PSA操作法

内蒙古康乃尔一期30万吨/年乙二醇项目配套冷箱尾气PSA制氢装置操作运行说明书（1403）四川天一科技股份有限公司变压吸附分离工程研究所2014年6月2.0装置概况2.1物流2.1.1原料气2.1.1.1原料气组成组分H2ArN2CH4CO∑组成V%82.910.04390.510.015116.521002.1.1.2原料气流量：88863.54Nm³/h2.1.1.3原料气压力：2.6–2.9MPa（G）2.1.1.4原料气温度：32℃2.1.2产品气2.1.2.1产品气氢气组成：H2≥99.9%（v%），CO+CO2≤100ppm，N2+Ar≤0.05%，Q2≤30ppm，H2O≤5ppm，总S≤0.1ppm。2.1.2.2产品氢气压力：2.55–2.85MPa（G）2.1.2.3产品氢气温度：≤40℃2.1.2.4产品氢气流量：66375.46Nm³/h2.1.3解吸气2.1.3.1解吸气压力：≥0.05MPa（G）2.1.3.2解吸气温度：≤40℃2.1.3.3解吸气流量：22488.08Nm³/h2.2工艺原理及方法提纯氢气的原料气中主要组分是H2，其它杂质组分是CO、N2和C1等组分，本装置采用变压吸附技术（PressureSwingAdsorption，简称PSA）从原料气中分离除去杂质组分获得提纯的氢气产品。变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面能对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和加压下吸附量增加（吸附组分）、减压下吸附量减小（解吸组分）的特性。将原料气在一定压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于下一次再进行吸附分离杂质。这种加压下吸附杂质提纯氢气，减压下解吸杂质使吸附剂再生的循环便是变压吸附过程。在变压吸附过程中吸附床内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压实现的。采用的方法是：降低吸附床压力（泄压）冲洗解吸真空解吸真空解吸；根据实验测定的吸附等温线，通过逆放泄压后，吸附床扔有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。在此利用抽真空不断降低杂质压力使杂质解吸。经一定程度抽真空后，床层内杂质吸留量降低到过程的最低量。冲洗解吸：床层逆放泄压后，用一部分产品气对吸附床层进行冲洗，使吸附剂再生彻底。本装置采用的方法是：泄压+冲洗解吸2.3工艺设备本装置配置的主要工艺设备：设备名称位号数量（台）用途吸附器C32001A-J10吸附原料气中的杂质组分顺放气缓冲罐V32001A-B2提高再生气冲洗效率解吸气缓冲罐V320021缓解解吸气压力波动解吸气混合罐V320031稳定解吸气压力气液分离罐S320011分离原料气中的游离水2.4工艺流程本装置PSA–H2工艺流程框图：原料气（点①）进入由十台吸附器（C32001A–J）组成的变压吸附系统。变压吸附系统中原料气由入口端自下而上通过正处于吸附步骤的吸附器，器内装填的吸附剂吸附重整气中的强吸附组分，弱吸附的氢组分作为产品气从出口端流出输出界外（点②）。解吸气由塔底排出后送出界外（点③）。①原料气②产品气③解吸气PSA–H22.5装置运行方式本装置可在下列运行方式中进行操作：运行方式在线吸附床数同时执行吸附步骤的吸附床数均压次数吸附床再生步骤10-2-5/P1025冲洗9-2-4/P924冲洗8-2-3/P823冲洗2.6工艺工程原料气在2.6-2.9MPa送入PSA-H2系统脱除杂质，氢气纯度≥99.9%后，送入后工段。PSA-H2工段运行方式采用10-2-5/P，即总塔数为10塔，2塔同时进料吸附，另外8塔分别处于再生的不同步骤，5级均压、冲洗再生工艺。每个塔经历吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、四均降（E4D）、五均降（E5D）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、五均升（E5R）、四均升（E4R）、三均升（E3R）、二均升（E2R）、一均升（E1R）、最终升压（FR）十五个步骤。3.0变压吸附工艺步骤本装置中变压吸附系统主要由10台吸附器、88台程序控制阀及数台调节阀通过管线链接构成。图中的设备和程控阀的位号是简化代号，在本说明书叙述时仍以附工艺流程图中的方式表示。每台吸附器与8台程控阀相连，入口端链接2台、出口端链接6台。程控阀位号的编制说明如下：3.110-2-5/P运行方式3.1.1工艺步骤以10-2-5/P方式运行时，其中两台吸附器处于原料气、产出氢气的吸附步骤，其余八台吸附器处于吸附剂再生的不同步骤。每个吸附器经历相同的步骤程序，以表3-1方式排列，即可达到原料气不断输入、产品气连续稳定输出。32KV00iXX塔的编号：从A到J阀门功能（说明）1原料气进口阀3逆放阀2产品气出口阀5一均/终冲阀4二均/三均阀程序控制切换阀8冲洗阀7顺放阀6四均/五均阀工序号：32表3-110-2-5/P运行方式分周期12345678910压力MPa2.82.341.881.410.950.490.190.030.030.490.951.411.882.342.8时间s18030303030303030303030303030303030吸附器C32001AAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRC32001BE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RC32001CE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RC32001DE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPC32001EPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPC32001FDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DE5DPPC32001GE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DC32001HE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DC32001IE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAAAAC32001JAAE1DE2DE3DE4DE5DPPDPPPE5RE4RE3RE2RE1RFRAA3.1.2过程说明现以吸附器C32001A在10-2-5/P工艺一次循环内经历十五个步骤为例，对本装置变压吸附工艺过程进行说明。吸附（A）开启程控阀32KV001A和32KV002A（关闭与吸附器C32001A相连的其它阀门，下同）原料气由程控阀32KV001A进入并自下而上通过吸附器C32001A，原料气中的杂质组分被吸附、分离，获得的氢气通过阀32KV001A流出。当被吸附杂质的吸附前沿（指产品中允许的最低杂质浓度）移动到吸附器一定位置时，关闭32KV001A和32KV002A，停止原料气进入和产品气输出。此时吸附器中的吸附前沿至出口端之间有一段未吸附杂质的吸附剂。过程压力：2.8MPa执行时间：180s第一级压力均衡降（简称一均降、E1D）开启程控阀32KV005A和32KV005D。吸附器C32001A吸附步骤停止后，与刚结束二均升步骤的吸附器C32001D以出口端相连进行第一级压力均衡，均压过程中吸附器C32001A的吸附前沿朝出口端方向推进，当两台吸附器压力基本相等时，关闭阀32KV005A，继续开启阀32KV005D，用于吸附器C32001D下一步骤终充。吸附器C32001A一均降步骤结束。过程压力：由2.8MPa下降至2.34MPa执行时间：30s第二级压力均衡降（简称二均降、E2D）开启程控阀32KV004A。吸附器C32001A一均降步骤停止后，开启程控阀32KV004A(32KV004E已经在前一步骤开启)，吸附器C32001A的压力与C32001E进行第二级均压降，当两吸附器压力基本相等时，关闭程控阀32KV004E，相续开启阀32KV004A，用于吸附器C32001A下一步骤三均降。吸附器C32001A二均降步骤结束。过程压力：由2.34MPa下降至1.88MPa执行时间：30s第三级压力均衡降（简称三均降、E3D）继续开启程控阀32KV004A，开启程控阀32KV004F。吸附器C32001A二均降步骤停止后，开启程控阀32KV004F，吸附器C32001A的压力与吸附器C32001F进行第三级均压降，当两台吸附器压力基本相等时，关闭阀32KV004A，继续开启阀32KV004F，用于吸附器C32001F下一步骤二均升。吸附器C32001A三均降步骤结束。过程压力：由1.88MPa下降至1.41MPa执行时间：-30s第四级压力均衡降（简称四均降、E4D）开启程控阀32KV006A吸附器C32001A三均降步骤停止后，开启程控阀32KV006A（32KV006G已经在前一步骤开启），吸附器C32001A的压力与C32001G进行第四级均压降，当两吸附器压力基本相等时，关闭程控阀32KV006G，继续开启阀32KV006A，用于吸附器C32001A下一步骤五均降。吸附器C32001A四均降步骤结束。过程压力：由1.41MPa下降至0.95MPa执行时间：-30s第五级压力均衡降（简称五均降、E5D）开启程控阀32KV006H吸附器C32001A四均降步骤停止后，与刚结束冲洗步骤的吸附器C32001H进行第五级均压，当两台吸附器压力基本相等时，关闭阀32KV006A，继续开启阀32KV006H，用于吸附器C32001H下一步骤四均升。吸附器C32001A五均降步骤结束。过程压力：由0.95MPa下降至0.49MPa执行时间：-30s顺向放压一（简称顺放、PP1）开启程控阀32KV007A吸附器C32001A的压力经32KV007A、32KV009A放至顺放气缓冲罐V32001A，作为冲洗一步骤的再生气储存起来。当压力降至一定压力时，关闭阀32KV009A，继续开启阀32KV007A，用于吸附器C32001A下一步骤顺放二。吸附器C32001A顺放一步骤结束。过程压力：由0.49MPa下降至0.34MPa执行时间：-15s顺向放压二（简称顺放、PP2）吸附器C32001A的压力经32KV007A、32KV009B放至顺放气缓冲罐V32001B，作为冲洗二步骤的再生气储存起来。当压力降至一定压力时，关闭32KV007A、32KV009B，吸附器C32001A顺放二步骤结束。过程压力：由0.34MPa下降至0.19MPa执行时间：-15s逆向放压一（简称逆放一、D1）开启程控阀32KV003A、32KV012A吸附器C32001A内压力经32KV003A、32KV012A放至解吸气缓冲罐V32002，压力降至一定压力时，关闭32KV012A，继续开启阀32KV003A，用于吸附器C32001A下一步骤逆放二。吸附器C32001A逆放一步骤结束。过程压力：由0.19MPa下降至0.08Ma执行时间：-15s逆向放压二（简称逆放二、D2）继续开启程控阀32KV003A、调节阀32HV002A吸附器C32001A内压力经32HV002A放至解吸气缓冲罐V32003，压力降至一定压力，继续开启程控阀32KV003A、调节阀32HV002A，用于吸附器C32001A下一步骤冲洗二。吸附器C32001A逆放一步骤结束。过程压力：由0.08MPa下降至0.03MPa执行时间：-15s冲洗二（P2）开启程控阀32KV008A、32KV011B，继续开启程控阀32KV003A顺放气缓冲罐V32001B内的再生气经管道PG-32007及调节阀32PV005B进入吸附器C32001A对吸附器内吸附剂进行冲洗，使吸附剂得到再生，解吸气经解吸气混合罐V32003稳压后输往界外。当顺放气缓冲罐V32001B内压力降到一定值后，关闭程控阀32KV011B，冲洗二结束。过程压力：0.03MPa