商洛變壓吸附提氫原理氣體回收變壓吸附提氫

本裝置采用氣相吸附工藝，因此，原料氣不含有任何液體或固體。在啟動和運轉(zhuǎn)這套裝置之前，要求操作人員透徹地閱讀本操作運行說明書，因為不適當(dāng)?shù)牟僮鲿?dǎo)致運行性能低劣和吸附劑的損壞。
本說明書中涉及到的壓力均為表壓，組分濃度均為摩爾百分數(shù)，流量除標注外均為標準狀態(tài)下的流量。
工作原理和過程實施
本裝置采用變壓吸附（PSA）分離氣體的工藝，從甲醇重整氣（包括各種含氫氣體）中提取氫氣。其原理是利用所采取的吸附劑對不同吸附質(zhì)的選擇吸附和吸附劑對吸附質(zhì)的吸附容量隨壓力變化而有差異的特性，在吸附劑選擇吸附條件下，將原料氣在壓力下通過吸附床層，高壓吸附除去原料中雜質(zhì)組分，低壓下脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。小分子的氫氣不被吸附而通過吸附床層,達到氫和雜質(zhì)組分的分離, 得到產(chǎn)品氫氣。
整個操作過程是在環(huán)境溫度下進行。

吸附劑的再生是通過三個基本步驟來完成的:
1.吸附塔壓力降至低壓
先是順著吸附的方向進行降壓（以下簡稱均壓），此時有一部分吸附劑仍處于吸附狀態(tài)；
２.逆向放壓
逆向放壓時，被吸附的雜質(zhì)部分從吸附劑中解吸，并被排出吸附塔；
３.升壓
吸附塔升壓至吸附壓力，以準備再次對原料氣進行分離。
本裝置采用五塔三次均壓變壓吸附過程，即每個吸附塔在一次循環(huán)中均需要經(jīng)歷吸附（Ａ）、一次均壓（1ED）、二次均壓（2ED）、三次均壓（3ED）、逆向放壓（D）、真空解吸（V）、一次升壓（3ER）、二次升壓（2ER）、三次升壓（1ER）以及終升壓（FR）等十個步驟。五個吸附塔在執(zhí)行程序的時間安排上相互錯開，構(gòu)成一個閉路循環(huán)，以原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出
整個過程主要由33個氣動程控閥來實現(xiàn)（見五塔吸附工藝流程圖）
程控閥的功能說明如下：
KV1——各塔進料閥
KV2——各塔產(chǎn)品輸出閥
KV3——各塔逆向放壓閥
KV4——各塔均壓閥
KV5——各塔終充閥
KV6——各塔升壓閥
K201——終升壓調(diào)節(jié)閥
K202——均壓調(diào)節(jié)閥

現(xiàn)以A塔為例對工作進行說明：
1.吸附（A）
原料氣通過氣動程控閥KV1A進入A塔，A塔在工作壓力下吸附流入原料氣中的雜質(zhì)組分，未被吸附的產(chǎn)品組分H2，通過KV2A流出，其中大部分作為產(chǎn)品從本系統(tǒng)中輸出，少部分通過調(diào)節(jié)閥K201和氣動程控閥KV5B對B塔進行終升壓。吸附過程直至輸出產(chǎn)品雜質(zhì)濃度超過規(guī)定值是結(jié)束。
2.降壓平衡（1ED），簡稱一次均壓
操縱氣動程控閥KV1A和氣動程控閥KV2A，切斷進、出A塔原料氣，同時操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6C，使A塔與剛結(jié)束一次升壓步驟的C塔出口端相連，實行次壓力平衡，均壓后A、C塔壓力基本相等，回收了A塔死空間的H2。
3. 降壓平衡（2ED），簡稱二次均壓
操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6D，使A塔與已結(jié)束一次升壓步驟的D塔出口端相連，實行第二次壓力平衡，直至A、D兩塔壓力基本相等，又一次回收了A塔死空間的H2。
4. 降壓平衡（3ED），簡稱三次均壓
操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6E，使A塔與剛結(jié)束真空解吸的E塔出口端相連，實行第三次壓力平衡，直至A、E兩塔壓力基本相等，又一次回收了A塔死空間的H2。
5.逆向放壓（D），簡稱逆放
操縱氣動程控閥KV3A和氣動程控閥KS131，使A塔內(nèi)剩余的氣體從塔的端排出放空，A塔進行解吸（脫附）。
6. 真空解吸（V）
A塔逆放后，常壓下殘存于分子篩內(nèi)的雜質(zhì)組分不易排出。此時通過操縱氣動程控閥KV3A（開）和氣動程控閥KS131（關(guān)）、氣動程控閥KS132（開）、氣動程控閥KS133（開），使A塔內(nèi)殘存的氣體由真空泵從塔的端抽出放空，對A塔進行真空解吸。
7. 一次升壓（3ER）
真空解吸結(jié)束后，操縱氣動程控閥KV3A使A塔處于關(guān)閉狀態(tài)；再通過操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4B利用B塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等此時回收了B塔死空間的H2，同時完成對A塔的一次升壓。
8. 二次升壓（2ER）
一次升壓結(jié)束后，操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4C，利用C塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時既回收了C塔死空間的H2，同時完成對A塔的二次升壓。
9. 三次升壓（1ER）
二次升壓結(jié)束后，操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4D，利用D塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時既回收了D塔死空間的H2，同時又完成對A塔的三次升壓。
10. 終升壓（FR）
A塔的終升壓是利用產(chǎn)品氣來進行的。操縱氣動程控閥KV5A，使其與調(diào)節(jié)閥K201連通，E塔通過氣動程控閥KV2E輸出產(chǎn)品氣，同時向A塔實行終充壓，在規(guī)定時間內(nèi)終升壓使Ａ塔壓力基本接近吸附壓力。通過這一步驟后，再生過程全部結(jié)束，緊接著便進行下一次循環(huán)。
其它四個塔的操作步驟與Ａ塔相同，只不過在時間上是相互錯開的。
同一時間內(nèi)各塔依據(jù)吸附時序執(zhí)行著不同步驟。
調(diào)節(jié)閥K102用于吸附塔均壓流量的調(diào)節(jié)，使塔內(nèi)壓力在切換時達到規(guī)定值；調(diào)節(jié)閥K101用于終升壓的流量調(diào)節(jié)，使其在切換時，升壓壓力接近吸附壓力。
兩調(diào)節(jié)閥配合氣動程序控制閥和真空泵，按規(guī)定的程序操作，使變壓吸附工藝過程能不斷凈化原料氣，輸出合格產(chǎn)品氣。
本裝置還可通過程序設(shè)置實現(xiàn)四塔二次均壓吸附過程，即：當(dāng)五塔其中某一塔出現(xiàn)故障時，將其隔離；使用其它四塔繼續(xù)正常生產(chǎn)。在此不詳細敘述。

工藝流程介紹（見帶控制點工藝流程圖）
從甲醇重整系統(tǒng)來的重整氣先通過KV1A氣動程控閥進入吸附塔A進行吸附分離，分離后的產(chǎn)品氫氣通過KV2A氣動程控閥經(jīng)計量后進入氫氣緩沖罐；吸附塔吸附完畢后，KV1A、KV2A氣動程控閥關(guān)閉，KV4A氣動程控閥打開，分別向吸附塔C、D、E一、二、三次均壓，以回收塔內(nèi)的殘余H2。均壓結(jié)束后，KV4A氣動程控閥關(guān)閉，并打開KV3A和KS131氣動程控閥逆向放壓進行A塔吸附劑的再生，至塔內(nèi)壓力接近于常壓，解吸氣經(jīng)阻火器排入大氣；然后關(guān)閉KS131氣動程控閥，打開KS132、KS133氣動程控閥進行真空解吸至規(guī)定時間結(jié)束。真空解吸結(jié)束后，關(guān)閉KV3A氣動程控閥，并打開KV6A氣動程控閥，分別在規(guī)定時間內(nèi)由B、C、D三塔對A塔進行一、二、三次升壓；然后關(guān)閉KV6A氣動程控閥，并打開KV5A氣動程控閥對A塔進行終充壓。終充壓結(jié)束后A塔進入下一輪吸附分離過程。
其它四塔吸附過程與此相同。
五個塔的吸附順序依A、B、C、D、E分別進行。五塔依次吸附一次則一輪循環(huán)結(jié)束。每一輪循環(huán)共有20個步序，每一步序的時間可通過計算機輸入并修改。吸附時間的修改，由技術(shù)人員根據(jù)工藝對產(chǎn)品氫氣的純度的要求進行修改，其他任何人不得擅自修改操作參數(shù)。
在運行過程中，由于種種原因可能導(dǎo)致產(chǎn)品氫氣不合格。經(jīng)再線氫氣分析儀檢測發(fā)現(xiàn)后，須通過操縱進氫氣緩沖罐前的放空閥K203進行限流放空，直至合格為止，然后繼續(xù)進氫氣緩沖罐。
氫氣系統(tǒng)運行要點（摘錄于GB4962-85《氫氣使用技術(shù)規(guī)程》第四章）
1. 輸入系統(tǒng)的氫氣中含氧量不得超過0.5％；
2. 氫氣系統(tǒng)運行時，不準敲擊，不準帶壓修理和緊固，不得超壓，嚴禁負壓。
3. 管道、閥門凍結(jié)時，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴禁使用明火烘烤。
4. 設(shè)備、管道和閥門等連接點泄漏檢查，可采用肥皂水或攜帶式可燃氣體防爆檢測儀，禁止使用明火。
5. 不準在室內(nèi)排放氫氣、吹洗置換。放空降壓，通過放空管排放。
6. 當(dāng)氫氣發(fā)生大量泄漏或積聚時，應(yīng)立即切斷氣源，進行通風(fēng)，不得進行可能發(fā)生火花的一切操作。
7.新安裝或大修后的氫氣系統(tǒng)做耐壓試驗、清洗和氣密性試驗，符合有關(guān)的檢驗要求，才能投入使用。
8. 氫氣系統(tǒng)吹洗置換，一般可采用氮氣（或其它惰性氣體）置換。
⑴. 氮氣中氧含量不超過0.5％。
⑵. 置換防止死角未殘留余氣。
⑶. 置換結(jié)束，系統(tǒng)內(nèi)氧含量三次分析合格。
9. 氫氣系統(tǒng)動火檢修，系統(tǒng)內(nèi)部和動火區(qū)域的氫氣含量不超過0.4％。
10. 防止明火和其它激發(fā)能源，禁止使用電爐、電鉆、火爐、噴燈等一切產(chǎn)生明火、高溫的工具余熱物體；不得攜帶火種進入禁火區(qū)；選用銅質(zhì)或包銅合金工具；穿棉質(zhì)工作服和防靜電鞋。