商洛变压吸附提氢原理气体回收变压吸附提氢

商洛变压吸附提氢原理气体回收变压吸附提氢

本装置采用气相吸附工艺，因此，原料气不含有任何液体或固体。在启动和运转这套装置之前，要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书，因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。
本说明书中涉及到的压力均为表压，组分浓度均为摩尔百分数，流量除标注外均为标准状态下的流量。
工作原理和过程实施
本装置采用变压吸附（PSA）分离气体的工艺，从甲醇重整气（包括各种含氢气体）中提取氢气。其原理是利用所采取的吸附剂对不同吸附质的选择吸附和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在吸附剂选择吸附条件下，将原料气在压力下通过吸附床层，高压吸附除去原料中杂质组分，低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。小分子的氢气不被吸附而通过吸附床层,达到氢和杂质组分的分离, 得到产品氢气。
整个操作过程是在环境温度下进行。

吸附剂的再生是通过三个基本步骤来完成的:
1.吸附塔压力降至低压
先是顺着吸附的方向进行降压（以下简称均压），此时有一部分吸附剂仍处于吸附状态；
２.逆向放压
逆向放压时，被吸附的杂质部分从吸附剂中解吸，并被排出吸附塔；
３.升压
吸附塔升压至吸附压力，以准备再次对原料气进行分离。
本装置采用五塔三次均压变压吸附过程，即每个吸附塔在一次循环中均需要经历吸附（Ａ）、一次均压（1ED）、二次均压（2ED）、三次均压（3ED）、逆向放压（D）、真空解吸（V）、一次升压（3ER）、二次升压（2ER）、三次升压（1ER）以及终升压（FR）等十个步骤。五个吸附塔在执行程序的时间安排上相互错开，构成一个闭路循环，以原料连续输入和产品不断输出
整个过程主要由33个气动程控阀来实现（见五塔吸附工艺流程图）
程控阀的功能说明如下：
KV1——各塔进料阀
KV2——各塔产品输出阀
KV3——各塔逆向放压阀
KV4——各塔均压阀
KV5——各塔终充阀
KV6——各塔升压阀
K201——终升压调节阀
K202——均压调节阀

现以A塔为例对工作进行说明：
1.吸附（A）
原料气通过气动程控阀KV1A进入A塔，A塔在工作压力下吸附流入原料气中的杂质组分，未被吸附的产品组分H2，通过KV2A流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，少部分通过调节阀K201和气动程控阀KV5B对B塔进行终升压。吸附过程直至输出产品杂质浓度超过规定值是结束。
2.降压平衡（1ED），简称一次均压
操纵气动程控阀KV1A和气动程控阀KV2A，切断进、出A塔原料气，同时操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6C，使A塔与刚结束一次升压步骤的C塔出口端相连，实行次压力平衡，均压后A、C塔压力基本相等，回收了A塔死空间的H2。
3. 降压平衡（2ED），简称二次均压
操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6D，使A塔与已结束一次升压步骤的D塔出口端相连，实行第二次压力平衡，直至A、D两塔压力基本相等，又一次回收了A塔死空间的H2。
4. 降压平衡（3ED），简称三次均压
操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6E，使A塔与刚结束真空解吸的E塔出口端相连，实行第三次压力平衡，直至A、E两塔压力基本相等，又一次回收了A塔死空间的H2。
5.逆向放压（D），简称逆放
操纵气动程控阀KV3A和气动程控阀KS131，使A塔内剩余的气体从塔的端排出放空，A塔进行解吸（脱附）。
6. 真空解吸（V）
A塔逆放后，常压下残存于分子筛内的杂质组分不易排出。此时通过操纵气动程控阀KV3A（开）和气动程控阀KS131（关）、气动程控阀KS132（开）、气动程控阀KS133（开），使A塔内残存的气体由真空泵从塔的端抽出放空，对A塔进行真空解吸。
7. 一次升压（3ER）
真空解吸结束后，操纵气动程控阀KV3A使A塔处于关闭状态；再通过操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4B利用B塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等此时回收了B塔死空间的H2，同时完成对A塔的一次升压。
8. 二次升压（2ER）
一次升压结束后，操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4C，利用C塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等，此时既回收了C塔死空间的H2，同时完成对A塔的二次升压。
9. 三次升压（1ER）
二次升压结束后，操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4D，利用D塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等，此时既回收了D塔死空间的H2，同时又完成对A塔的三次升压。
10. 终升压（FR）
A塔的终升压是利用产品气来进行的。操纵气动程控阀KV5A，使其与调节阀K201连通，E塔通过气动程控阀KV2E输出产品气，同时向A塔实行终充压，在规定时间内终升压使Ａ塔压力基本接近吸附压力。通过这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。
其它四个塔的操作步骤与Ａ塔相同，只不过在时间上是相互错开的。
同一时间内各塔依据吸附时序执行着不同步骤。
调节阀K102用于吸附塔均压流量的调节，使塔内压力在切换时达到规定值；调节阀K101用于终升压的流量调节，使其在切换时，升压压力接近吸附压力。
两调节阀配合气动程序控制阀和真空泵，按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不断净化原料气，输出合格产品气。
本装置还可通过程序设置实现四塔二次均压吸附过程，即：当五塔其中某一塔出现故障时，将其隔离；使用其它四塔继续正常生产。在此不详细叙述。

工艺流程介绍（见带控制点工艺流程图）
从甲醇重整系统来的重整气先通过KV1A气动程控阀进入吸附塔A进行吸附分离，分离后的产品氢气通过KV2A气动程控阀经计量后进入氢气缓冲罐；吸附塔吸附完毕后，KV1A、KV2A气动程控阀关闭，KV4A气动程控阀打开，分别向吸附塔C、D、E一、二、三次均压，以回收塔内的残余H2。均压结束后，KV4A气动程控阀关闭，并打开KV3A和KS131气动程控阀逆向放压进行A塔吸附剂的再生，至塔内压力接近于常压，解吸气经阻火器排入大气；然后关闭KS131气动程控阀，打开KS132、KS133气动程控阀进行真空解吸至规定时间结束。真空解吸结束后，关闭KV3A气动程控阀，并打开KV6A气动程控阀，分别在规定时间内由B、C、D三塔对A塔进行一、二、三次升压；然后关闭KV6A气动程控阀，并打开KV5A气动程控阀对A塔进行终充压。终充压结束后A塔进入下一轮吸附分离过程。
其它四塔吸附过程与此相同。
五个塔的吸附顺序依A、B、C、D、E分别进行。五塔依次吸附一次则一轮循环结束。每一轮循环共有20个步序，每一步序的时间可通过计算机输入并修改。吸附时间的修改，由技术人员根据工艺对产品氢气的纯度的要求进行修改，其他任何人不得擅自修改操作参数。
在运行过程中，由于种种原因可能导致产品氢气不合格。经再线氢气分析仪检测发现后，须通过操纵进氢气缓冲罐前的放空阀K203进行限流放空，直至合格为止，然后继续进氢气缓冲罐。
氢气系统运行要点（摘录于GB4962-85《氢气使用技术规程》第四章）
1. 输入系统的氢气中含氧量不得超过0.5％；
2. 氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。
3. 管道、阀门冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。
4. 设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或携带式可燃气体防爆检测仪，禁止使用明火。
5. 不准在室内排放氢气、吹洗置换。放空降压，通过放空管排放。
6. 当氢气发生大量泄漏或积聚时，应立即切断气源，进行通风，不得进行可能发生火花的一切操作。
7.新安装或大修后的氢气系统做耐压试验、清洗和气密性试验，符合有关的检验要求，才能投入使用。
8. 氢气系统吹洗置换，一般可采用氮气（或其它惰性气体）置换。
⑴. 氮气中氧含量不超过0.5％。
⑵. 置换防止死角未残留余气。
⑶. 置换结束，系统内氧含量三次分析合格。
9. 氢气系统动火检修，系统内部和动火区域的氢气含量不超过0.4％。
10. 防止明火和其它激发能源，禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具余热物体；不得携带火种进入禁火区；选用铜质或包铜合金工具；穿棉质工作服和防静电鞋。