PSA脱碳知识讲座

12安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•本装置用于合成氨变换气中二氧化碳的脱除，设计能力为200000Nm3/h。•本岗位作用：从氢氮气压缩机来的变换气经一段﹑二段吸附塔加压脱除二氧化碳及硫后，制取合格的净化气送往氢氮压缩合成液氨；一段吸附塔经降压抽真空解吸制的高浓度的二氧化碳气送往二氧化碳压缩去合成尿素。•主要内容：包括工艺原理、工艺流程、工艺过程、开停车程序、操作方法、故障判断和相关的安全知识。•采用气相吸附工艺；•压力均为表压，组份浓度为体积百分数，流量均为标准状态下的体积流量。第一部分前言3安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训一．吸附过程具有如下特性1、吸附剂对气体的吸附具有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异；2、一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随着其分压的降低而减少。二.变压吸附脱碳技术（工艺原理）就是根据这些特性，在较高压力下吸附原料中的CO2等组分；不易吸附的组分则穿过吸附床从顶部输出，然后通过降低吸附剂床层的压力，使得吸附的CO2等组分脱附解吸，从而使吸附剂获得再生。第二部分工艺原理及过程4•采用变压吸附技术从原料气中提纯及脱除的变压吸附装置，变压吸附是以吸附剂，（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为依据和和吸附剂在相同压力下易吸附高浮点组份不易吸附低沸点组份和高压下被吸附组份吸附量增加，低压下吸附量减小的特性来实现杂质的分离。将原料气在一定压力下通过吸附床层时，在一段原料气中的高沸点杂质组分CO2等被选择性吸附，低沸点组份N2，H2等作为半成品气由吸附塔出口排出，然后在减压下解吸所吸附的杂质组份CO2等作为产品CO2气输出，使吸附剂获得再生以利于下一次，再次进行吸附分离杂质。一段的半成品气进入二段，作二段的原料气（半成品气）半成品气中的高沸点杂组份CO2等被选择性吸附，低沸点组份N2，H2等作为净化气（产品气）由吸附塔出口输出，然后在减压下解吸被吸附质组份CO2等作为解吸气输出，使吸附剂获得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的解吸是依靠降低杂质分压实现的，本装置采用的解吸方法是：降低吸附压力（卸压），抽空、解析。5安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训三.吸附的分类吸附分为物理吸附和化学吸附物理吸附－－也称范德华吸附，是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力产生的吸着现象，是可逆的表面吸附。变压吸附过程属于物理吸附。化学吸附－－吸附过程中伴有化学反应的吸附，是不可逆的吸附，吸附过程发生了质变。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯的过程属于化学吸附。四．物理吸附的传质过程吸附质从气体主流到吸附剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散；6安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训第二阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒中心，称为内部传递过程或内扩散。这两个阶段是按先后顺序进行的，吸附时，气体先通过气膜到达颗粒表面，然后才能向颗粒扩散，脱附时则逆向进行。五．多床变压吸附的意义在于在技术上可以处理更大负荷、同时有效地降低一次性投资；保证生产的连续性；可以使吸附床交替循环运行，并实现多次均压，来保证装置有较高回收率；六.多床同时在线吸附的意义在于保证在任何时刻都有不只一台、相同数量的吸附床处于吸附状态，使产品能够稳定连续地输出；保证适当次数的多次均压，使产品的回收率有保证。7安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训七．物理吸附特点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动态平衡即可完成。并且这种吸附是完全可逆的。变压吸附分离气体组分的成功与否取决于选择吸附剂的性能。不同的分离组分对象应选择不同的吸附剂。八．什么叫吸附？答：当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面原子剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。相反固体表面被吸附的分子又重新返回气相的过程称为解吸和脱附，吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。8安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训吸附可分为物理吸附、化学吸附、活性吸附和毛细管凝缩物理吸附是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的。被吸附气体也较容易的从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆的。九．吸附法的分类变压吸附法:在加压下进行吸附、减压下进行解吸；变温吸附法:在低温下吸附，升温下解吸。9安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训10安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训11安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•相关术语：物料部分1〉原料气变换气流量：200000(Nm3/h)变换气压力：2.7(MPa)变换气温度：≤40℃12安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训2〉净化气变换气在经过本装置后,CO2等组份将被一定程度脱除，未被脱除的部分称为产品净化气，规格如下：净化气CO2纯度:CO2≤0.2％净化气压力：2.7(MPa)净化气温度：≤40℃3〉产品CO2气变换气中被脱除的纯度较高的那部分CO2组份，称为产品CO2气，规格如下：产品CO2气纯度:CO2≥98.5％产品CO2气压力：0.02～0.05(MPa)产品CO2气温度：≤40℃13安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训4〉解吸气变换气中被脱除的CO2含量较低的部分，称为解吸气，规格如下：解吸气压力：～0.02(MPa)解吸气温度：≤40℃•主要设备与伐门1个超细油分离器1个气液分离器、1个空气缓冲罐、20＋18个吸附塔、4＋3个缓冲罐、4＋5台真空泵、207＋186台程控阀和6＋4台调节阀通过管线相连接(见所附流程图)组成了变压吸附装置。14安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训15安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•程控阀编号规则：•KVN0ix•KV程序控制阀•N程序控制系统、工段号•0I阀门功能•X塔的编号:从A到R•注：吸附塔也有采用数字进行编1号，例如F塔改写为6塔；•根据习惯，程控阀编号略去工序号””，即KV109F改为KV9F。16安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•变压吸附系统原料气（变换气）在压力2.6－2.7MPa温度≤40℃下进入系统，进入水分离器除去游离水后送入一段，经流量计（FT—101）计量后进入由20个吸附塔组成的PSA－CO2/R系统，在一段任何时刻总有5台吸附器处于吸附步骤，由入口通入原料气在出口端获得8－12%的半成品气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附（A）第一级压力均衡降（E1D）第二级均衡降（E2D），第三级压力均衡压力降（E3D），第四次压力均衡降（E4D）直至第10次压力均衡降（E10D）顺放（PP），逆向放压一（D1）﹐逆向放压二（D2），逆向放压三（D3）﹐抽空（V），预升压（R），第10级压力均衡升（10R），第9级压力均衡（E9R）直至第一级压力均衡（E1R），预终充（Fr）和最终升压（FR）。17安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训吸附器所有的压力均衡降都用于其它吸附器的压力均衡升，以充分回收将被再生吸附器中的有效气体H2、N2及CO逆放步骤排出吸附器中吸留的CO2等组份，剩于的CO2通过抽真空步骤进一步解吸并作为产品CO2气输出。半产品气经半成品气缓冲罐缓冲后以稳定的流量压力2.60－2.70MPa下输出直接进入一段PSA－CO2/R系统。采用18－4－10＆DP/V工艺。18安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训在二段中任和何时刻总是有4台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入原料气（半成品气），在出口端获得CO2含量为≤1.1%的净化气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附（A），顺放（PP），第一级压力均衡降（EID），第二级压力均衡降（E2D）第三级压力均衡均降（E3D）第四级压力均衡降（E4D）直至第10级压力均衡降（E10D）顺放（PP2），逆向放压1﹙D1﹚，逆向放压2（D2），抽真空（V），第10级压力均衡升（E10R），第9级压力均衡升（E10R）至第一级压力均衡升（E1R）和最终升压（FR），所有的压力均衡降都用于其它吸附器的压力均衡升，以充分回收将被再生成吸附器中的有效气体H2，N2及CO。顺放步骤的顺放进入升压气缓冲罐作为一段升压用，顺放二﹐D1气进入混合器缓冲罐预升压用，剩于的CO2通过抽真空步骤进一步解吸，作为解吸气放空。19安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训20安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•工艺指标•压力；•吸附塔压力≤2.7Map•100吸附塔真空度-0.045Map～-0.08Map•200吸附塔真空度-0.045Map～-0.08Map•均降、均升后压差≤0.05Map•温度•变换气≤40度•电流•100真空度≤35.2•200真空度≤22.621安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•气体成份变换气中硫化氢≤5mg/m3半产品气中CO28—12％净化气中CO2≤1.0％产品CO2≥98.0％22安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•运行时序PSA1主程序20－5－10/V辅助程序19－4－10/V18－4－10/VPSA2主程序18－4－10/V辅助程序17－3－10/V16－3－9/V负荷大、小时：主程序、辅助程序？1、尽量采用主程序运行，因为它的效果是最好的；除非负荷极低时。2、由于是按2塔进行硬件分组，所以，要拆开处理时，最少必须切除2塔；23安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训24安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训25安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训26安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训27安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训28安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训29安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训30安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训31安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训32安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训33安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训34安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训35安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训36安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训37安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训38安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训·总结：其它塔的工作步骤与A塔相同。原料气同时进入吸附状态下的5个塔,由于各塔的工作步骤在时间上相互错开,这样就能达到连续处理原料气及得到产品气的目的。39安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训40安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训41安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训•第四部分自动控制系统与仪表•PSA工艺是靠周期性地切换阀门来实现,为使整个工艺过程能连续稳定的进行,要求自动控制系统具有较高的水平。本装置程控系统采用DCS控制系统。•系统控制画面上设有工艺流程模拟图,显示阀门的开关状态和吸附塔工作状态。•本装置的主要工艺参数有压力、温度、流量和组分。除部分压力在现场检测和部分分析点在现场取样外,与装置运行相关的重要参数如吸附塔压力、原料气、产品气流量、产品含量等在控制画面有上指示。•本装置共设置了流量计量系统、吸附塔压力记录系统、压力自动调节系统、手动调节系统、流量调节系统、在线连续分析仪、计算机程序控制系统和报警系统。•流量计量系统：用于检测、指示和记录流量。•吸附塔压力记录系统•吸附塔压力自动调节及低限报系统•最终充压流量调节系统•组分含量分析及报警系统•控制界面功能键：•手动键、暂停键、步进键、自检键•复位键（主要供检查程序用，有权限要求，不会出现误操作）42安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训第五部分设备一览表43安徽昊源化工有限责任公司PSA脱碳知识培训4.2运转设备：2BE1系列水环式真空泵工作原理该泵属容积式泵，即利用容积大小的