1、2018/12/12,热烈欢迎各位领导和专家,- 成都华西化工科技股份有限公司上海华西化工科技有限公司,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,气体净化方法：,1、深冷：投资大、能耗高、开停车慢、可获 得多产品。 2、膜分离：投资小、操作简便、纯度低、压损大。 3、化学吸收：压损小、收率高、纯度低、能耗高、操作麻烦。 4、吸附分离：纯度高、压损小、能耗低、操作简便、收率低。,2018/12/12,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,吸附的概念：,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。其实质就是在两相的交界
2、面上，物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。,n = 单位时间碰撞单位表面并停留的分子数 M=气体的分子量 P气体分子的分压（毫米汞柱） T温度0K,单位表面积上浓聚的分子数：B =n.Z,Z=分子在表面上停留的平均时间,2018/12/12,吸附的分类：,WWW.HXTECH.COM,1、化学吸附：有化学反应，有化合物生成。 2、活性吸附：有络合化合物生成。 3、毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。 4、物理吸附：无化学反应，依靠分子力进行吸附，速度很快，吸附热很小，吸附过程完全可逆。 变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。,2018/12/12,吸附力：,WWW.HXTE
3、CH.COM,分子间的作用力：f = C1/rm-C2/rn （mn) 分子力分三种： 1 极性分子与极性分子之间的定向极化作用； 2 极性分子与非极性分子之间的变形极化作用； 3 非极性分子与非极性分子之间的瞬时偶极矩。吸附力主要由吸附质分子与吸附剂分子的本身性质决定。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,吸附力：,各气体组分在沸石吸附剂上的吸附力减弱排列顺序示意：,氦气 弱 氢气 氩气 氧气 氮气 甲烷 一氧化碳 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷 异丁烷 丙烯 硫化氢 硫醇 苯 甲苯 乙基苯 苯乙烯 水 强,2018/12/12,吸附等温线,WWW.HXTECH.COM,吸附平衡
4、:,2018/12/12,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,制氢变换气PSA特点,压力：1.22.5MPa.G 组成：H2：68-76%，CO：0.3-3.0%CO2: 18-23%, CH4: 2-6%N2: 0-5.0%, H2O: 0.3-1.0% 产品纯度: H299.9%,CO+CO220ppm,2018/12/12,PSA压力对回收率的影响,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,0 5 10 15 20 25,x0.1MPa,959085807570,收率压力曲线,1、根据用氢压力、转化率和净化的回收率三个因素进行选择。 2、采用甲烷化净化工艺的流程压力一般在1.0-1
5、.2MPa。其目的是提高转化率。但能耗高、氢纯度低、操作麻烦。 3、采用PSA净化工艺的流程多数采用较高压力： 1.5-2.5MPa，这样PSA氢回收率才高，流程特点是： 能耗低、氢纯度高， 但原料消耗高（燃料消耗低）。,2018/12/12,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,真空再生流程与冲洗再生流程的选择,真空再生流程的特点： 优点是操作压力低，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵和能耗。 冲洗再生流程的特点： 优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分产品氢气；,究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、回收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。 对于从变换气中提纯H2的变压吸附装
6、置，由于原料气的压力较高，原料气中的杂质含量高且均属于较容易解吸的杂质，而且解吸气需要以0.03MPa压力送往制氢转化炉作燃料，因而采用抽真空方式进行吸附剂再生的能耗过高，投资较大，解吸气的流量不稳定。 因此采用冲洗方式进行吸附剂再生更为合理，所以通常都选择PSA流程,2018/12/12,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,均压次数的确定,均压次数的选择主要取决于： 原料气的压力 原料气的组成 是否采用抽真空再生,对于变换气PSA-H2装置而言 如果原料气压力大于2.0Mpa，一般选择四次均压较适宜； 如果原料气压力小于2.0Mpa，一般选择三次均压较适宜，,2018/12/12,工艺
7、路线：,WWW.HXTECH.COM,吸附剂冲洗方式 的选择,1、传统方式：吸附塔吸附塔一次直接冲洗再生 2、改进方式：分多次逐段进行冲洗再生3、最新方式：顺放缓冲冲洗再生,PSA-H2流程设计技术的核心实际上就在于如何用最少的氢气实现最良好的吸附剂再生效果。吸附剂的再生过程是由逆放和冲洗过程组成的，其中最重要的是冲洗过程。因而如何改善冲洗的效果就成为了流程设计的重点。,2018/12/12,工艺路线：,WWW.HXTECH.COM,PSA解吸气的稳定,1、解吸气的去向：一般直接用作制氢装置转化炉的燃料2、解吸气要求：压力、流量、热值三稳定。 3、解吸气特点：解吸气的排放往往是间歇的，压力是脉
8、动的；解吸气的组成在不同阶段是不同的。,控制方案：两级缓冲，三级调节,2018/12/12,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,传统10-2-4PSA流程,2018/12/12,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,改进10-3-4PSA流程,2018/12/12,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,改进的8-2-4PSA流程,2018/12/12,吸附、再生过程示意图,工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,2018/12/12,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,吸附过程压力曲线示意图,A E1D E2D E3D E4D P1 P2 P3 D P P
9、 P E1R E2R E3R E4R FR A,2018/12/12,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,2018/12/12,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,10-3-4流程,特点：吸附剂利用效率高，逆放冲洗连续,2018/12/12,吸附塔工作状态表,典型工艺流程：,WWW.HXTECH.COM,8-2-4流程,2018/12/12,PSA的主要控制技术：,WWW.HXTECH.COM,压力自适应调节模式,这种调节主要用于： 1、产品气升压调节、可稳定产品压力和流量。2、顺放气罐顺放冲洗过程，可保证冲洗缓慢而平稳进行。3、逆放调节
10、过程，可保证逆放过程的平稳。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,吸附时间自动优化调节模式,原料气流量,原料气组成,计算,产品收率,产品纯度,压力参数调整,吸附时间精调,吸附时间快调,目的：自动追求产品刚好合格，而回收率最高的运行状态1、如果流量计准确，就可将吸附时间快调投入自动 2、如果产品在线CO+CO2分析仪准确，就可将吸附时间精调投入自动。（尤其是CO在线分析准确）,PSA的关键控制技术：,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,这是提高装置可靠性的关键阀门传感器和吸附塔压力变送器正常时，通常应该投入自动切塔状态,PSA的关键控制技术：,2018/12/12
11、,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,相关参数对吸附的影响,1、原料气杂质含量越高，吸附塔的处理能力越小。 2、原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低。 3、吸附压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。 4、解吸压力越低，吸附剂再生越彻底，其动态吸附量越大，吸附塔处理能力越高。 5、产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。了解各种相关参数对吸附的影响性质将有助于为参数的调整提供指导。,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,吸附时间参数的设定, 增加操作系数（即延长吸附时间）（当产品氢纯度高于要求值时，增加操
12、作系数） 1.以0.02为单位增加操作系数 2.等三个完整的PSA循环周期（即：3x10x（T1+T2） 3.重复以上的步骤增加操作参数直到产品纯度下降至允许的最低值 4.以0.05为单位降低操作系数，使装置能在高收率下安全运行注意：增加吸附时间要慢减小操作系数（即减小吸附时间）（当产品氢纯度低于要求值时，减小操作系数） 1.以0.1为单位减小操作系数（如果流量增大了则应按流量变化比例减小吸附时间） 2.等三个完整的PSA循环周期（即：3x10x（T1+T2） 3.重复以上的步骤减小操作参数直到产品纯度上升至允许值以内然后按增加操作系数的步骤调整，直到装置能在高收率下安全运行为止注意：减小吸附
13、时间要慢,这是最重要的操作参数,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,吸附压力的调节,1) 原料气压力 原料气压力是由界区外条件决定的，无法改变，原则上，压力越高吸附效果越好。 2) 吸附压力（吸附塔出口压力）PSA吸附压力的设定是通过改变吸附压力调节回路的设定值来实现的，其设定值一般比原料气压力小0.010.02MPa.G。建议该回路应该设在自动状态。特别注意：为保证吸附压力的平稳，通常P、I的设定值不宜太大，即该调节阀的动作应比较缓慢才对，否则容易引起吸附压力的周期性振荡。,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,产
14、品气升压回路PSA产品气升压调节回路利用专门的产品升压调节阀控制，该回路的调节好坏影响的是吸附压力的稳定性和产品流量的稳定。 有两种调节模式： A、自动模式不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式操作工设定最小开度和最大开度。然后调节阀将在升压过程（T2）中，从最小开度逐渐增大的最大开度。设定原则： 升压速度严禁过快。 必须保证最终升到的压力基本等于吸附压力。备注：如果调节到最佳状态仍然认为吸附压力波动大，可修改程序增加预升压就是说：吸附塔的压力应在升压过程中恰好、缓慢地升到吸附压力。,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,2) 冲洗调节回
15、路本装置冲洗调节回路利用冲洗调节阀进行。该回路的调节好坏影响的是吸附剂的再生效果。 有两种调节模式： A、自动模式不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式操作工设定最小开度和最大开度。然后调节阀将在有顺放的阶段按最小开度打开，在无顺放的时间内从最小开度逐渐开大到最大开度。设定原则： 最小开度的设定应以正好使吸附塔的顺放压力在结束时达到0.18-0.2MPa。 最大开度的设定应使顺放罐的压力在无顺放的时间结束时，恰好降到0.04-0.05MPa.就是说：冲洗气在冲洗中应恰好、缓慢地从顺放罐中排放出来，达到0.04MPa。,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,关
16、键压力回路的调节,3) 逆放调节回路本装置逆放调节回路利用逆放调节阀进行。该回路的调节好坏影响的是解吸气的稳定。 有两种调节模式： A、自动模式不需要进行任何调节，全自动进行。 B、手动模式操作工设定最小开度和最大开度。然后调节阀将在逆放时间内从最小开度逐渐开大到最大开度。设定原则： 逆放速度严禁过快。 必须保证逆放结束的压力基本等于解吸气出口压力（约0.05MPa）。就是说：吸附塔的压力应在逆放过程中恰好、缓慢地降到解吸气缓冲罐的压力。,2018/12/12,PSA操作：,WWW.HXTECH.COM,关键压力回路的调节,4) 解吸气出口流量调节回路解吸气出口流量调节利用解吸气混合罐后的调节
17、阀进行。该回路的调节好坏影响的是解吸气流量的稳定和转化炉燃烧效果。 有两种调节模式： A、自动模式不需要进行任何调节，全自动进行（流量参数全部由软件内部进行）。投自动的前提是：流量计是好的，或者解吸气出口调节阀的前后压力变送器准确。 B、手动模式操作工设定一个固定的开度。设定原则： 解吸气缓冲罐的压力尽量平稳，出口流量尽量平稳。 在每次逆放前，解吸气缓冲罐的压力绝对不允许高于0.04MPa。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,开车：,首次开车,1、确认系统已氮气置换合格。 2、确认原料气组成已合格，不带油。（液态） 3、拆除进出界区的所有工艺气管线盲板，并作记录。 4、控制系
18、统及所有仪表通电，并投入操作状态。 5、在PLC操作画面上，设定好所有调节系统的操作参数。(具体见第二章) 6、在PLC操作画面上，用将PSA系统运行按钮置为RUNNING状态，使程控阀开始投入运行。 7、缓慢打开原料气进口阀，逐渐向系统内投料，投料速度不宜过快，应保持在每分钟吸附塔压力上升0.1MPa左右。 8、当吸附塔压力升至2.3MPa后，打开手动产品气放空调节阀，将不合格的产品气放入燃气管网。 9、当运行一段时间PSA出口氢气纯度达到99.9%且CO+CO2含量低于20PPm后，关闭产品气放空调节阀同时打开产品气出界区阀门。至此，整个装置即转入正常运行状态。,2018/12/12,WW
19、W.HXTECH.COM,开车：,正常开车,11) 控制系统及所有仪表通电，并投入运行。22) 在计算机操作画面上，设定好所有调节系统的操作参数（如同正常生产一样）。33)逐渐向系统缓慢投料，当吸附塔压力升至2.3MPa后，打开产品气放空调节阀将不合格的产品气放入燃气管网。44)氢气纯度达到99.9%且CO2+CO指标合格后，关闭产品气放空阀同时打开产品气出界区阀门。系统转入正常运行。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,开车：,正常开车初期的调整注意,1 开车阶段的调整由于开车阶段系统的正常压力系统尚未建立起来，因而在开车的初期应用3070%的负荷缓慢加量。并选择较小的“操作
20、系数”，较短的吸附时间。使产品纯度迅速合格。 产 产品纯度合格后，再逐渐延长吸附时间（要缓慢）。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,开车：,临时停车后的开车,紧紧急停车或临时停车后的重新投运由于程序仍记录着停车时的状态，且各吸附塔的压力也与停车时一样，所以这时可从停车时的状态直接投运，让系统无扰动地恢复到正常工作状态。对产品纯度影响很小。步骤如下： 1 1)确认各吸附塔的压力与计算机上显示的停车步序状态相符。 2 2)看吸附塔压力历史记录，确认压力在停车过程中未发生大的变化。 3 3) 启动运行按钮的状态由STOP置为RUNNING，系统即转入正常运行。 4,2018/12/
21、12,WWW.HXTECH.COM,开车：,临时停车后的开车 注意事项,1）在采用“临时停车后的快速开车方法前，必须确认各吸附塔的压力与停车锁存的状态是一致的。否则，一旦启动将可能使高压塔的气体串入低压的解吸气系统造成事故！2）如果吸附塔压力与显示的状态不符，则必须先点动阀门将吸附塔压力逐渐放掉，然后重新启动系统。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,停车：,正常停车,11)首先通知前后工段做相应的调整 22)在DCS上将运行按钮复位至STOP状态，将程控阀全部关闭 33)关闭系统所有进出界区的截止阀使氢提纯系统与界区外隔断。 44)通过DCS上的运行按钮运行系统几步，使PSA
22、程控阀动作数次以使各塔压力基本相等并且都处于较高的正压。 5,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,停车：,紧急停车,紧急停车当本装置出现事故或前后装置出现事故时，需紧急停车其停车步骤如下： 1 1)在PLC上将启动按钮置为STOP状态，关闭程控阀门。同时，程序将自动记住停车时的状态。 2 临时停车 如 因工作需要做短时间的停车(不超过1小时)，则可进行临时停车，其步骤与紧急停车相同。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,注意事项：,吸附剂装填注意事项,1) 由于吸附剂均具有较强的吸水性，特别是分子筛吸附剂的吸水性极强，一旦吸水，在常温下无法再生。所以在吸附剂运输
23、过程中，应保证吸附剂的完好 密封和干燥状态。2) 在吸附剂装填前，应严格检查吸附塔底部分布器的完好性，然后采用干燥的仪表空气进行彻底置换。3) 装填吸附剂必须选择晴天进行，每当装填作业结束时，必须封闭吸附塔，以免吸附剂受潮，性能下降。4) 一旦吸附剂装填完成，置换氮气和吹扫气就必须采用干燥、无油气源，并且只允许从吸附塔底部进入。5) 为减少吸附塔内的死空间，提高装置回收率，PSA装置内的吸附剂应采用密相装填技术。6) 吸附剂装填过程中应特别注意，各吸附塔的装填量和装填比例必须完全相同，以保证气流的平均分配。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,吸附剂再生：,再生方法与过程,A）
24、 将露点小于-40，压力0.2MPa1.0MPa的干燥氮气加热至200250，从吸附塔顶部通入，塔底排出，直到排出温度达到100后两个小时，停止加热。B） 将露点小于-40的常温干燥氮气从塔顶通入，塔底排出，直到出口温度降至45以下，结束。C） 根据氮气量确定每次再生的吸附塔数，轮流将所有吸附塔再生一次。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,吸附剂再生：,再生流程,在氮气量不足的时候可采用循环流程：,在氮气量充足时可采用一次性再生流程：,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,注意事项：,生产注意事项,1) 系统严禁将机械水和油带入PSA部分，否则将损坏吸附剂，尤其
25、是严禁从塔顶部带入，所以空气或氮气置换都必须从塔底进气。 2) 在生产过程中，如须检修与工艺气接触的任何设备均应先进行置换 3) 在作故障塔切除、放空等会影响后工段的处理前，应确定故障的真实性，并通知后工段。 4) 逆放、均压、产品气升压和冲洗过程均应平稳缓慢进行，其控制应坚持这样的原则：在保证能达到压力要求的条件下应尽量缓慢进行。否则可能影响再生效果和吸附剂使用寿命。 5) 在设定吸附时间时，逆放、抽真空过程的时间应尽量延长 6) 在整个正常停车后，氢提纯系统应处于正压状态，且与界区隔断。这样，系统可较长时间地处于安全停车状态。但由于停车后系统内仍然是易燃、易爆气体，所以整个界区仍然是防爆界区，严禁动火。,2018/12/12,WWW.HXTECH.COM,注意事项：,生产注意事项,关于在变换气中增加重整气源的问题：A、通常最多只能加入变换气量的20%B、必须开高纯氢，氢气纯度不能低于99.99%,
