【正文】 均壓步驟結(jié)束后吸附塔進(jìn)行順放沖洗步驟，順放氣經(jīng)過程控閥 進(jìn)入順放罐緩沖，再經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后對吸附塔進(jìn)行沖洗，沖洗后的廢氣作為解吸氣進(jìn)入解吸氣混合罐。調(diào)節(jié)閥控制產(chǎn)品氫的壓力。變壓吸附的各個步驟由計算機(jī)控制完成。大部分 CO CH CO等組分被吸附在吸附劑上，通過減壓，使被吸附的 CO CH CO等從吸附劑上脫附，即得到解吸氣，同時使吸附劑得到再生。 變壓吸附系統(tǒng)采用 8塔操作， 2 塔進(jìn)料、 4 次均壓、順放沖洗、降壓解吸的操作工藝（簡稱 824/P工藝 ） 。分液后的 中 變氣從 分水罐 頂出來 38℃后進(jìn)入 PSA單元提純氫氣。 4 中 溫變換部分 轉(zhuǎn)化爐 F2020 出來的高溫轉(zhuǎn)化氣首先進(jìn)入到配備防止腐蝕和硅石流失 的難熔管道式集合管中匯集，而后進(jìn)入到轉(zhuǎn)化器蒸汽發(fā)生器 管程與殼 程鍋爐水換熱發(fā)生 (g)的中 壓蒸汽，而轉(zhuǎn)化氣自身降溫至 350℃， 由轉(zhuǎn)化氣蒸氣發(fā)生器來的 350℃轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入中溫變換反應(yīng)器，在催化劑的作用下，轉(zhuǎn)化 氣中的 CO 與水蒸汽在銅助氧化鐵 /氧化鉻催化劑的催化作用下進(jìn)一步反應(yīng)生成 CO2和 H2，出口 中 變氣中 CO 含量被降到 3%（ V）以下，由于變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以 R2020 出口氣體溫度會升至 390℃。轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)裝有催化劑，在催化劑的作用下，原料氣與水蒸氣發(fā)生復(fù)雜的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，整個反應(yīng)過程表現(xiàn)為強(qiáng)吸熱過程，反應(yīng)所需的熱量由轉(zhuǎn)化爐燃燒氣 及解析氣 提供。本裝置的兩個脫硫反應(yīng)器 R2020A/B可以串聯(lián)也可以并聯(lián)使用，這樣不僅可確保裝置在持續(xù)生產(chǎn)時任意更換某一反應(yīng)器的脫硫劑，也使得吸收硫化氫的脫硫劑達(dá)到最大飽和度，最終達(dá)到節(jié)約催化劑的效果。 R2020入口溫度由TI2023 進(jìn)行控制。 第三節(jié) 工藝流程說明 中海煉化山東?；瘓F(tuán)石化分公司 15000 Nm3/h 制氫裝置操作規(guī)程 規(guī)程編號 第 23 頁 1 原料氣部分 裝置界區(qū)外來的 40℃、 （ g） 干氣引入裝置后， 通過 緩沖罐 V2020 穩(wěn)壓后， 經(jīng)過原料氣壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入原料預(yù)熱爐預(yù)熱，預(yù)熱后進(jìn)入原料精制部分 。 7) 采用程控閥閥檢與壓力信號來準(zhǔn)確判斷程控閥故障， 8) PSA 程控閥在高壓和氣流來回沖擊大的部位采用第五代平板程控閥和第三代三偏心程控蝶閥相結(jié)合，啟閉速度快、雙向流通性好、密封性能好（ ANSI 六級）、壽命長（大于 100 萬次）閥位顯示可靠、檢修方便，可保證裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行。 5) 終充和順放調(diào)節(jié)采用壓力控制可保證裝置在負(fù)荷變化時仍能優(yōu)化、穩(wěn)定運(yùn)行。 3) 采用自適應(yīng)優(yōu)化控制系統(tǒng)和多塔切換系統(tǒng)，實現(xiàn)裝置全自動化操作，減少人為因素對裝置操作的影響。工藝簡單、運(yùn)行平穩(wěn)可靠，產(chǎn)品氣收率高，節(jié)省投資及占地。 6) 單位原料產(chǎn)氫率較低。 4) 操作靈活，抗事故能力強(qiáng)。 2) 可以維持在較高壓力下操作。原料氣自下而上進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔中，由其內(nèi)部的吸附劑進(jìn)行選擇性的吸附，在吸附塔的頂部得到產(chǎn)品氫氣，吸附塔通過逆放和沖洗步驟將被吸附的雜質(zhì)解吸出來，得到的解吸氣經(jīng)解吸氣緩沖罐和解吸 氣混合罐混合并穩(wěn)壓后送往轉(zhuǎn)化爐火嘴做燃料。采用 824/P 操作工藝，即設(shè) 8臺吸附塔，任何時候均有 2臺吸附塔進(jìn)料（處于吸附狀態(tài) ），其余 6臺經(jīng) 4 次均壓，順放沖洗、常壓解吸。 逆放工序――逆著吸附方向減壓使吸附劑獲得部分再生 沖洗（抽真空）工序――用產(chǎn)品氫沖洗降低雜質(zhì)分壓，使吸附劑完成最終的再生。 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。 3) 均壓次數(shù) 原料氣處理量和吸附循環(huán)周期不變，均壓次數(shù)越多，均壓過程的壓力降越大，被吸附的雜質(zhì)也就越容易穿透進(jìn)入下一吸附塔并在吸附劑床層頂部被吸附，致使該塔在轉(zhuǎn)入下一次吸附時雜質(zhì)很容易被氫氣帶出，影響產(chǎn)品氫純度。 2) 解吸再生條件 如前所述，在常壓沖洗再生的情況下，一方面因要消耗部分產(chǎn)品氣用于吸附劑再生，氫氣回收率較低；另一方面，因吸附劑再生不徹底，吸附劑動態(tài)吸附量較小，因而若原料氣流量不變，則產(chǎn)品氫純度下 降。 中海煉化山東海化集團(tuán)石化分公司 15000 Nm3/h 制氫裝置操作規(guī)程 規(guī)程編號 第 21 頁 綜上所述，為了提高氫氣回收率進(jìn)而提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益，在原料氣組成、流量以及溫度一定的情況下應(yīng)盡量提高吸附壓力 、降低解吸壓力、延長吸附時間、降低產(chǎn)品純度（在允許范圍內(nèi)）； 產(chǎn)品氫純度的影響因素 1) 原料氣流量 在氣體工藝條件及工藝參數(shù)不變的條件下，原料氣流量的變化對純度的影響很大，原料氣流量越大，每一循環(huán)周期內(nèi)進(jìn)入吸附塔的雜質(zhì)量越大，雜質(zhì)也就越容易穿透，產(chǎn)品氫純度越低。 在 PSA 制氫裝置的實際操作過程中，為了提高 PSA 裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)在保證產(chǎn)品氫中雜質(zhì)含量不超標(biāo)的前提下，盡可能的延長吸附時間以提高氫氣回收率。但是，在同樣條件下，吸附時間越長，進(jìn)入吸附劑床層的雜質(zhì)量越大，因吸附劑動態(tài)吸附量不變，故穿透進(jìn)入產(chǎn)品氫的雜質(zhì)量將增大，這勢必會使產(chǎn)品氫純度下降。但是，由于本裝置的沖洗氣來自均壓結(jié)束后的順放過程，如需加大沖洗氣量，則順放過程壓力降太大，將會引起部分雜質(zhì)穿透，反而不利于沖洗。 3) 沖洗過程 由于被吸附 的大量雜質(zhì)是通過用部分氫氣的回流沖洗而解吸，故沖洗時間的長短、沖洗氣量的大小、沖洗速度的快慢都將影響氫氣的回收率。 2) 吸附壓力 在一定的范圍內(nèi)，吸附壓力越高，吸附劑對各種雜質(zhì)的動態(tài)吸附量越大。 5) 產(chǎn)品純度： 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。 3) 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。原料氣中氫含量越高時，吸附塔的處理能力越大；原料氣雜質(zhì)含量（對本裝置而言主要是 CO）越高，特別是凈化要求高的有害雜質(zhì)含量越高時，吸附塔的處理能力越小。吸附劑在常溫高壓 (即 A點 )下大量吸附原料氣中 除氫以外的雜質(zhì)組分，然后降低壓力 (到 B 點 )使各種雜質(zhì)得以解吸。 通常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，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，隨著溫度的升高吸附容量逐漸減小。對于物理吸附而言，動態(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)，平衡吸附量是一個定值。 下圖為不同組分在分子篩上的吸附強(qiáng)弱順序示意圖 組分 吸附能力 氦氣 ☆ 弱 氫氣 ☆ 氧氣 ☆☆ 氬氣 ☆☆ 氮氣 ☆☆☆ 一氧化碳 ☆☆☆ 甲烷 ☆☆☆☆ 二氧化碳 ☆☆☆☆☆☆ 乙烷 ☆☆☆☆☆☆ 乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆ 丙烷 ☆☆☆☆☆☆☆ 異丁烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆ B 戊烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丁烯 ☆☆☆☆☆☆ ☆☆☆ 硫化氫 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫醇 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 戊烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 甲苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 強(qiáng) 中海煉化山東?；瘓F(tuán)石化分公司 15000 Nm3/h 制氫裝置操作規(guī)程 規(guī)程編號 第 19 頁 吸附平衡 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。 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： 分子引力 F=C1/rmC2/rn (mn) 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偶極矩有關(guān) r 表示分子間距離 因而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。一般來說，只處于氣相中的氣體分子所受的來自各方向的分子吸 引力是相同的，氣體分子處于自由運(yùn)動狀態(tài)；而當(dāng)氣體分子運(yùn)動到氣、固相分界面時 (即撞擊到吸附劑表面時 )，氣體分子將同時受到固相、和氣相中分子的引力，其中來自固相分子的引力更大，當(dāng)氣體分子的分子動能不足以克服這種分子引力時，氣體分中海煉化山東?；瘓F(tuán)石化分公司 15000 Nm3/h 制氫裝置操作規(guī)程 規(guī)程編號 第 18 頁 子就會被吸附在固體吸附劑的表面。本裝置吸附劑設(shè)計使用壽命為 20 年。但應(yīng)注意：在卸取吸附劑時，必須先用氮氣進(jìn)行置換以確保塔內(nèi)無有毒或爆炸性氣體，吹掃最好用熱的氮氣（ 100℃），因為它比其它較涼的氣體更有效。 對于用過 的吸附劑不宜長期貯存，因為可能有化學(xué)反應(yīng)和吸附的氣體的進(jìn)一步脫附。 由于不同的吸附劑材料對不同的氣體組份有特定的結(jié)合能力，因此，吸附床層往往設(shè)計成多層的不同吸附劑混合裝填模式，以達(dá)到將氫從不同氣體的混合物中分離出來的目的。該吸附劑不僅有著較大的比表面積，而且有著非常均勻的空隙分布，其有效孔徑一般為 。裝填于吸附塔中部主要用于脫除 CO2和部分甲烷組分。 3) 活性碳類吸附劑 活性碳類吸附劑是吸附劑以煤為原料，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。在制氫中常見的幾類吸附劑的特性如下： 1) 活性氧化鋁類吸附劑 活性氧化率類吸附劑對 H2O 均有很高的吸附能力，同時再生非常容易，并且該吸附中海煉化山東?；瘓F(tuán)石化分公司 15000 Nm3/h 制氫裝置操作規(guī)程 規(guī)程編號 第 17 頁 劑還具有很高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，因而適合于裝填在吸附塔的底部脫除水分和保護(hù)上層吸附劑。 吸附劑及其吸附特性 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顆粒，主要有：活性氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類。再生過程產(chǎn)生的解吸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混合后穩(wěn)定地送往轉(zhuǎn)化爐火嘴，用作燃料氣燒掉。在實際應(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)品純度及收率要求以及工廠的資金和場地等情況而決定。 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”以降低被吸附雜質(zhì)的分壓，將較難解吸的雜質(zhì)置換出來，其優(yōu)點是常壓下即可完成，但缺點是會多損失部分產(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 (Vacuum Pressure Swing Adsorption， 縮寫為 VPSA 或 VSA)。 當(dāng)吸附劑吸附飽和后，通過程控閥門切換至其它吸附塔，吸附飽和的塔則轉(zhuǎn)入再生過程。這種高壓下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸附過程。將原料氣在高的壓力下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點雜質(zhì)組份被選擇性吸附，低沸點組份的氫不易吸附而通過吸附劑床層，達(dá)到氫和雜質(zhì)組份的分離。當(dāng)與某一吸附床相連的程控閥或控制閥門開關(guān)的元件出現(xiàn)故障時，可根據(jù)對產(chǎn)品氣的要求情況，自動（或人為）地轉(zhuǎn)換為 823/P、723/P、 413/P 等運(yùn)行方式，達(dá)到真正不停產(chǎn)檢修的目的，從而大大增加了裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。為了確保變壓吸附裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，保證在個別閥門或設(shè)備出現(xiàn)故障時，裝置能維持生產(chǎn)在線進(jìn)行檢修，故障消除后能迅速恢復(fù)正常生產(chǎn)。 多床變壓吸附的意義在于：保證在任何時刻都有相同數(shù)量的吸附器處于吸附狀態(tài)，使產(chǎn)品氫氣能連續(xù)穩(wěn)定地輸出； 保證適當(dāng)?shù)木鶋捍螖?shù)，使產(chǎn)品 氫氣有較高的回收率。故每個吸附器在實際過程中必須經(jīng)過吸附和再生階段。 變壓吸附提純氫技術(shù)就是根據(jù)這些特性，在吸附劑選擇吸附的條件下加壓吸附原料氣中的甲烷、高烴等組分，而氫氣等不易吸附的組分則通過吸附床層由吸附器頂部排出，從而 實現(xiàn)氣體混合物的分離，再通過降低吸附床的壓力使被吸附的雜質(zhì)組分脫附解吸，使吸附劑得到再生。 PSA 的吸附主要為物理吸附。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)。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。其特點是：吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附過程進(jìn)行的極快，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。一般需加熱才能完全再生。其解吸過程一般也較困難。其吸附