變壓吸附提氫裝置操作手冊

變壓吸附提氫裝置

操作手冊

（成都華西工業(yè)氣體有限公司編制）

書目

序言...........................................................................3

第一章概述.......................................................................4

第一節(jié)前言......................................................................4

其次節(jié)裝置概貌..................................................................6

2.1裝置規(guī)模...................................................................6

2.2裝置組成...................................................................6

2.3工藝流程...................................................................6

2.4非標設備設備一覽表.........................................................6

第三節(jié)設計基礎..................................................................7

3.1原料氣規(guī)格.................................................................7

3.2產品規(guī)格...................................................................7

其次章工藝過程說明...............................................................8

第一節(jié)吸附工藝原理.............................................................8

1.1基本原理...................................................................8

1.2吸附劑及吸附力.............................................................8

1.3吸附平衡..................................................................12

1.4工業(yè)吸附分別流程及其相關參數(shù).............................................13

1.5工業(yè)吸附分別流程的主要工序................................................15

其次節(jié)工藝流程說明............................................................16

2.1流程簡述..................................................................16

2.2工藝步序說明..............................................................17

2.3限制功能說明..............................................................18

2.4工藝參數(shù)的設定............................................................19

2.5報警、聯(lián)鎖功能說明........................................................20

第一節(jié)裝置的開車..............................................................20

1.1首次開車打算..............................................錯誤!未定義書簽。

1.2首次開車..................................................................20

1.3正常開車步驟..............................................................21

1.4開車階段的調整............................................................21

其次節(jié)裝置的運行..............................................................22

2.1產品純度的調整............................................................22

2.2裝置參數(shù)的調整............................................................22

2.3吸附塔的切除..............................................................23

2.4操作留意事項..............................................................24

3.1正常停車..................................................................25

3.2緊急停車..................................................................25

3.3臨時停車..................................................................25

第四章平安規(guī)程..................................................................27

5.1概要......................................................................27

5.2超壓愛護..................................................................27

5.3平安閥....................................................................28

5.4廢氣處理..................................................................28

5.5火災防護..................................................................28

5.6進入容器前的平安打算工作.................................................30

5.7其它平安措施..............................................................31

序言

本操作手冊是成都華西工業(yè)氣體有限公司專為內蒙慶華集團內蒙煤化有限公司

13000Nn?/h一上裝置編寫的。用于向自控人員供應編程組態(tài)的依據(jù)和向裝置操作人員供

應正確的操作步驟，以及預防和處理事故的方法。

本裝置是采納變壓吸附（簡稱PSA）法從甲醉馳放氣中提純氫氣的成套裝置。在

啟動和運行本裝置前，要求操作人員透徹地閱讀本操作手冊及相關圖紙。因為，不適當

的操作會導致運行性能低劣、產品不合格，甚至吸附劑損壞或造成平安事故。

本操作手冊不行能對裝置的全部操作及平安防護措施作完全描述。如有疑問，成

都華西工業(yè)氣體有限公司的技術服務人員將在操作人員培訓期間賜予解答。同時，在任

何狀況下，裝置操作人員均應遵守石化行業(yè)和本工廠的其它有關平安、勞動愛護、事故

預防及生產管理的規(guī)定C

成都華西工業(yè)氣體有限公司保留用開工和生產階段所測數(shù)據(jù)對本操作手冊進行補

充的權利。

本操作手冊中的內容及技術數(shù)據(jù)屬成都華西工業(yè)氣體有限公司技術機密。未經成

都華西工業(yè)氣體有限公司許可，用戶有義務限制本操作手冊只向買方的操作及維護人員

供應。

本裝置設計的原始數(shù)據(jù)由內蒙慶華集團內蒙煤化有限公司供應，并在設計過程賜

予了大力支持和幫助。在此，致以特殊的謝意!

第一章概述

第一節(jié)前言

吸附分別是一門古老的學科。早在數(shù)千年前，入門就起先利用木炭、酸性白土、硅藻土等

物質所具有的強吸附實力進行防潮、脫臭和脫色。但由于這些吸附劑的吸附實力較低、選擇性

較差，因而難于大規(guī)模用于現(xiàn)代工業(yè)。

變壓吸附(PlessureSwingAdsorption)氣體分別與提純技術成為大型化工工業(yè)的一種生產工

藝和獨立的單元操作過程，是在本世紀六十年頭快速發(fā)展起來的。這一方面是由于隨著世界能

源的短缺，各國和各行業(yè)越來越重視低品位資源的開發(fā)與利用，以及各國對環(huán)境污染的治理要

求也越來越高，使得吸附分別技術在鋼鐵工業(yè)、氣體工業(yè)、電子工業(yè)、石油和化工工業(yè)中日益

受到重視：另一方面,六十年頭以來,吸附劑也有了重大發(fā)展,如性能優(yōu)良的分子篩吸附劑的

研制勝利，活性炭、活性氧化鋁和硅膠吸附劑性能的不斷改進，以及ZSM特種吸附劑和活性

炭纖維的獨創(chuàng)，都為連續(xù)操作的大型吸附分別工藝奠定了技術基礎。

由于變壓吸附(PSA)氣體分別技術是依靠壓力的變更來實現(xiàn)吸附與再生的，因而再生速度

快、能耗低，屬節(jié)能型氣沐分別技術。并且，該工藝過程簡潔、操作穩(wěn)定、對于含多種雜質的

混合氣可將雜質一次脫除得到高純度產品。因而近三十年來發(fā)展特別快速，已廣泛應用于含氫

氣體中氫氣的提純，混合氣體中一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮氣、氯氣和燒類的制取、各種

氣體的無熱干燥等。而其中變壓吸附制取純氫技術的發(fā)展尤其令人矚目。

自一九六二年美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)第一套工業(yè)PSA制氫裝置投產以來，UCC公司、

HaldorTopsoe公司、Linder公司等已先后向各國供應了近千套變壓吸附制氫裝置，裝置的處理

實力最大已達l()()()()()Nm3/h以上。與國外相比，國內的變壓吸附技術起步較晚，特殊是在PSA

裝置大型化技術方面較為落后，以至在七、八十年頭，我國的大型變壓吸附裝置完全依靠進口。

為變更這種狀況，我們進行了堅持不懈的努力，最終勝利地完成了變壓吸附計算機集成液壓操

縱技術和高性能三偏心金屬密封程控蝶閥的開發(fā)工作，并合作研制勝利了比國外制氫分子篩吸

附容量更大、強度更高的新型5A制氫分子篩。實現(xiàn)了大型變壓吸附裝置國產化關鍵技術的突

破。

自九十年頭中期，成都華西化工科技股份有限公司通過招標承包設計、建設了我國最大的

PSA制氫裝置“茂名石化公司lxl()5Nm3小重整氫PSA制氫裝置”以后，國內技術在中國PSA

制氫領域已基本完全替代了國外技術，井首次實現(xiàn)了大型變壓吸附制氫裝置的出口，承包設計、

建設了“蘇丹喀土穆煉油廠11000Nm3/h催化干氣PSA制氫裝置”。這標記著我國的PSA制氫技

術已達到世界先進水平。

其次節(jié)裝置概貌

2.1裝置規(guī)模

裝置設計產氫實力：13()()()Nm3/h

裝置設計操作彈性：30?110%

2.2裝置組成

本裝置由一臺原料氣緩沖罐、8臺吸附塔、一臺產品氣緩沖罐、一臺順放氣緩沖罐、一臺

富氮氣緩沖罐、一臺逆放氣緩沖罐、一臺解析氣緩沖罐以及配套程控閥門構成。

2.3工藝流程

見所附工藝原理流程圖

2.4非標設備及動力設備一覽表

操作數(shù)量

序號名稱位號操作條件填料種類

介質(臺)

GL-H2活性氧化鋁

HXSI-01吸附劑

甲醇馳放

1吸附塔Ti01A-IIHXBC-15B吸附劑8

氣

HX5A-98H吸附劑

2原料氣分液罐V101原料氣1

3順放氣緩沖罐VI02氫氣1

4產品氣緩沖罐V103解吸氣1

5富氮氣緩沖罐V106解吸氣1

富炭逆放氣緩

6VI04解吸氣1

沖罐

富炭逆放氣緩

7V105)解吸氣1

沖罐

第三節(jié)設計基礎

3.1原料氣規(guī)格

PSA制氫裝置是為在特定壓力下從特定的組分中提取氫氣而設計的。在不同的原料氣條件

下吸附參數(shù)應作相應的調整以保證產品的質量，同時產品氫收率也將隨原料而變更。

另外，只有在設計條件下操作時，裝置才能按設計的物料平衡將原料氣分成產品氫和富

CO氣。當原料氣條件變更時，物料平衡也將發(fā)生相應的變更。在原料氣條件不變的狀況下，

全部的調整均可由計算機自動完成。

本裝置設計的原料氣為：甲醇馳放氣。其具體規(guī)格如下（mol%）：

壓力：4.0~5.4Mpa.減壓到2.2MPa

溫度：?40℃

流量：20000?25000Nm3/h

組成（V%）：

7數(shù)組分%

名於、

CH,COCO,硫H20

H2N2

馳放氣65—685—83~55—810—150.Ippm1.0

3.2產品規(guī)格

本裝置的主要產品為氫氣，用作加油品加工及合成氨；副產晶為解吸氣，壓縮回收。在實

際生產中，產品氫的純度可通過變更PSA裝置的操作條件進行調整，而解吸氣的組成也會隨

原料氣和產品氣的不同而略有不同。以下為設計的產品氣規(guī)格：

（1）產品氫氣：

H2^99.9%（體積比）；

CO+CO2W15ppm；

氣體壓力:2.15Mpa

溫度：^40℃

氣量：^1300DNm7h

（2）富碳氣

氣量：3862Nm7h

純度:N2<8%

氣體壓力:0.05Mpa

溫度：〈40℃

（2）順放氣

流量：7069Nm3/h

氣體壓力：0.08Mpa

溫度：W40℃

其次章工藝過程說明

第一節(jié)吸附工藝原理

1.1基本原理

吸附是指：當兩種相態(tài)不同的物質接觸時，其中密度較低物質的分子在密度較高的物質表

面被富集的現(xiàn)象和過程。

具有吸附作用的物質（一般為密度相對較大的多孔固體）被稱為吸附劑，被吸附的物質（一

般為密度相對較小的氣體或液體）稱為吸附質。

吸附按其性質的不同可分為四大類，即：化學吸著、活性吸附、毛細管凝縮、物理吸附。

化學吸附是指吸附劑與吸附質間發(fā)生有化學反應，并在吸附劑表面生成化合物的吸附過

程。其吸附過程一般進行的很慢，且解吸過程特別困難。

活性吸附是指吸附劑與吸附質間生成有表面絡合物的吸附過程。其解吸過程一般也較困

難。

毛細管凝縮是指固體吸附劑在吸附蒸氣時，在吸附劑孔隙內發(fā)生的凝聚現(xiàn)象。一般需加熱

才能完全再生。

物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質分子間的分子力（即范德華力）進行的吸附。其特點是:

吸附過程中沒有化學反應，吸附過程進行的極快，參加吸附的各相物質間的平衡在瞬間即可完

成，并且這種吸附是完全可逆的。PSA制氫裝置中的吸附主要為物理吸附。

1.2吸附劑及吸附力

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。不同的吸附劑、由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表

面積和不同的表面性質，因而對混合氣體中的各組分具有不同的吸附實力和吸附容量。

本裝置所用吸附劑的特性如下：

D.GL-H2吸附劑

在大型PSA氫提純中的應用結果表明：我公司的GL-H2吸附劑對H20均有很高的吸附實

力，同時再生特別簡潔，并且該吸附劑還具有很高的強度和穩(wěn)定性，因而適合于裝填在吸附塔

的底部脫除水分和愛護上層吸附劑。

2).HXSI-01吸附劑

本裝置所用PSA專用硅膠屬于一種高空隙率的無定型二氧化硅，化學特性為惰性，無毒、

無腐蝕性.其中規(guī)格為0)3-5球狀的硅膠裝填于吸附塔的中底部，用于改善氣流分布、脫除水、

部分二氧化碳等。

3).HXBC-15B吸附劑

本裝置所用活性炭是以煤為原料，經特殊的化學和熱處理得到的孔隙特殊發(fā)達的專用活性

炭。屬于耐水型無極性吸附劑，對原料氣中幾乎全部的有機化合物都有良好的親和力。本裝置

所用活性炭規(guī)格為①1.5條狀，裝填于吸附塔中部主要用于脫除燒類組分、甲烷及部分氮氣。

4).HX5A-98H吸附劑

本裝置所用的分子篩為一種具有立方體骨架結構的硅鋁酸鹽，型號為5A,規(guī)格為①2-3

球狀，無毒，無腐蝕性。5A分子篩不僅有著較大的比表面積，而且有著特別勻稱的空隙分布,

其有效孔徑為0.5nmo5A分子篩是一種吸附量較高且吸附選擇性極佳的優(yōu)良吸附劑，裝填于

吸附塔的中上部，用于脫除甲烷和氮氣，保證最終的產品純度。

1.2.2吸附劑的處理

幾乎全部的吸附劑都是吸水的，特殊是分子篩具有極強的親水性，因而在吸附劑的保管

和運輸過程中應特殊留意防潮和包裝的完整性。分子篩假如受潮，則必需作活化處理。

對于廢棄的吸附劑，一般采納深埋或回收處理.。但應留意：在卸取吸附劑時，必需先用氮

氣進行置換以確保塔內無有毒或爆炸性氣體。在正常運用狀況下，PSA工段的吸附劑一般是和

裝置同壽命的。

吸附力

在物理吸附中，各種吸附劑對氣體分子之所以有吸附實力是由于處于氣、固和分界面上的

氣體分子的特殊形態(tài)。一股來說，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動狀態(tài)：而當氣體分子運動到氣、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,

當氣體分子的分子動能不足以克服這種分子引力時，氣體分子就會被吸附在固體吸附劑的表

面。被吸附在固體吸附劑表面的氣體分子又被稱為吸附相，其分子密度遠大于氣相，一般可接

近于液態(tài)的密度。

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/嚴?C2/，(m>n)

其中：Cl表示引力常數(shù)，與分子的大小、結構有關

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

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、結構、極性等性質各不相同，吸附劑對其

吸附的實力和吸附容量也就各不相同。PSA制氫裝置所利用的就是吸附劑的這一特性。由于吸

附劑對混合氣體中的氫組分吸附實力很弱，而對其它組分吸附實力較強，因而通過裝有不同吸

附劑的混合吸附床層，就可將各種雜質吸附下來，得到提純的氫氣。

卜圖為不同組分在分子篩上的吸附強弱依次示意圖

組分吸附實力

氮氣☆弱

氫氣☆

氧氣☆☆

氧氣☆☆

氮氣☆☆☆

一氧化碳☆☆☆

甲烷☆☆☆☆

二氧化碳☆☆☆☆☆☆

乙烷☆☆☆☆☆☆

乙烯☆☆☆☆☆☆☆

丙烷☆☆☆☆☆☆☆

異丁烷☆☆☆☆☆☆☆☆

丙烯☆☆☆☆☆☆☆☆

戊烷☆☆☆☆☆☆☆☆

丁烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆

硫化氫☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

硫醇☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

戊烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

甲苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

乙基苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

苯乙烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

水☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆強

1.3吸附平衡

吸附平衡是指在肯定的溫度和壓力下，吸附劑與吸附質充分接觸，最終吸附質在兩相中的

分布達到平衡的過程。

在實際的吸附過程中，吸附質分子會不斷地碰撞吸附劑表面并被吸附劑表面的分子引力束

縛在吸附相中；同時吸附相中的吸附質分子又會不斷地從吸附劑分子或其它吸附質分子得到能

量，從而克服分子引力離開吸附相；當肯定時間內進入吸附相的分子數(shù)和離開吸附相的分子數(shù)

相等時，吸附過程就達到了平衡。對于物理吸附而言，動態(tài)吸附平衡很快就能完成，并且在肯

定的溫度和壓力下，對于相同的吸附劑和吸附質，平衡吸附量是一個定值。

由于壓力越高單位時間內撞擊到吸附劑表面的氣體分子數(shù)越多，因而壓力越高平衡吸附容

量也就越大；由于溫度越高氣體分子的動能越大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就越少,

因而溫度越高平衡吸附容量也就越小。

我們用不同溫度下的吸附等溫線來描述這一關系，如下圖：

從上圖的B-A和C-D可以看出：在溫度肯定時，隨著壓力的卜，升吸附容量漸漸增大：

從上圖的B-C和A-D可以看出：在壓力肯定時，隨著溫度的上升吸附容量漸漸減小。

本制氫裝置的工作原理利用的是上圖中吸附劑在A-B段的特性來實現(xiàn)氣體的吸附與解吸

的。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組分，然后降低壓力（到B

點）使各種雜質得以解吸。

1.4工業(yè)吸附分別流程及其相關參數(shù)

工業(yè)吸附分別流程的確定

在實際工業(yè)應用中，吸附分別一般分為變壓吸附和變溫吸附兩大類。從吸附劑的吸附等

溫線可以看出，吸附劑在高壓下對雜質的吸附容量大，低壓下吸附容量小。同時從吸附劑的

吸附等壓線我們也可以看到，在同一壓力下吸附劑在低溫下吸附容量大，高溫下吸附容量小。

利用吸附劑的前一性質進行的吸附分別稱為變壓吸附(PSA),利用吸附劑的后一性質進行的

吸附分別就稱為變溫吸附(TSA)。

在實際工業(yè)應用中一般依據(jù)氣源的組成、壓力及產品要求的不同來選擇TSA、PSA或

TSA+PSA工藝。

變溫吸附工藝由于須要升溫，因而循環(huán)周期長、投資較大，但再生徹底，通常用于微量

雜質或難解吸雜質的凈化；變壓吸附工藝的循環(huán)周期短，吸附劑利用率高，吸附劑用量相對

較少，不須要外加換熱設備，被廣泛用于大氣量多組分氣體的分別與純化。

本裝置的流程為PSA流程。

在工業(yè)變壓吸附(PSA)工藝中，吸附劑通常都是在常溫柔較高壓力下，將混合氣體中的易

吸附組分吸附，不易吸附的組分從床層的一端流出，然后降低吸附劑床層的壓力，使被吸附

的組分脫附出來，從床層的另一端排出，從而實現(xiàn)了氣體的分別與凈化，同時也使吸附劑得

到了再生。

但在通常的PSA工藝中，吸附床層壓力即使降至常壓，被吸附的雜質也不能完全解吸，

這時可采納兩種方法使吸附劑完全再生：一種是用產品氣對床層進行“沖洗”以降低被吸附雜

質的分壓，將較難解吸的雜質置換出來，其優(yōu)點是常壓下即可完成，但缺點是會多損失部分產

品氣；另一種是利用抽真空的方法進行再生，使較難解吸的雜質在負壓下強行解吸下來，這

就是通常所說的真空變壓吸附(VacuumPlessureSwingAdsorption,縮寫為VPSA或VSA)O

VPSA工藝的優(yōu)點是再生效果好，產品收率高，但缺點是須要增加真空泵，裝置能耗相對較高。

在實際應用過程中，原委采納以上何種工藝，主要視原料氣的組成條件、流量、產品純度及

收率要求以及工廠的資金和場地等狀況而確定。

本裝置采納沖洗方式可對吸附劑進行再生。

1.4.2工藝條件與裝置處理實力的關系

原料氣組成：

吸附塔的處理實力與原料氣組成的關系很大.原料氣中氫含量越高時,吸附塔的處理實

力越大；原料氣雜質含量越高，特殊是凈化要求高的有害雜質含量越高時，吸附塔的處理實力

越小。

原料氣溫度：

原料氣溫度越高，吸附劑的吸附量越小，吸附塔的處理實力越低。

吸附壓力：

原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理實力越高。

解吸壓力：

解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動態(tài)吸附量越大，吸附塔的處理實力越高。

產品純度：

產品純度越高，吸附劑的有效利用率就越低，吸附塔的處理實力越低。

1.4.3氫氣回收率影響因素

由于PSA裝置的氫氣損失來源于吸附劑的再生階段，因而吸附塔的處理實力越高，則再

生的周期就可以越長，單位時間內的再生次數(shù)就越少，氫氣損失就越少，氫回收率就越高。

產品氫純度與氫回收率的關系：

在原料氣處理量不變的狀況下，產品氫純度越高,穿透進入產品氫中的雜質量越少，吸附

劑利用率越低，每次再生時從吸附劑死空間中排出的氫氣量越大，氫氣回收率越低。

吸附壓力對氫氣回收率的影響：

吸附壓力越高，吸附劑對各種雜質的動態(tài)吸附量越大。在原料氣處理量和產品氫純度不變

的狀況下，吸附循環(huán)周期越長，單位時間內解吸次數(shù)越少，氫氣回收率越高。

沖洗過程對氫氣回收率的影響：

由于被吸附的大量雜質是通過產品氫的回流沖洗而解吸，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。一般來講，沖洗時間越長，沖洗過程越勻稱，

沖洗氣量越大，吸附劑的再生越徹底，在純度不變的狀況下，吸附時間越長，氫氣回收率越高。

但是，由于本裝置的沖洗氣來自均壓結束后的順放過程，如需加大沖洗氣量，則順放過程壓力

降太大，將會引起部分雜質穿透，反而不利于沖洗。

吸附時間（或吸附循環(huán)周期）對氫氣回收率的影響：

在原料氣流量和其他工藝參數(shù)不變的條件下，延長吸附時間就意味著單位時間內的再生次

數(shù)削減，再生過程損失的氫氣也就越少，氫氣P1收率越高.但是，在同樣條件下，吸附時間越氏,

進入吸附劑床層的雜質量越大，因吸附劑動態(tài)吸附量不變，故穿透進入產品氫的雜質量將增大,

這勢必會使產品氫純度下降.由此可見,吸附時間的變更將同時影響產品氫的純度和收率.在

PSA制氫裝置的實際操作過程中，為了提高PSA裝置這行的經濟性,我們應在保證產品氫中雜質

含量不超標的前提下，盡可能的延長吸附時間以提高氫氣回收率.

產品氫純度的影響因素

原料氣流量對純度的影響：

在氣體工藝條件及工藝參數(shù)不變的條件下，原料氣流量的變更對純度的影響很大，原料氣流

量越大，每一循環(huán)周期內進入吸附塔的雜質量越大,雜質也就越簡潔穿透，產品氫純度越低.相反,

原料氣流量減小,則有利于提高產品氫純度.

解吸再生對產品氫純度的影響：

如前所述,在常壓沖洗再生的狀況下，因要消耗部分產品氣用于吸附劑再生，氫氣回收率

較低，同時也削減了部分雜質轉入下一個吸附步驟，這有利于產品氫純度的提高；沖洗再生相

對越徹底，吸附劑動態(tài)吸附量越大，因而若原料氣流量不變,則產品氫純度提高。

均壓次數(shù)對產品氫純度的影響：

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

質也就越簡潔穿透進入下一吸附塔并在吸附劑床層頂部被吸附，致使該塔在轉入下一次吸附時

雜質很簡潔被氫氣帶出，影響產品氫純度。

綜上所述，為了提高氫氣回收率進而提高裝置的經濟效益.在原料氣組成、流量以及溫度

肯定的狀況下應盡量提高吸附壓力、降低解吸壓力、延長吸附時間、降低產品純度（在允許范

圍內）；在原料氣流量發(fā)生變更時，應適當調整吸附時間以保證產品氫純度.

1.5工業(yè)吸附分別流程的主要工序

吸附工序-在常溫、高壓下吸附雜質，出產品。

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。

順放工序-通過順向減壓過程獲得吸附劑再生氣源。

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）工序一用產品氫沖洗（或抽真空）降低雜質分壓，使吸附劑完成最終的再生。

升壓工序-通過一次或多次的均壓升壓和產品氣升壓過程使吸附塔壓力升至吸附壓力，為

下一次吸附作好打算

本裝置主流程的工序包括：吸附、一?四均降、順放一、順放二、逆放、沖洗、四^—均

升、產品氫終升共十四個工藝步序。

其次節(jié)工藝流程說明

2.1流程簡述

本裝置采納8-2(1)-4PSA流程，即裝置的8個吸附塔中有2(1)個吸附塔始終處于

進料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)四次均壓降壓、逆放、沖洗、連續(xù)四次

均壓升壓和產品最終升壓等步驟組成。

吸附塔的工作過程依次如下：

a.吸附過程

原料氣經水分罐分別掉其中的游離水并經過流量調整后進入吸附塔，在高壓下，其

中的HQ、CO?、N2,CH?CO等被多種吸附劑吸附，未被吸附”等組分從塔頂排出，經過

緩沖罐緩沖后進入后工序。

當被吸附同0、CO?、弗、CH,、CO的傳質區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達床層出口預留段某一

位置時，關掉該吸附塔的原料氣進料閥和產品氣出口閥，停止吸附。吸附床起先轉入再生過

程。

b.均壓降壓過程

這是在吸附過程結束后，順著吸附方向將塔內的較高壓力的氫氣放入其它已完成再

生的較低壓力吸附塔的過程，該過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間產品氣的過程,

本流程共包括了四次連續(xù)的均壓降壓過程，因而可保證產品氣的充分回收。

c.順放過程

在均壓過程結束后，吸附前沿還未達到床層出口。這時，順著吸附方向先將吸附塔壓

力降至約0.25Mpa(G),此時的順放氣進入順放氣緩沖罐，然后經調整閥調整后作為吸附塔再

生時的沖洗氣，然后接著順著吸附方向將吸附塔壓力降至約O.lOMpa(G),該部分氣體可作為

其它氣源運用。

d.逆放過程

在順放過程結束后，吸附前沿已達到床層出口。這時，逆著吸附方向將吸附塔壓力降

至接近常壓，此時被吸附的CO?、CH..CO起先從吸附劑中大量解吸出來，逆微解吸氣進逆放

解吸氣緩沖罐，然后經調整閥調整后再送解吸氣混合罐。

e.沖洗過程

逆放結束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用順放罐中氣體逆著吸附方向對吸附床層

進行沖洗，進一步降低雜質氣體組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。沖洗解吸氣經調整閥

調整后再送解吸氣混合罐。

f.均壓升壓過程

在沖洗再生過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力產品氣依次對該吸附塔進行升壓，

這一過程與均壓降壓過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它塔的床層死空間氫

氣的過程，本流程共包括了連續(xù)四次均壓升壓過程。

g.產品氣升壓過程

在4次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產品純度

在這一過程中不發(fā)生波動，須要通過升壓調整閥緩慢而平穩(wěn)地用產品氫氣將吸附塔壓力升

至吸附壓力。

經這一過程后吸附塔便完成了一個完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了

打算。

8個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作（始終有2（1）個吸附塔處于吸附狀態(tài)）即

可實現(xiàn)原料氣的連續(xù)凈化。

（8?個吸附塔分兩列布置，每列4臺，在故障時，裝置可自動切換至7塔、6塔、5塔、

4塔操作，以便不停車在線檢修故障。這一功能大大地提高了裝置的牢靠性。）

2.2程控閥門編號說明

吸附塔的整個吸附與再生過程都是通過程控閥門按肯定的工藝步序和依次進行開關來實

現(xiàn)的。為便于識別這些程控閥門，我們按肯定的規(guī)律對程控閥進行了編號：

XV—□□

工一吸附塔號：A?H

----------閥門編號（功能、作用）

-------------------------表示程序限制閥

3.2.1裝置的主要操作條件表

序號步序操作壓力溫度

1吸附（A）2.2MPa常溫

2一次均壓降壓（E1D）2.2MPa-*l.77MPa常溫

3二次均壓降壓（E2D）1.77MPa^l.34MPa常溫

4三次均壓降壓（E3D）1.34MPa->0.91MPa常溫

5四次均壓降壓（E4D）0.91MPaf0.48Mpa常溫

6順放一(PP1)0.48MPa-*0.20MPa常溫

7順放二(PP2)0.33MPa-*0.lOMPa常溫

8逆放(D)0.18MPa-0.05MPa常溫

9沖洗(P)0.05MPa-0.03MPa常溫

10四次均壓升壓(E4R)0.03MPa->0.48MPa常溫

11三次均壓升壓(E3R)0.48MPa^0.91MPa常溫

12二次均壓升壓(E2R)0.91MPaT34MPa常溫

13一次均壓升壓(E1R)1.34Pa->l.77MPa常溫

14產品氣升壓(FR)1.77MPa-2.2MPa常溫

2.3限制功能說明

本裝置的基本限制與管理功能包括：程控閥開關限制、模擬量檢測與調整、故障報警與記

錄、歷史數(shù)據(jù)記錄、流量累計等功能。

分別介紹如下：

2.3.1程控閥開關限制功能

本裝置的吸附與分別過程都是依靠于程控閥門的開關來實現(xiàn)切換的，因而程控閥門的開關

限制是本裝置最重要的限制部分。

本裝置的程控閥開關限制過程示意圖如下：

程控閥開關限制過程說明：

DCS系統(tǒng)依據(jù)工藝要求(見工藝閥態(tài)表)制訂出程序，然后按肯定的時間依次將DC24V開

關信號送至氣動電磁換向閥，電磁換向閥將氣源送至程控閥的驅動氣缸，驅動程控閥門按程序

開、關。

同時，安裝在程控閥門上傳感器將其開、關狀態(tài)反饋給DCS系統(tǒng)，用于狀態(tài)顯示和監(jiān)控,

并通過與輸出信號的對比實現(xiàn)閥門故障的推斷與報警。

驅動氣源的作用是為程控閥門供應開、關的動力和限制手段。

程控閥門說明：

本裝置程控閥門的牢靠性是本裝置整體牢靠性的關鍵，其工藝要求特點是密封性能要求

高、開關次數(shù)頻繁，其中開關最常見的程控閥每年開關次數(shù)可達50萬次以上，并且要求開啟

速度可調。

故本裝置的程控閥執(zhí)行了嚴格的材質標準，保正了閥門的高密封性能和超長壽命。

(程控閥門的結構及維護詳見程控閥門運用說明書)

2.4工藝參數(shù)的設定

變壓吸附的工藝參數(shù)主要包括吸附時間、壓力和處理量。其設定的原則與方法如下：

2.4.1吸附時間參數(shù)的設定

吸附時間參數(shù)是變壓吸附的最主要參數(shù)，其設定值將干脆確定裝置產品氫的純度和氫氣回

收率。

因而，PSA部分的吸附時間參數(shù)應盡量精確，以保證產品純度合格，且氫氣回收率最高。

吸附時間的設定總原則：產品純度過高則延長吸附時間，產品純度過低則縮短吸附時間

吸附時間參數(shù)設定表：

8-2(1)-4主流程)時間參數(shù)

時間序號含義預設值設定原則

Timel?均、三均時間3()秒保證兩塔的壓力能均至相等

Time2二均、四均、逆放時間60秒保證兩塔的壓力能均至相等

注：單塔總吸附時間=2X(Time1+Time2)

單塔抽真空時間=2X(Timel+Time2)

單塔終升時間二Time2

在吸附時間不變且能保證均壓時壓力相等的狀況下，應盡可能延長Time2,以保證終升、

逆放過程盡量平穩(wěn)。

以上的預設值為滿負荷預設值，且與最終開車后的整定值可能有差異。

由于吸附塔的大小和裝填的吸附劑量是固定的，因而在原料氣組成和吸附壓力肯定的狀況

下，吸附塔每一次所能吸附的雜質總量就是肯定的。所以隨著吸附過程的進行，雜質就會漸漸

穿透吸附床，起初是恒量，漸漸就會超過允許值，這時就必需切換至其它塔吸附。因而，當原

料氣的流量發(fā)生變更時，雜質的穿透時間也就會隨之變更，吸附時間參數(shù)就應隨之進行調整。

在保證產品純度的前提下，為盡可能提高氫氣回收率：流量越大則吸附時間就應越短，流量越

小則吸附時間就應越長。這樣才能保證在各種操作負荷下均能充分地利用吸附劑的吸附實力，

獲得最高的氫氣回收率。

2.5報警、聯(lián)鎖功能說明

2.5.1報警一覽表

報警儀表報警內容報警值處理方案

程控閥門請檢修人員檢查，如影響到吸附

閥位傳感器

開關錯誤壓力或產品純度，則切塔或停車

驅動氣源壓報告生產指揮中心。如程控閥門

氣源壓力低

力變送器不能正常開關，緊急停車。

第三章裝置的操作

第一節(jié)裝置的開車

1.1.系統(tǒng)置換

在裝置正式投料前還應用干燥、干凈的氮氣對整個裝置進行徹底置換使整個系統(tǒng)的含氧量

低于0.5%（體積）。置換方法可按正常運行步驟進行，即以氮氣做為原料氣通入，啟動系統(tǒng)程控

閥后直到產品氣出口和解吸氣出口氧含量均小于0.5%為止（至少三次取樣分析均合格才能視為

合格）。如氮氣量不足，則可分階段逐塔逐管通入氮氣進行置換。

1.2首次開車

在全部設備、儀表、微機都已打算完畢并經過了嚴格檢查，系統(tǒng)也已完成置換后，即可進

入裝置的首次投料、開車過程。

其步驟如卜:

1）確認系統(tǒng)己氮氣置換合格。

2）確認原料氣組成已合格，不帶油水。（液態(tài)）

3）拆除進出界區(qū)的全部工藝氣管線盲板，并作記錄。

4）限制系統(tǒng)及全部儀表通電，并投入操作狀態(tài)。

5）在DCS操作畫面上，設定好全部調整系統(tǒng)的操作參數(shù)。（具體見其次章）

6）確認驅動氣源壓力正常。

7）在DCS操作畫面上，用將PSA系統(tǒng)運行按鈕置為RUNNING狀態(tài)，使程控閥起先投入

運行。

7）緩慢打開原料氣進口閥，潮漸向系統(tǒng)內投料，投料速度不宜過快，應保持在每分鐘吸附塔

壓力上升O.IMPa左右。

8）當吸附塔壓力升至2.0MPa后，打開手動產品氣放空調整閥，將不合格的產品氣放入燃氣

管網。

9）當運行一段時間PSA出口氫氣純度達到要求，關閉產品氣放空調整閥PV62O3B同時將

PV6203A投自動并打開產品氣出界區(qū)閥門。

至此，整個裝置即轉入正常運行狀態(tài)。

1.3正常開車步驟

由于正常停車后氫提純裝置處于正壓封閉狀態(tài)，因而再次開車時無須再置換開車過程將比

首次開車簡潔。具體步驟如下：

1）限制系統(tǒng)及全部儀表通電，并投入運行。

2）驅動氣源壓力正常，啟動PSA系統(tǒng)運行按鈕。

3）漸漸向系統(tǒng)緩慢投料，當吸附塔壓力升至2.0MPa后，打開產品氣放空調整閥將不合格的

產品氣放入燃氣管網（開車初期系統(tǒng)內的氮氣通過現(xiàn)場放空管放空）。

3）氫氣純度指標合格后，關閉產品氣放空調整閥PV6203A同時打開產品氣出界區(qū)閥門。系

統(tǒng)轉入正常運行。

1.4開車階段的調整

由于開車階段系統(tǒng)的正常壓力系統(tǒng)尚未建立起來，因而在開車的初期應用30?50%的負荷

緩慢加量。并選擇較短的吸附時間。使產品純度快速合格。

其次節(jié)裝置的運行

變壓吸附氫提純裝置在正常運行過程中的操作是特別少的，幾乎全部的調整均由計算機自

動完成，操作人員只需留意產品純度是否在最佳范圍，和裝置是否有報警即可。

2.1產品純度的調整

變壓吸附工藝具有產品純度范圍寬、且易于調整的特點。由于產品純度與產品回收率是成

反比關系的，即：在原料氣條件不變和吸附、解吸壓力肯定的狀況下，產品純度越高、氫氣回

收率越低；產品純度越低、氫氣回收率越高。

因而，要保證裝置運行于最佳狀態(tài)，就必需將產品純度限制在即能滿意生產須要，又盡可

能低的范圍內。

調整產品氫純度的方法就是：

縮短吸附時間、提高產品純度；延長吸附時間、降低產品純度

具體的修改方法見其次章其次節(jié)的2.4

2.2裝置參數(shù)的調整

2.2.1調整吸附時間

當裝置的處理量變更之后（或原料氣組成變更后），將有可能影響產品的純度，這時可調整

“操作系數(shù)”以調整吸附時間，使產品純度重新運行于最佳范圍。

產品氣升壓限制

產品氣升壓的速度的限制是通過產品氣升壓調整閥KV6201實現(xiàn)的，須要操作人員設定一

個須要的限制值，然后，轉入自動調整。

逆放壓力的調整與限制

本裝置逆放壓力的調整與限制是通過調整閥KV6202來實現(xiàn)的，調整的目的是在保證逆放

終壓達到設定值要求的同時使逆放過程盡量緩慢（減小逆放對富CO混合罐壓力造成的波動）,

調整方法是隨動PID調整。須要操作工調整的只是變更KV6202最大、最小開度設定值、PID

參數(shù)和時間參數(shù)設置（在吸附時間不變的前提下，變更時間參數(shù)Tl、T2的設定值）。

順放壓力的調整與限制

本裝置順放壓力的調整與限制是最為重要的，順放壓力降的大小、沖洗過程的勻稱連續(xù)性

對產品氫的純度和收率影響很大。PV6204調整的目的是在保證肯定的順放壓力降的前提下，

使沖洗過程盡量緩慢勻稱，調整方法是隨動PID調整。須要操作工調整的是：在順放時間不變

的狀況下，通過變更PV6204的最大、最小開度設定值來調整順放量（順放過程吸附塔壓力降）

及通過修改PV6204的PID參數(shù)使其“SP”值與“PV唯能很好的“吻合

值得留意的是:為保證足夠的沖洗氣量,順放過程的吸附塔壓力降應限制不低于0.25MPa。

2.3吸附塔的切除

由于PSA氫提純裝置是由8臺吸附塔組成。因而為提高裝置的牢靠性，本裝置編制了一

套切塔與復原程序。即：當某一臺吸附塔出現(xiàn)故障時，可將其脫出工作線，讓剩余的吸附塔接

著生產。

1）切塔步驟

a.故障塔推斷；

當出現(xiàn)下列三種狀況（產品氫純度大幅下降、某吸附塔的壓力異樣、程控閥檢出錯）之

二時，就認為此塔故障，應予以切除。此時DCS將提示操作人員。（吸附塔變成紅色）

b.切塔操作；

經操作人員確認故障屬實后，干脆在DCS上選中故障塔的切除鍵，然后將其置“ON”。

則程序將自動關斷該塔的全部程控閥，將故障塔切出工作線。

c.限制機自動將程序切入與切塔前相對應的點，保證切除時各吸附塔壓力無大的波動。

e.切塔后，在裝置正常運行狀況下，請檢修人員檢修故障塔

f.假如在己切除一臺吸附塔后乂有吸附塔故障出現(xiàn)，則重復以上的操作即可接著切塔運

行。

留意：本裝置只允許依次切除，不允許同時切除兩個塔。

PSA裝置的絕大多數(shù)故障均出現(xiàn)在儀表和限制系統(tǒng)上，因而通常切塔后的檢修無需拆

工藝管線和設備。

但被切除塔在檢修時，如須要拆開連接的工藝管道或設備，則必需先停車，再將塔內氣

體排入燃氣系統(tǒng)并進行置換。

2）切除塔復原

當被切除塔故障解除后，須要將其重新投入正常運行，但假如投入的時機、狀態(tài)不對，將

引起較大的壓力波動和產品純度變更，甚至可能出現(xiàn)故障和平安事故。為此，本裝置設計的自

動復原軟件能夠自動找出最佳狀態(tài)復原，使系統(tǒng)波動最小。在復原之前，必需確認被復原塔的

壓力數(shù)據(jù)精確，否則，會造成壓力波動大，甚至造成平安事故!

復原過程如下：

a.操作人員發(fā)出塔復原指令；

在限制機上干脆點動要復原塔的切除鍵，將其置“OFF”然后確認。

b.計算機自動等待合適的時間將故障塔復原至運行程序；

程序依據(jù)各塔的壓力狀態(tài)，自動確定復原后應進入的最佳運行步序，然后自動等待

到該步序的最佳切入時機，切入新程序。

2.4操作留意事項

1）系統(tǒng)嚴禁將水帶入PSA單元，否則將損壞吸附劑。

2）在生產過程中，如須檢修與工藝氣接觸的任何設備均應先進行置換。

3）操作工應定時現(xiàn)場巡檢，排放導淋。

4）在作切塔、放空等會影響后工段的處理前，應確定故障的真實性，并通知后工段。

5）逆放、均壓、產品氣升壓的速度均不宜太快，應堅持這樣的原則：在保證能達到壓力要求

的條件下應盡量緩慢進行。否則可能影響再生效果和吸附劑運用壽命。

6）在吸附時間肯定時，沖洗和逆放的時間應盡量長且應緩慢勻稱進行。

第三節(jié)裝置的停車

裝置停車一般可分為三種狀況即：正常安排停車、緊急停車和臨時停車。

3.1正常停車

在接到生產調度的停車通知后即可進行正常停車操作。

正常停車步驟：

1）關閉原料氣進氣閥、產品氣出口閥，使氫提純系統(tǒng)與界區(qū)外隔斷。

PSA程序接著運行，使各塔壓力基本相等并且都處于較高的正壓。關閉逆放氣向界區(qū)

外輸送閥。

注：如安排停車時間很長，車間應依據(jù)狀況確定是否于PSA單元進出界區(qū)的閥門上加盲

板以完全隔離PSA單元。

2）停止PSA裝置運行。

至此，就完成了整個正常停車過程。停車后，氫提純系統(tǒng)處于正壓狀態(tài)，且與界區(qū)隔斷。

因而，系統(tǒng)可較長時間地處于平安停車狀態(tài)。但由于停車后系統(tǒng)內仍舊是易燃、易爆氣體，

所以整個界區(qū)仍舊是防爆界區(qū)，嚴禁動火。

在正常停車后，裝置各吸附塔的壓力相同，因而再次開車時應按正常開車步驟操作。

3.2緊急停車

當本裝置出現(xiàn)事故或前后裝置出現(xiàn)事故時，需緊急停車其停車步驟如下：

停止PSA程序，關閉程控閥門。同時，程序將自動記住停車時的狀態(tài)。

這時系統(tǒng)即已處于緊急停車狀態(tài)。

3.3臨時停車

如因T作須要做短時間的停車（不超過I小時）.則可■進行臨時停車，其步驟與緊急停車相

同。

緊急停車或臨時停車后的重新投運

由于程序仍記錄著停車時的狀態(tài)且各吸附塔的壓力也與停車時一樣，所以這時可從停車時

的狀態(tài)干脆投運，讓系統(tǒng)無擾動地復原到正常工作狀態(tài)。對產品純度影響很小。步驟如下：

1）確認各吸附塔的壓力與DCS上顯示的暫停狀態(tài)相符。

2）看吸附塔壓力歷史記錄，確認壓力未發(fā)生大的變更°

3）在DCS上將暫停按鈕的狀態(tài)由PAUSE置為RUNNING,系統(tǒng)即轉入正常運行。

特殊留意：采納這種方法復原運行前，必需確認各吸附塔的壓力與停車鎖存

的狀態(tài)是一樣的。否則，一旦啟動將可能使高壓塔的氣體串入低壓的解吸氣系統(tǒng)

造成事故！

假如吸附塔壓力與顯示的狀態(tài)不符，則必需先點動閥門將吸附塔壓力漸漸放

掉，或用原料氣補壓到要求壓力，然后重新啟動系統(tǒng)。

卸壓的方法一般是將氣體放到放空總管排出，留意不造成超壓。補壓的方法

是將原料氣進氣閥XV6201打開,再用手動閥限制升壓速度，用原料氣將吸附塔壓

力補充到要求壓力，留意不行在原料氣管內壓力與塔內壓力差大于0.2Mpa時打

開原料氣進塔程控閥對塔快速升壓。

第四章平安規(guī)程

5.1概要

PSA裝置最大的危急來自爆炸性氣體和有毒氣體（如H2、CH,、CO及燒類）的泄漏、火災與

爆炸。因此，該裝置中各部件的密封性是裝置設計和運行中的最重要的問題。

假如設備承受壓力過大或對設備進行馬虎大意的操作及修理都能使密封性能遭到破壞。假

如設備遇到不利的因素，設備將承受過大的壓力。這類因素包括：壓力、溫度、腐蝕或磨損，

還有機械力、振動或熱膨張等。

只要象壓力、溫度和流量這樣的過程參數(shù)穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內，操作過程才是平安的，也

不會對環(huán)境造成危害。應涯密的監(jiān)視、記錄和調整超出正常工況的較大誤差。

操作人員應記住，各種故障都可能導致操作失常，所以在可能發(fā)生嚴峻后果的地方，應安

裝自動報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)。

全體操作人員必需經受良好的培訓，已判明報警，并剛好實行必要措施以免發(fā)生危急。

5.2超壓愛護

裝置內的全部設備通均常在肯定壓力下運行。這個壓力通常由自動限制系統(tǒng)來保證。

然而，一旦過程計算機、限制回路及公用設施故障，裝置所不能承受的高壓就有可能產

生。因此，除報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)外，還應安裝平安泄放設備，以便愛護操作人員和設備。

☆平安設計基礎

—ASME（美國機械工程師學會）壓力容器規(guī)范第YIII章第一節(jié)。

—《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-92

—《爆炸和火災危急環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB50058-92

—《石油化工企業(yè)職業(yè)平安衛(wèi)生設計規(guī)范》SH3047-93

—《工業(yè)企業(yè)噪聲限制設計規(guī)范》GBH87-85

——《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》GB5044-85

—《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》TJ36-79

——《生產設備平安衛(wèi)生設計規(guī)范》GB5083-85

☆吸附床的愛護

整個PSA裝置的吸附塔通過平安閥釋放高壓而得到愛護。而高壓一般是由上游高壓氣源

或外部“火源”導致吸附床內氣體膨脹而產生的。假如某只吸附床受到旁邊的火源的熱輻射，便

可產生上述狀況。這時應用消防水冷卻該容器的表面，以防這個容器過長時間地遭遇熱沖擊。

☆尾氣系統(tǒng)的愛護

尾氣系統(tǒng)必需愛護