【文章內容簡介】 原料氣組成變化的適應性強等優(yōu)點。其缺點是回收氫純度不高，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，對裝置預冷所需時間長，因而從開車啟動到正常運行的周期也長，同時為避管道堵塞造成中途停車，原料氣在進入深冷裝置前，需要預先清除在低溫下會固化的高沸點雜質如：COH2O等。缺點是運行成本較高，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，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，從而實現(xiàn)氣體分離及吸附劑循環(huán)使用的目的。該技術用于制取純氫，幾乎能夠把所有的雜質除去，%的純氫產品。美國聯(lián)合碳化合物公司首先采用PSA技術從含氫工業(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年代末開始進行采用變壓吸附技術分離氣體混合物的實驗研究，到1981年實現(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)了從焦爐煤氣、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，在此基礎上，又從單純的制氫領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領域，目前，我國已建成各型PSA裝置1000余套，在部分技術領域處于世界領先水平。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，但工藝流程和設備復雜，當原料氣組份較多時，往往要求預凈化處理，投資和能耗較高，PSA法因具有工藝流程簡單、設備臺件少、自動化程度高、能耗低、產品純度高等優(yōu)點而獲得廣泛應用，特別是在制取純氫方面，因為氫組份的特殊吸附性能，使得PSA法的優(yōu)點充分體現(xiàn),從已經(jīng)投產運行的PSAH2裝置看，節(jié)能效果和技術經(jīng)濟指標均較為理想,本裝置采用變壓吸附法提純氫氣技術上是可行的。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分離氣體混合物的實驗研究，到1981年實現(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)了從焦爐煤氣、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，在此基礎上，又從單純的制氫領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領域，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)展到多塔多段式復合系列，裝置規(guī)模最大已達到280000Nm3/h。國產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先進性。目前已向國內化工、冶金、石化、電子、機械等工業(yè)提供了600余套用于上述領域的變壓吸附工業(yè)裝置，為工廠節(jié)能降耗、增加新產品、提高經(jīng)濟效益起到了積極的作用，并在部分技術領域處于世界領先水平。故本項目根據(jù)原料焦爐煤氣排放壓力的高低、原料焦爐煤氣的組成，以及對回收氫氣純度、流量要求等，擬推薦采用焦爐煤氣為原料經(jīng)凈化、轉化，再采用變壓吸附分離技術制取氫氣。 變壓吸附分離技術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行選擇性吸附，實現(xiàn)不同氣體的分離。為了有效而經(jīng)濟地實現(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鍵意義。吸附劑的再生程度決定產品的純度，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行吸附，減壓下進行解吸。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，為了進一步減小被吸附組分的分壓，可用抽空的方法來進一步降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果。（3）沖洗：利用較純凈的產品氣或者其它適當?shù)臍怏w通過進行再生的吸附床，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、產品要求、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：預凈化工序，預處理工序，PSA1 (PSACO2/R)工序、PSA2(PSACH4)工序、凈化壓縮工序和轉化變換工序以及PSA3(PSAH2)工序。（1）預凈化工序原料氣在溫度~40℃時進入預凈化工序，脫出焦爐煤氣中絕大部分的焦油、萘、H2S、NHHCN等雜質，得到雜質較少的凈化氣。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。原料氣進入由5臺脫油脫萘器組成的脫油脫萘系統(tǒng)，4臺同時進料，1臺再生（或3臺同時進料，2臺再生），交替能換使用。焦爐煤氣進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℃左右進入污水罐進行分離。分離氣體進入洗滌塔，洗滌降溫后進入除臭器，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）預處理工序脫油脫萘后的凈化氣再通過預處理工序，進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臺焦爐煤氣壓縮機(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臺焦爐煤氣壓縮機2開1備，凈化氣經(jīng)一級壓縮后進入由4臺精脫萘器組成的精脫萘器系統(tǒng)進行處理，再經(jīng)壓縮機二級、。在精脫萘器系統(tǒng)內，3臺同時進料，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)凈化處理后的焦爐煤氣，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組分，剩余的雜質通過抽真空步驟進一步解吸。(4) PSA2(PSACH4) 工序焦爐煤氣在壓力～，溫度≤40℃條件下進入由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組分，剩余的雜質通過抽空步驟進一步解吸。富氫氣進入半產品氣緩沖罐進行穩(wěn)壓，根據(jù)混和解吸氣熱值情況決定是否經(jīng)調節(jié)閥分流，部分富氫氣進入混和解吸氣系統(tǒng)，剩余的氣體經(jīng)聯(lián)合壓縮機增壓到～，利用其氣體的壓縮熱在脫氧系統(tǒng)內進行脫氧和冷卻。PSA2系統(tǒng)內的解吸氣經(jīng)調節(jié)閥分流～10200Nm3/h的流量進入一段轉化、變換系統(tǒng)，在其系統(tǒng)內進行甲烷氣的凈化、壓縮、變換和蒸汽轉化，變換后的氣體經(jīng)調節(jié)閥穩(wěn)壓至～，溫度≤40℃條件下與脫氧后的凈化氣一并進入制氫原料氣混和罐進行混和、穩(wěn)壓。進入PSA3系統(tǒng)進行提氫，采用1025/P流程，(5)壓縮凈化工序和變換轉化工序來自PSA的濃縮甲烷氣壓力約20kPa，溫度≤40℃條件下進入濃縮氣壓縮機，壓縮到～ (G)，經(jīng)過濃縮氣出口緩沖罐緩沖后，送往轉化爐中濃縮氣預熱器預熱到精脫硫需要的溫度后送精脫硫工序。經(jīng)預處理工序處理并加壓、升溫后的濃縮氣首先進入由兩臺可并聯(lián)或單獨使用的預加氫罐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，也有少量有機脫硫（硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等）加氫轉化成為無機硫（H2S）。從預加氫罐AB出來的預加氫濃縮氣進入加氫罐Ⅰ，對濃縮氣中的有機脫硫（硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等）進行進一步的轉化。經(jīng)兩級加氫轉化后的濃縮氣進入由兩臺可串可并或單獨使用的粗脫硫罐AB，除去濃縮氣中加氫轉化后生成的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。當前面的加氫轉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；當前面的加氫轉化脫硫還不能滿足工藝對總硫的要求時，濃縮氣經(jīng)過后一級加氫轉化脫硫系統(tǒng)處理后輸送至下一工序。凈化、預熱后的濃縮氣先經(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，然后送轉化爐對流段第一組盤管預熱至轉化爐入口所需溫度，再從頂部進入轉化爐進行蒸汽轉化反應。轉化爐分為輻射段和對流段兩部分。在輻射段，原料氣在轉化管中進行轉化反應，燃料氣燃燒氣自上而下與工藝氣并流。在輻射段上部，轉化管內氣體溫度低、吸熱量大（反應物濃度高，轉化反應劇烈），燃燒氣體溫度高；而在輻射段下部，轉化管內氣體隨著被逐漸加熱其溫度逐漸升高，吸熱量也逐漸減小（反應物濃度降低、反應量?。?。這樣既有效利用了轉化管的傳熱表面（傳熱強度高），又可控制轉化管管壁溫度不致過高。轉化爐的對流段是余熱回收段。是轉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：混合氣預熱器、濃縮氣預熱器、蒸汽發(fā)生器、空氣預熱器。煙道氣經(jīng)多組盤管換熱后溫度降至150℃左右，經(jīng)引風機送煙囪放空。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。從轉化爐出來的轉化氣進入轉化氣廢鍋。轉化氣廢鍋為中心管薄管板式結構，轉化氣走管程，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行汽水分離后，水蒸汽送轉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入轉化氣廢鍋，如此反復循環(huán)。經(jīng)預熱的補充水從汽包加入。轉化氣廢鍋與蒸汽發(fā)生器各用一個汽包。汽包中的蒸汽主要供轉化、除氧、裝置伴熱用。(G)后送界區(qū)外蒸汽用戶。來自轉化氣廢鍋的轉化氣進入中溫變換爐進行變換反應，變換氣再進入中壓鍋爐給水加熱器進行熱交換，從中壓鍋爐給水加熱器出來的變換氣經(jīng)脫鹽水預熱器進一步回收熱量，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品氣。逆放步驟排出了吸附器中吸留的大部分雜質組分，剩余的雜質通過沖洗步驟進一步解吸。調節(jié)來自PSA2系統(tǒng)的甲烷解吸氣、旁路氣(調節(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，產品氫氣經(jīng)調節(jié)閥穩(wěn)壓后送入焦油加氫工段。當本裝置出現(xiàn)故障時，關閉原料氣的進口閥，通過旁路閥和本裝置區(qū)內的總解吸氣管道，送入焦化燃料系統(tǒng)；當本裝置中的轉化、變換工段出現(xiàn)故障時，停運該工段。其余工段繼續(xù)運行，為保證混和解吸氣中的熱值達到燃料系統(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節(jié)閥補充～6000Nm3/h氮氣進入混和解吸氣中進行調節(jié)，PSA1工段的解吸氣直接進入火炬管網(wǎng)。本裝置工藝流程框圖如下圖如示：事故時焦爐氣立即送入焦爐凈化氣脫碳解吸氣燃料氣廢氣③混和解吸氣PSA3②產品氣凈化、壓縮P