变压吸附制氧装置岗位操作规程

变压吸附制氧岗位操作规程（试行版）编制：审核：审批：第一章岗位操作规程第一节前言变压吸附(简称PSA-PressureSwingAdsorption)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展，如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功，活性炭吸附剂、活性氧化铝和硅胶性能的不断改进，以及SM特种脱硫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性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、锅炉烟气脱SO2等。自一九六二年美国联合碳化物公司(UCC)第一套工业PSA制氢装置投产以来，UCC公司、HaldorTopsoe公司、Linder公司等已先后向各国提供了近千套变压吸附装置，PSA制氢装置的处理能力最大已达100000Nm3/h以上，PSA制富氧装置的生产能力最大已达15000Nm3/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VPSA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，国内公司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、锂基专用制氧吸附剂和CO专用吸附剂等高效吸附剂，实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突破。第二节岗位任务本岗位的主要任务是通过真空变压吸附（简称VPSA-VacuumPressureSwingAdsorption）法从空气中直接制取７0%富氧经氧压机增压后输送给造气分厂用于富氧制煤气。第三节主要设备及参数一、一台罗茨鼓风机（C101）型号：ARMH-700a介质：空气流量：610M3/min入口压力：98KPa.A入口温度：200C升压:49KPa电机功率：710KW电源电压：6KV防护等级：IP54额定电流：87.7A二、一台罗茨真空泵（P101）型号：ARH-800WE介质：富氮气、饱和水气抽量：1030M3/min入口压力：-53.3KPa.G出口压力：98KPa.A极限真空度：-65KPa.G电机功率：1120KW防护等级：IP54额定电流：137A电源电压：6KV三、一台氧气增压风机(C201)型号：ARE-200NY介质：氧气流量：4715NM3/h入口压力：20KPa.G入口温度：400C升压:60KPa电机功率：110KW电源电压：380V防护等级：IP54防爆等级：DIIBT4额定电流：200A第四节生产原理及工艺流程一、吸附工艺原理1.1.1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得很慢，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。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，吸附过程进行得极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。VPSA制氧装置中的吸附主要为物理吸附。1.1.2吸附剂及吸附力工业VPSA制富氧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。本装置所用吸附剂的特性如下：1）GL-H2活性氧化铝本装置所用GL-H2活性氧化铝为一种物理化学性能极其稳定的高空隙AL2O3，规格为Φ3-5球状，抗磨耗、抗破碎、无毒。对几乎所有的腐蚀性气体和液体均不起化学反应。主要装填在吸附塔底部，用于脱除气源水分。2）PFK-30B活性炭本装置所用PFK-30B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，对空气中的H2S、SO2和各种有机化合物都有良好的亲和力。本装置用少量活性炭装填罗茨鼓风机进口过滤器用于脱除H2S及SO2。3）PFK-01锂基分子筛本装置所用的PFK-01锂基分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐基体，通过用特殊金属离子与之进行置换，形成对氮气分子更大的特殊专用制氧吸附剂，型号为锂基专用VPSA制氧分子筛，规格为Φ1.6～2.5球状，无毒，无腐蚀性。PFK-01锂基分子筛不仅有着发达的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。PFK-01锂基分子筛是一种在低压状况下吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于吸附塔的上部是本装置的主要吸附剂，用于吸附氮气。几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是PFK－01锂基分子筛具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性。PFK-01锂基分子筛如果受潮，将直接影响到吸附容量甚至失效，必须作活化处理。对于本装置所有废弃的吸附剂，一般采用深埋处理。在正常使用情况下，本装置的吸附剂是和装置同寿命的。在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时(即撞击到吸附剂表面时)，气体分子将同时受到固相和气相中分子的引力，其中来自固相分子的引力更大，当气体分子的分子能不足以克服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密度远大于气相，一般可接近于液体的密度。固体吸附剂表面分子对吸附相中气体分子的吸引力可由以下的公式来描述：分子引力F=C1/rm-C2/rn(mn)其中：C1表示引力常数，与分子的大小、结构有关C2表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬时偶极矩有关r表示分子间距离因而对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、极性等性质各不相同，吸附剂对其吸附的能力和吸附容量也就各不相同。VPSA制氧装置所利用的就是吸附剂的这一特性。由于吸附剂对空气中的氧、氩气体组分吸附能力较弱，而对氮气分子组分吸附能力较强，因而通过装有不同吸附剂的混合吸附床层，就可将水、氮等杂质吸附下来，得到提纯的氧气。※注：本装置制氧专用分子筛对水及碳氢化合物吸附力极强，要避免上述物质进入吸附塔，否则将引起分子筛的失效！1.1.3吸附平衡吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中,吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。对于物理吸附而言，动态吸附平衡很快就能完成,并且在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，平衡吸附量是一个定值。由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因而压力越高平衡吸附容量也就越大；由于温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图：吸附容量AV4常温DV3BV1V2高温CV2P1P2压力从上图的B→A和C→D可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；从上图的B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容逐渐减小。本制氧装置的工作原理利用的是上图中吸附剂在A-B段的特性来实现气体的吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附空气中的氮气，然后降低压力(到B点)使氮气得以解吸。1.1.4工业吸附分离流程的主要工序吸附工序——在常温、高压下吸附杂质，分离出产品；均压减压工序——通过一次或多次的均压降压和逆放过程使吸附压力降低，吸附剂部分再生；抽真空工序——通过抽真空使吸附剂完成最终的再生，真空压力越低吸附剂再生效果越好；均压升压工序——通过均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压力，为下一次吸附作好准备；产品气终充工序——通过用产品氧气逆着吸附方向进行对吸附塔顶部进行冲洗，有效地将吸附塔顶部的氮气杂质冲洗至分子筛层，使氮气分子气体能充分被分子筛吸附。二、工艺流程说明2.1.1流程简述本装置工艺主流程为2/1/1VPSA流程(详见工艺流程图)，如下是流程简述：空气首先经过预处理槽（即脱硫槽）进行预处理，再由罗茨鼓风机增压至49Kpa(G)，由水冷式换热器冷却压缩后的空气到适当的温度，直接进入KV101a/b程序控制阀由2台吸附塔组成的VPSA制富氧装置（保持其中1台处于吸附状态），在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，除去空气的水、二氧化碳和绝大部分氮气，直接获得纯度不小于70%的产品富氧，经KV102a/b、KV104程控阀进入氧气缓冲罐V-102，再经HV102放空阀调节压力后，由HV102调节阀调节后送至氧气压缩机单元，最后经罗茨式氧气压缩机加压至0.08MPa（G）后送至后续工段使用。纯度低于产品要求的富氧气体则通过程控阀KV102a进行均压。由于吸附塔T-101A/T-101B内的压力差作用，富氧气体由正压的吸附塔进入负压的吸附塔进行再次吸附处理，从而实现氧气的有效回收。吸附饱和后的吸附剂则通过真空泵抽真空的作用得以再生，再生出的富氮气体直接排入大气。2.2.2吸附塔的工作过程（以吸附塔T-101A为例）吸附过程（A）原料气经罗茨式鼓风机升压至49Kpa后通过KV101a自吸附塔底进入吸附塔T-101A中，通过多种吸附剂的选择吸附后，直接得到纯度不小于70%的氧气从塔顶经KV102a排出，开启KV104程控阀进入产品氧气缓冲罐V-102。均压降压过程（ED）这是在吸附过程完成后，关闭程控阀KV101A、KV104，分别打开程控阀KV102b和KV105a，由于此时吸附塔T-101A内的压力比吸附塔T-101B内的压力高，在压力差的作用下，吸附塔T-101A内的气体顺着吸附方向流向吸附塔T101B内，该部分气体氧含量也比较高（但低于产品氧气纯度），这一过程不仅是降压过程，而且也回收了吸附床层内死空间内的富氧气体，当T-101A/B两个吸附塔的压力基本接近时关闭程控阀KV102a，吸附塔T-101A的均压降压过程结束。抽真空过程（V）当均压降压过程结束后，吸附塔T-101A马上转入抽真空过程，此时程控阀门KV105a打开，吸附塔T-101A内的气体逆着吸附方向被真空泵强制性地抽出，此时吸附在吸附剂上的氮气被逐渐解吸出来，直至吸附剂中的杂质得以充分解吸为止，关闭KV105a阀，抽真空过程结束。均压升压过程（ER）该过程与均压降压过程相对应。当吸附塔T-101A抽真空过程结