1、变压吸附提氢装置操 作 手 册（ 成 都 华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 编 制 ）一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司1目录序 言 .3第一章 概述 .4第一节 前言 .4第二节 装置概貌 .62.1 装置规模 .62.2 装置组成 .62.3 工艺流程 .62.4 非标设备设备一览表 .6第三节 设计基础 .83.1 原料气规格 .83.2 产品规格 .8第二章 工艺过程说明 .10第一节 吸附工艺原理 .101.1 基本原理 .101.2 吸附剂及吸附力 .101.3 吸附平衡 .141.4 工业吸附分离流程及其相关参数 .151.5 工业吸附
2、分离流程的主要工序 .18第二节 工艺流程说明 .192.1 流程简述 .192.2 工艺步序说明 .212.3 控制功能说明 .242.4 工艺参数的设定 .282.5 报警、联锁功能说明 .35第三章 装置的操作 .36第一节 装置的开车 .361.1 首次开车准备 .36一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司21.2 首次开车 .391.3 正常开车步骤 .401.4 开车阶段的调整 .40第二节 装置的运行 .412.1 产品纯度的调整 .412.2 装置参数的调节 .412.3 吸附塔的切除 .422.4 操作注意事项 .43第三节 装置的停车 .4
3、43.1 正常停车 .443.2 紧急停车 .443.3 临时停车 .44第四章 安全规程 .495.1 概要 .495.2 超压保护 .495.3 安全阀 .505.4 废气处理 .505.5 火灾防护 .505.6 进入容器前的安全准备工作 .525.7 其它安全措施 .53一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司3序 言本 操 作 手 册 是 成 都 华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 专 为 内 蒙 庆 华 集 团 内 蒙 煤 化 有 限 公 司13000Nm3/hH 2 装置 编 写 的 。 用 于 向 自 控 人 员 提 供 编 程 组 态 的
4、依 据 和 向 装 置 操 作人 员 提 供 正 确 的 操 作 步 骤 ， 以 及 预 防 和 处 理 事 故 的 方 法 。本 装 置 是 采 用 变 压 吸 附 （ 简 称 PSA） 法 从 甲 醇 驰 放 气 中 提 纯 氢 气 的 成 套 装 置 。 在启 动 和 运 行 本 装 置 前 ， 要 求 操 作 人 员 透 彻 地 阅 读 本 操 作 手 册 及 相 关 图 纸 。 因 为 ， 不 适 当 的操 作 会 导 致 运 行 性 能 低 劣 、 产 品 不 合 格 ， 甚 至 吸 附 剂 损 坏 或 造 成 安 全 事 故 。本 操 作 手 册 不 可 能 对 装 置 的 所
5、有 操 作 及 安 全 防 护 措 施 作 完 全 描 述 。 如 有 疑 问 ， 成 都华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 的 技 术 服 务 人 员 将 在 操 作 人 员 培 训 期 间 给 予 解 答 。 同 时 ， 在 任 何情 况 下 ， 装 置 操 作 人 员 均 应 遵 守 石 化 行 业 和 本 工 厂 的 其 它 有 关 安 全 、 劳 动 保 护 、 事 故 预 防及 生 产 管 理 的 规 定 。成 都 华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 保 留 用 开 工 和 生 产 阶 段 所 测 数 据 对 本 操 作 手 册 进 行 补 充的 权 利 。本 操 作 手
6、册 中 的 内 容 及 技 术 数 据 属 成 都 华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 技 术 机 密 。 未 经 成都 华 西 工 业 气 体 有 限 公 司 许 可 ， 用 户 有 义 务 限 制 本 操 作 手 册 只 向 买 方 的 操 作 及 维 护 人 员提 供 。本 装 置 设 计 的 原 始 数 据 由 内 蒙 庆 华 集 团 内 蒙 煤 化 有 限 公 司 提 供 ， 并 在 设 计 过 程 给予 了 大 力 支 持 和 帮 助 。 在 此 ， 致 以 特 别 的 谢 意 ！一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司4第一章 概述第一节 前言
7、吸附分离是一门古老的学科。早在数千年前，人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选择性较差，因而难于大规模用于现代工业。变压吸附(PIessure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为大型化工工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程，是在本世纪六十年代迅速发展起来的。这一方面是由于随着世界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，以及各国对环境污染的治理要求也越来越高，使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益受到重视；另一方面，六十年代以来，吸附剂也有了重大发
8、展，如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功，活性炭、活性氧化铝和硅胶吸附剂性能的不断改进，以及 ZSM 特种吸附剂和活性炭纤维的发明，都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。由于变压吸附(PSA)气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的，因而再生速度快、能耗低，属节能型气体分离技术。并且，该工艺过程简单、操作稳定、对于含多种杂质的混合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品。因而近三十年来发展非常迅速，已广泛应用于含氢气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氩气和烃类的制取、各种气体的无热干燥等。而其中变压吸附制取纯氢技术的发展尤其令人瞩目。自一九六二年美国联合碳化物公司(
9、UCC)第一套工业 PSA 制氢装置投产以来，UCC 公司、Haldor Topsoe 公司、Linder 公司等已先后向各国提供了近千套变压吸附制氢装置，装置的处理能力最大已达 100000Nm3/h 以上。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特别是在PSA 装置大型化技术方面较为落后，以至在七、八十年代，我国的大型变压吸附装置完全依赖进口。为改变这种状况，我们进行了坚持不懈的努力，终于成功地完成了变压吸附计算机集成液压操纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀的开发工作，并合作研制成功了比国外制氢分子筛吸附容量更大、强度更高的新型 5A 制氢分子筛。实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突
10、破。自九十年代中期，成都华西化工科技股份有限公司通过招标承包设计、建设了我国最大的 PSA 制氢装置“ 茂名石化公司 1105Nm3/h 重整氢 PSA 制氢装置” 以后，国内技术在中国PSA 制氢领域已基本完全替代了国外技术，并首次实现了大型变压吸附制氢装置的出口，承一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司5包设计、建设了“ 苏丹喀土穆炼油厂 11000Nm3/h 催化干气 PSA 制氢装置”。这标志着我国的PSA 制氢技术已达到世界先进水平。一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司6第二节 装置概貌2.1 装置规模装置设计产氢
11、能力： 13000Nm3/h装置设计操作弹性： 30110%2.2 装置组成本装置由一台原料气缓冲罐、8 台吸附塔、一台产品气缓冲罐、一台顺放气缓冲罐、一台富氮气缓冲罐、一台逆放气缓冲罐、一台解析气缓冲罐以及配套程控阀门构成。2.3 工艺流程见所附工艺原理流程图2.4 非标设备及动力设备一览表序号 名 称 位 号 操作条件 填料种类操 作介 质数量(台)1 吸附塔 T101AHGL-H2 活性氧化铝HXSI-01 吸附剂HXBC-15B 吸附剂HX5A-98H 吸附剂甲醇驰放气82 原料气分液罐 V101 原料气 13 顺放气缓冲罐 V102 氢气 14 产品气缓冲罐 V103 解吸气 15
12、富氮气缓冲罐 V106 解吸气 16富炭逆放气缓冲罐V104 解吸气 17富炭逆放气缓冲罐V105 ） 解吸气 1一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司7第三节 设计基础3.1 原料气规格PSA 制氢装置是为在特定压力下从特定的组分中提取氢气而设计的。在不同的原料气条件下吸附参数应作相应的调整以保证产品的质量，同时产品氢收率也将随原料而变化。另外，只有在设计条件下操作时，装置才能按设计的物料平衡将原料气分成产品氢和富CO 气。当原料气条件变化时，物料平衡也将发生相应的变化。在原料气条件不变的情况下，所有的调节均可由计算机自动完成。本装置设计的原料气为：甲醇驰放
13、气。其详细规格如下（mol%）：压力： 4.05.4Mpa.减压到 2.2MPa温度： 40流量: 2000025000Nm 3/h组成（V%）：组分 % 参数名称 H2 CH4 CO CO2 N2 硫 H2O驰放气 65-68 5-8 3-5 5-8 10-15 0.1ppm 1.03.2 产品规格本装置的主要产品为氢气，用作加油品加工及合成氨；副产品为解吸气，压缩回收。在实际生产中，产品氢的纯度可通过改变 PSA 装置的操作条件进行调节，而解吸气的组成也会随原料气和产品气的不同而略有不同。 以下为设计的产品气规格：（1）产品氢气：H299.9%（体积比） ；CO+CO215ppm；气体压力
14、：2.15Mpa 温度：40一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司8气量：13000Nm 3/h（2）富碳气气量：3862Nm 3/h 纯度：N28%气体压力：0.05Mpa 温度：40（2）顺放气流量：7069 Nm3/h气体压力：0.08Mpa 温度：40第二章 工艺过程说明第一节 吸附工艺原理1.1 基本原理吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大
15、类，即：化学吸着、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。其解吸过程一般也较困难。一步法 PSA 分离 CO 和 H2 装置 成都华西化工科技股份有限公司9毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸气时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。一般需加热才能完全再生。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附
16、是完全可逆的。PSA 制氢装置中的吸附主要为物理吸附。1.2 吸附剂及吸附力工业 PSA 制氢装置所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。1.2.1 本装置所用吸附剂的特性如下：1).GL-H2 吸附剂在大型 PSA 氢提纯中的应用结果表明：我公司的 GL-H2 吸附剂对 H2O 均有很高的吸附能力，同时再生非常容易，并且该吸附剂还具有很高的强度和稳定性，因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂。2).HX
17、SI-01 吸附剂本装置所用 PSA 专用硅胶属于一种高空隙率的无定型二氧化硅，化学特性为惰性，无毒、无腐蚀性.其中规格为 3-5球状的硅胶装填于吸附塔的中底部，用于改善气流分布、脱除水、部分二氧化碳等。3).HXBC-15B 吸附剂本装置所用活性炭是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。本装置所用活性炭规格为 1.5条状，装填于吸附塔中部主要用于脱除烃类组分、甲烷及部分氮气。4) . HX5A-98H 吸附剂本装置所用的分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，型号为 5A，规格为 2-3球状，无毒，无腐蚀性。5A 分子筛不仅有着较大的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为 0.5nm。5A 分子筛是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于吸附塔的中上部，用于脱除甲烷和氮气，保证最终的产品纯度。1.2.2 吸附剂的处理
