鹽城變壓吸附提氫原理氣體回收變壓吸附提氫

本裝置為五塔PSA制氫裝置，它的關(guān)鍵部分由五個吸附塔（以下簡稱A、B、C、D、E塔）和33個氣動閥組成。另外，為提高氫氣回收率和氫氣純度，本系統(tǒng)配備了兩臺真空泵（一開一備）和一臺真空緩沖罐；在系統(tǒng)出口管道上裝有一臺壓力調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)、穩(wěn)定系統(tǒng)操作壓力。解析氣直接通過消聲阻火器放入大氣或輸入燃料系統(tǒng)作燃料。
故障與處理方法
發(fā)生故障是指外界條件供給失?；蛭较到y(tǒng)本身在運(yùn)行過程中操作失調(diào)某一部分失靈，引起產(chǎn)品純度下降。
在故障原因未查明前裝置不需停車，可繼續(xù)觀察，待故障查明后決定視情況而定。常見故障如下：
一、界外條件供給失常
1. 原料氣帶水
原料氣中的機(jī)械水進(jìn)入吸附塔會導(dǎo)致吸附劑逐漸失效。此時應(yīng)停車，檢查帶水原因及程度，做出相應(yīng)處理。
2. 停電
停電時，程控器無輸出，裝置處于停車狀態(tài)，可按第四章緊急停車處理。
3. 儀表空氣壓力下降
本裝置要求儀表空氣壓力不低于0.5MPa，否則氣動閥將無常操作。導(dǎo)致各吸附塔工作狀態(tài)混亂，產(chǎn)品質(zhì)量下降，此時應(yīng)停車處理。
二、操作失調(diào)
吸附系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程是否正常，關(guān)鍵是各吸附塔的再生狀況是否良好。系統(tǒng)操作失調(diào)會立即或逐步使塔的再生惡化。由于吸附過程是周期循環(huán)過程，因此只要其中一個吸附塔再生惡化，會很快波及和污染到其它吸附塔，終導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。
1. 原料處理量與循環(huán)時間
吸附塔內(nèi)的吸附劑對雜質(zhì)的吸附能力是定量的，一旦處理量改變，應(yīng)該對其吸附時間進(jìn)行調(diào)整。
原料處理量大，塔內(nèi)氣速則快，氣體容易穿透床層，應(yīng)縮短循環(huán)時間；
原料處理量小，塔內(nèi)氣速則慢，氣體不容易穿透床層，應(yīng)延長循環(huán)時間；
2. 順放氣量
吸附時間延長或縮短，而均壓閥K102未能及時調(diào)整，當(dāng)均壓氣量過多時，正在均壓得那個吸附塔的吸附提前突破，不僅污染了正升壓的那個吸附塔，也使均壓吸附塔本身出口部分吸附劑提前被污染，在實(shí)施二次、三次均壓時，被升壓的那個吸附塔污染更嚴(yán)重；均壓氣量過少，吸附塔的氫利用率降低，逆放初壓力偏高，，也會降低氫氣的回收率。
三、吸附系統(tǒng)故障
吸附系統(tǒng)故障是指在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中某一部分失靈，引起產(chǎn)品純度下降；工作程序混亂，嚴(yán)重的使裝置無法運(yùn)行。
可能發(fā)生的故障有以下幾種：
1. 故障現(xiàn)象：現(xiàn)場各塔的壓力指示與程控器顯示的工作狀態(tài)不一致，例如：該均壓的不均壓；均壓后兩個塔壓力同時上升；該逆放的不放空；均壓后的氣體全部放空；均壓塔的壓力不降等。
故障原因：程控閥該開的未開，該關(guān)的未關(guān)。
⑴、程控閥本身卡死
⑵、無輸出信號，使程控閥不動作
故障處理方法：
⑴、如屬于程控閥自身問題，為不影響生產(chǎn)，可先將其更換，拆下后將其進(jìn)行修理；
⑵、如程控閥不動作，可從控制管路開始查，其順序為：管路（包括氣源）   電磁閥   線路    程控機(jī)有無輸出，并做相應(yīng)處理。
2. 程控機(jī)故障
其故障表現(xiàn)在無信號輸出、程序不切換、停留于某一狀態(tài)或程序執(zhí)行紊亂。
出現(xiàn)此種情況時及時通知供應(yīng)商進(jìn)行維修。
四、產(chǎn)品純度的調(diào)整方法：
產(chǎn)品純度下降表明吸附塔在吸附步驟中雜質(zhì)祖墳以達(dá)到吸附塔的出口端，其原因主要是操作調(diào)節(jié)不當(dāng)，或是自控系統(tǒng)發(fā)生故障。一旦找出原因，經(jīng)處理后應(yīng)盡快恢復(fù)至正常操作狀態(tài)。調(diào)整的有效方法一是低負(fù)荷（小的處理量）運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間；二是縮短循環(huán)時間。如果二者結(jié)合起來更好，產(chǎn)品純度恢復(fù)更快。但注意縮短循環(huán)時間要均壓和終充所需的時間。

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(jìn)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(zhǔn)備再次對原料氣進(jìn)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(shí)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(jìn)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

變壓吸附系統(tǒng)啟動投運(yùn)
裝置啟動分初次開車和正常開車。初次開車前應(yīng)做好一系列準(zhǔn)備工作；而正常開車時只要按規(guī)定的操作步驟進(jìn)行啟動。
一、初次開車前的準(zhǔn)備工作：
在裝置安裝完畢后，對整個裝置應(yīng)進(jìn)行吹除和氣密性試驗，合格后對吸附塔裝填吸附劑。
用戶在使用前應(yīng)對程控系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查及調(diào)試，以整個裝置可隨時投入運(yùn)行。
在投入原料氣之前，還用干燥、無油的氮?dú)猓ɑ虺檎婵眨φ麄€裝置的設(shè)備和管道進(jìn)行置換，使氧含量降到0.5％以下，因為本裝置的原料氣、產(chǎn)品氣和解析氣均含有大量的氫氣，如果不預(yù)先將裝置內(nèi)的氧置換掉，那么在開車時容易引起爆炸燃燒。
二、投料啟動
在經(jīng)過整個裝置的工藝、儀表檢查及確定置換合格后，裝置已處于隨時可投料運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)裝置啟動前，先將計算機(jī)操作畫面置于變壓吸附自動-手動操作畫面，然后點(diǎn)擊自動操作按鈕，觀察變壓吸附系統(tǒng)處于哪一個工作狀態(tài)；再點(diǎn)擊手動操作按鈕，使變壓吸附系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。
吸附工序啟動步驟如下：
1.啟動空壓機(jī)，并將其壓力控制在0.6-0.7MPa；
2.開重整系統(tǒng)流量計旁通閥，關(guān)小重整氣放空閥，向變壓吸附系統(tǒng)充氣，并通過調(diào)節(jié)重整氣放空閥維持重整系統(tǒng)壓力；
3.開K201、K202閥；
4.點(diǎn)擊計算機(jī)變壓吸附系統(tǒng)自動操作按鈕，開始向吸附塔充氣；
5.開并調(diào)節(jié)吸附系統(tǒng)放空閥K203,維持吸附系統(tǒng)壓力在0.2-0.3MPa，進(jìn)行低壓運(yùn)行，調(diào)整并對系統(tǒng)進(jìn)行置換；
6.調(diào)節(jié)吸附系統(tǒng)放空閥K203,維持吸附系統(tǒng)壓力在0.6-0.7MPa，進(jìn)行中壓運(yùn)行，調(diào)整并對系統(tǒng)進(jìn)行置換；
7.調(diào)節(jié)吸附系統(tǒng)放空閥K203，維持吸附系統(tǒng)壓力在0.9-1.0MPa，在正常操作壓力下運(yùn)行，調(diào)整并對系統(tǒng)進(jìn)行置換；
8.啟動在線分析儀，對產(chǎn)品氣進(jìn)行分析，若合格即可將其切換進(jìn)入氫氣緩沖罐。
9.打開并設(shè)置氣體壓力調(diào)節(jié)閥在1.0MPa，將產(chǎn)品氣送入氫氣緩沖罐并對其進(jìn)行置換。置換氣由氫氣緩沖罐底部排污閥排出進(jìn)入大氣。
由于此時排出的氣體已基本是純氫了，操作中應(yīng)采取低壓、小量、多次的方式進(jìn)行，嚴(yán)防出現(xiàn)爆炸燃燒情況。
置換過程中，隨時調(diào)整重整氣放空閥和吸附系統(tǒng)放空閥，以控制兩套系統(tǒng)操作壓力，保持操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
裝置投入正常運(yùn)行后，產(chǎn)品流量計的工作壓力恒定在吸附工作壓力，故流量計不需要壓力變化的修正。流量計出廠時以將工作流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量，使用時可直接讀數(shù)。
產(chǎn)品純度：一個吸附塔具有吸附雜質(zhì)的能力（即在一個吸附—再生循環(huán)里能提純一定數(shù)量的原料氣）。所以循環(huán)時間過長或原料氣流量過大，產(chǎn)品純度會下降；循環(huán)時間過短，原料氣流量過小，產(chǎn)品純度很高，會引起床層未能充分利用，使產(chǎn)品組分的損失。本裝置通過調(diào)整循環(huán)時間的方法可生產(chǎn)出不同純度的產(chǎn)品，其純度控制范圍通常控制在98—99.99％之間。
裝置的回收率：本裝置不同純度的產(chǎn)品氣，對應(yīng)著不同的回收率。產(chǎn)品純度越高，產(chǎn)品組分的回收率越低。所以在操作中不應(yīng)單純追求產(chǎn)品的純度，需要根據(jù)實(shí)際需要出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)募兌纫垣@得較高的效益。本裝置采用三次均壓，即多了一次產(chǎn)品氣死體積的回收，其回收率得到較大提高，一般情況下，可達(dá)到85—90％。
以上介紹的裝置啟動步驟，適合裝置的次開車和停車時間較長后再啟動時使用。如停車時間較短，啟動時可加快升壓速度。

現(xiàn)以A塔為例對工作進(jìn)行說明：
1.吸附（A）
原料氣通過氣動程控閥KV1A進(jìn)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(jìn)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(jìn)、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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(dá)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(shí)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(xì)敘述。
生產(chǎn)是關(guān)系到人的生命、財產(chǎn)的大事，是的根本性政策，也是一項群眾性的工作。因此操作人員應(yīng)該掌握有關(guān)的生產(chǎn)基本知識，自覺遵守有關(guān)的規(guī)章制度、文明生產(chǎn)。
本裝置產(chǎn)品為氫氣，按GB4968-85火災(zāi)分類法屬C類火災(zāi)；按火災(zāi)危險性分類的規(guī)定，本界區(qū)為甲類；按爆炸危險場所劃分的規(guī)定，本界區(qū)設(shè)備和程控閥布置區(qū)為Q－3級場所（正常情況下不能形成、在不正常情況下形成爆炸性混合物可能性較小的場所）。