江蘇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(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)這套裝置之前，要求操作人員透徹地閱讀本操作運(yùn)行說(shuō)明書(shū)，因?yàn)椴贿m當(dāng)?shù)牟僮鲿?huì)導(dǎo)致運(yùn)行性能低劣和吸附劑的損壞。
本說(shuō)明書(shū)中涉及到的壓力均為表壓，組分濃度均為摩爾百分?jǐn)?shù)，流量除標(biāo)注外均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量。
現(xiàn)以A塔為例對(duì)工作進(jìn)行說(shuō)明：
1.吸附（A）
原料氣通過(guò)氣動(dòng)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(guò)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(guò)調(diào)節(jié)閥K201和氣動(dòng)程控閥KV5B對(duì)B塔進(jìn)行終升壓。吸附過(guò)程直至輸出產(chǎn)品雜質(zhì)濃度超過(guò)規(guī)定值是結(jié)束。
2.降壓平衡（1ED），簡(jiǎn)稱一次均壓
操縱氣動(dòng)程控閥KV1A和氣動(dòng)程控閥KV2A，切斷進(jìn)、出A塔原料氣，同時(shí)操縱氣動(dòng)程控閥KV4A和氣動(dòng)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(jiǎn)稱二次均壓
操縱氣動(dòng)程控閥KV4A和氣動(dòng)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(jiǎn)稱三次均壓
操縱氣動(dòng)程控閥KV4A和氣動(dòng)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(jiǎn)稱逆放
操縱氣動(dòng)程控閥KV3A和氣動(dòng)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(shí)通過(guò)操縱氣動(dòng)程控閥KV3A（開(kāi)）和氣動(dòng)程控閥KS131（關(guān)）、氣動(dòng)程控閥KS132（開(kāi)）、氣動(dòng)程控閥KS133（開(kāi)），使A塔內(nèi)殘存的氣體由真空泵從塔的端抽出放空，對(duì)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(dòng)程控閥KV3A使A塔處于關(guān)閉狀態(tài)；再通過(guò)操縱氣動(dòng)程控閥KV6A和氣動(dòng)程控閥KV4B利用B塔降壓平衡后的氣體，對(duì)A塔進(jìn)行壓力平衡，直至兩塔壓力相等此時(shí)回收了B塔死空間的H2，同時(shí)完成對(duì)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(dòng)程控閥KV6A和氣動(dòng)程控閥KV4C，利用C塔降壓平衡后的氣體，對(duì)A塔進(jìn)行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時(shí)既回收了C塔死空間的H2，同時(shí)完成對(duì)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(dòng)程控閥KV6A和氣動(dòng)程控閥KV4D，利用D塔降壓平衡后的氣體，對(duì)A塔進(jìn)行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時(shí)既回收了D塔死空間的H2，同時(shí)又完成對(duì)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(lái)進(jìn)行的。操縱氣動(dòng)程控閥KV5A，使其與調(diào)節(jié)閥K201連通，E塔通過(guò)氣動(dòng)程控閥KV2E輸出產(chǎn)品氣，同時(shí)向A塔實(shí)行終充壓，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)終升壓使Ａ塔壓力基本接近吸附壓力。通過(guò)這一步驟后，再生過(guò)程全部結(jié)束，緊接著便進(jìn)行下一次循環(huán)。
其它四個(gè)塔的操作步驟與Ａ塔相同，只不過(guò)在時(shí)間上是相互錯(cuò)開(kāi)的。
同一時(shí)間內(nèi)各塔依據(jù)吸附時(shí)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(shí)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(shí)，升壓壓力接近吸附壓力。
兩調(diào)節(jié)閥配合氣動(dòng)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(guò)程能不斷凈化原料氣，輸出合格產(chǎn)品氣。
本裝置還可通過(guò)程序設(shè)置實(shí)現(xiàn)四塔二次均壓吸附過(guò)程，即：當(dāng)五塔其中某一塔出現(xiàn)故障時(shí)，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。

工作原理和過(guò)程實(shí)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(duì)不同吸附質(zhì)的選擇吸附和吸附劑對(duì)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(guò)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(guò)吸附床層,達(dá)到氫和雜質(zhì)組分的分離, 得到產(chǎn)品氫氣。
整個(gè)操作過(guò)程是在環(huán)境溫度下進(jìn)行。

吸附劑的再生是通過(guò)三個(gè)基本步驟來(lái)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(jiǎn)稱均壓），此時(shí)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(shí)，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(duì)原料氣進(jìn)行分離。
本裝置采用五塔三次均壓變壓吸附過(guò)程，即每個(gè)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(gè)步驟。五個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的時(shí)間安排上相互錯(cuò)開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)閉路循環(huán)，以原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出
整個(gè)過(guò)程主要由33個(gè)氣動(dòng)程控閥來(lái)實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)五塔吸附工藝流程圖）
程控閥的功能說(shuō)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(dòng)投運(yùn)
裝置啟動(dòng)分初次開(kāi)車(chē)和正常開(kāi)車(chē)。初次開(kāi)車(chē)前應(yīng)做好一系列準(zhǔn)備工作；而正常開(kāi)車(chē)時(shí)只要按規(guī)定的操作步驟進(jìn)行啟動(dòng)。
一、初次開(kāi)車(chē)前的準(zhǔn)備工作：
在裝置安裝完畢后，對(duì)整個(gè)裝置應(yīng)進(jìn)行吹除和氣密性試驗(yàn)，合格后對(duì)吸附塔裝填吸附劑。
用戶在使用前應(yīng)對(duì)程控系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查及調(diào)試，以整個(gè)裝置可隨時(shí)投入運(yùn)行。
在投入原料氣之前，還用干燥、無(wú)油的氮?dú)猓ɑ虺檎婵眨?duì)整個(gè)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?yàn)楸狙b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(kāi)車(chē)時(shí)容易引起爆炸燃燒。
二、投料啟動(dòng)
在經(jīng)過(guò)整個(gè)裝置的工藝、儀表檢查及確定置換合格后，裝置已處于隨時(shí)可投料運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)裝置啟動(dòng)前，先將計(jì)算機(jī)操作畫(huà)面置于變壓吸附自動(dòng)-手動(dòng)操作畫(huà)面，然后點(diǎn)擊自動(dòng)操作按鈕，觀察變壓吸附系統(tǒng)處于哪一個(gè)工作狀態(tài)；再點(diǎn)擊手動(dòng)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(dòng)步驟如下：
1.啟動(dòng)空壓機(jī)，并將其壓力控制在0.6-0.7MPa；
2.開(kāi)重整系統(tǒng)流量計(jì)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(guò)調(diào)節(jié)重整氣放空閥維持重整系統(tǒng)壓力；
3.開(kāi)K201、K202閥；
4.點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)變壓吸附系統(tǒng)自動(dòng)操作按鈕，開(kāi)始向吸附塔充氣；
5.開(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置換；
8.啟動(dòng)在線分析儀，對(duì)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(kāi)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(duì)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(shí)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(guò)程中，隨時(shí)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(jì)的工作壓力恒定在吸附工作壓力，故流量計(jì)不需要壓力變化的修正。流量計(jì)出廠時(shí)以將工作流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量，使用時(shí)可直接讀數(shù)。
產(chǎn)品純度：一個(gè)吸附塔具有吸附雜質(zhì)的能力（即在一個(gè)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)或原料氣流量過(guò)大，產(chǎn)品純度會(huì)下降；循環(huán)時(shí)間過(guò)短，原料氣流量過(guò)小，產(chǎn)品純度很高，會(huì)引起床層未能充分利用，使產(chǎn)品組分的損失。本裝置通過(guò)調(diào)整循環(huán)時(shí)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?？刂圃?8—99.99％之間。
裝置的回收率：本裝置不同純度的產(chǎn)品氣，對(duì)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(dòng)步驟，適合裝置的次開(kāi)車(chē)和停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)后再啟動(dòng)時(shí)使用。如停車(chē)時(shí)間較短，啟動(dòng)時(shí)可加快升壓速度。
生產(chǎn)基本注意事項(xiàng)
1. 操作人員按操作手冊(cè)規(guī)定操作，凡新來(lái)人員經(jīng)過(guò)教育和操作法學(xué)習(xí)。未經(jīng)技術(shù)和操作法考試合格者，不準(zhǔn)進(jìn)行立操作。
2. 操作人員在上班時(shí)著裝整齊，不準(zhǔn)攜帶易燃易爆物品進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格遵守勞動(dòng)紀(jì)律，嚴(yán)格進(jìn)行交接班，嚴(yán)格進(jìn)行巡回檢查，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定。
3. 本裝置界區(qū)內(nèi)應(yīng)隨時(shí)保持清潔，不應(yīng)堆有易燃易爆物質(zhì)，尤其在交通要道上不得堆放物品，交通要道暢通。
4.本裝置界區(qū)內(nèi)應(yīng)置有消防器材，操作人員應(yīng)知道消防器材的放置地點(diǎn)和使用方法，平時(shí)嚴(yán)禁亂動(dòng)；消防器材每年定期檢查。
5.設(shè)備在未卸去壓力時(shí)，禁止修理工作有焊接、擰緊螺絲，并禁止使用鐵器敲擊設(shè)備。
6. 設(shè)備使用的壓力表檢驗(yàn)合格并打上鉛封。如壓力表指針不回零或誤差大于其級(jí)數(shù)時(shí)，不得繼續(xù)使用。每年校驗(yàn)壓力表一次，并打上鉛封。
7. 嚴(yán)禁在本裝置區(qū)內(nèi)吸煙和動(dòng)火。凡有爆炸及燃燒氣體的容器和管道檢修需動(dòng)火前，應(yīng)報(bào)請(qǐng)廠相關(guān)部門(mén)同意，先用氮?dú)庵脫Q、吹掃后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析合格，并采取了措施，領(lǐng)取動(dòng)火證后方可動(dòng)火。
沒(méi)有批準(zhǔn)動(dòng)火證，不與生產(chǎn)系統(tǒng)隔離，不進(jìn)行清洗置換合格，不把易燃易爆物，不按時(shí)做動(dòng)火分析，沒(méi)有消防措施及無(wú)人監(jiān)護(hù)，嚴(yán)格禁止動(dòng)火。
8. 確保設(shè)備、管道、閥門(mén)的氣密性，檢修后還應(yīng)試漏、置換，合格后方能開(kāi)車(chē)。使用過(guò)程中應(yīng)杜絕氣體泄漏現(xiàn)象。
9. 儀表系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)由儀表人員進(jìn)行修理。儀表人員應(yīng)與工藝操作人員密切配合，在停車(chē)檢修后再啟動(dòng)時(shí)，注意吸附塔內(nèi)的壓力，以防發(fā)生高壓逆放現(xiàn)象。