉(zhuǎn)化脫硫系統(tǒng)處理后輸送至下一工序。凈化、預(yù)熱后的濃縮氣先經(jīng)過變換爐Ⅰ，將濃縮氣中的CO變?yōu)镃O2，與來自廢熱鍋爐汽包的水蒸汽按一定的水碳比混合，然后送轉(zhuǎn)化爐對流段第一組盤管預(yù)熱至轉(zhuǎn)化爐入口所需溫度，再從頂部進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化爐分為輻射段和對流段兩部分。在輻射段，原料氣在轉(zhuǎn)化管中進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，燃料氣燃燒氣自上而下與工藝氣并流。在輻射段上部，轉(zhuǎn)化管內(nèi)氣體溫度低、吸熱量大（反應(yīng)物濃度高，轉(zhuǎn)化反應(yīng)劇烈），燃燒氣體溫度高；而在輻射段下部，轉(zhuǎn)化管內(nèi)氣體隨著被逐漸加熱其溫度逐漸升高，吸熱量也逐漸減小（反應(yīng)物濃度降低、反應(yīng)量?。?。這樣既有效利用了轉(zhuǎn)化管的傳熱表面（傳熱強(qiáng)度高），又可控制轉(zhuǎn)化管管壁溫度不致過高。轉(zhuǎn)化爐的對流段是余熱回收段。是轉(zhuǎn)化爐離開輻射段的煙道氣加熱多組換熱盤管中物料的部分。煙道氣沿水平方向流動，換熱盤管根據(jù)加熱要求和傳熱特性按一定順序合理排列。換熱盤管有：混合氣預(yù)熱器、濃縮氣預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、空氣預(yù)熱器。煙道氣經(jīng)多組盤管換熱后溫度降至150℃左右，經(jīng)引風(fēng)機(jī)送煙囪放空。蒸汽發(fā)生器為鍋筒式，來自水蒸汽汽包的水靠重度差進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，被加熱后部分汽化經(jīng)上升管返回汽包。從轉(zhuǎn)化爐出來的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣廢鍋。轉(zhuǎn)化氣廢鍋為中心管薄管板式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化氣走管程，鍋爐水則在殼程被加熱汽化，水汽混合物通過廢鍋上升管送布置在較高平臺的廢鍋汽包中進(jìn)行汽水分離后，水蒸汽送轉(zhuǎn)化爐作為工藝蒸汽使用，多余的水蒸汽經(jīng)計量送界外蒸汽管網(wǎng)；而水則經(jīng)廢鍋下降管靠與上升管的重度差進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣廢鍋，如此反復(fù)循環(huán)。經(jīng)預(yù)熱的補(bǔ)充水從汽包加入。轉(zhuǎn)化氣廢鍋與蒸汽發(fā)生器各用一個汽包。汽包中的蒸汽主要供轉(zhuǎn)化、除氧、裝置伴熱用。(G)后送界區(qū)外蒸汽用戶。來自轉(zhuǎn)化氣廢鍋的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入中溫變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，變換氣再進(jìn)入中壓鍋爐給水加熱器進(jìn)行熱交換，從中壓鍋爐給水加熱器出來的變換氣經(jīng)脫鹽水預(yù)熱器進(jìn)一步回收熱量，空冷器水冷器冷卻冷凝、氣水分離后，送變壓吸附分離提純氫氣工序。(6) PSA3(PSAH2) 工序在PSA3裝置中，任一時刻總是有臺吸附器處于吸附步驟，由入口端通入原料，在出口端獲得產(chǎn)品氣，每臺吸附器在不同時間依次經(jīng)歷吸附(A)、多級壓力均衡降(EiD)、順放（PP）、逆向放壓(D)、沖洗（P）、多級壓力均衡升(EiR)和最終升壓(FR)，吸附器所有的壓力均衡降都是用于其它吸附器的壓力均衡升以充分回收將被再生吸附器中的產(chǎn)品氣。逆放步驟排出了吸附器中吸留的大部分雜質(zhì)組分，剩余的雜質(zhì)通過沖洗步驟進(jìn)一步解吸。調(diào)節(jié)來自PSA2系統(tǒng)的甲烷解吸氣、旁路氣(調(diào)節(jié)解吸氣中的熱值)與來自PSA1系統(tǒng)和PSA3系統(tǒng)的解吸氣混和，約～6500Nm3/h流量的混和解吸氣作為蒸汽轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的燃料氣送出，剩余的混和解吸氣送入后續(xù)工段，達(dá)到后續(xù)工段所需解吸氣（流量22000～24000Nm3/h，熱值約～4200kcal/Nm3)的要求，產(chǎn)品氫氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后送入焦油加氫工段。當(dāng)本裝置出現(xiàn)故障時，關(guān)閉原料氣的進(jìn)口閥，通過旁路閥和本裝置區(qū)內(nèi)的總解吸氣管道，送入焦化燃料系統(tǒng)；當(dāng)本裝置中的轉(zhuǎn)化、變換工段出現(xiàn)故障時，停運(yùn)該工段。其余工段繼續(xù)運(yùn)行，為保證混和解吸氣中的熱值達(dá)到燃料系統(tǒng)的要求（流量22000～24000Nm3/h，熱值～4200 kcal/Nm3)，需通過解吸氣總管上的熱值儀和調(diào)節(jié)閥補(bǔ)充～6000Nm3/h氮?dú)膺M(jìn)入混和解吸氣中進(jìn)行調(diào)節(jié)，PSA1工段的解吸氣直接進(jìn)入火炬管網(wǎng)。本裝置工藝流程框圖如下圖如示：事故時焦?fàn)t氣立即送入焦?fàn)t凈化氣脫碳解吸氣燃料氣廢氣③混和解吸氣PSA3②產(chǎn)品氣凈化、壓縮P