五家渠变压吸附提氢原理

本装置为五塔PSA制氢装置，它的关键部分由五个吸附塔（以下简称A、B、C、D、E塔）和33个气动阀组成。另外，为提高氢气回收率和氢气纯度，本系统配备了两台真空泵（一开一备）和一台真空缓冲罐；在系统出口管道上装有一台压力调节阀，用以调节、稳定系统操作压力。解析气直接通过消声阻火器放入大气或输入燃料系统作燃料。
现以A塔为例对工作进行说明：
1.吸附（A）
原料气通过气动程控阀KV1A进入A塔，A塔在工作压力下吸附流入原料气中的杂质组分，未被吸附的产品组分H2，通过KV2A流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，少部分通过调节阀K201和气动程控阀KV5B对B塔进行终升压。吸附过程直至输出产品杂质浓度**过规定值是结束。
2.降压平衡（1ED），简称一次均压
操纵气动程控阀KV1A和气动程控阀KV2A，切断进、出A塔原料气，同时操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6C，使A塔与刚结束一次升压步骤的C塔出口端相连，实行次压力平衡，均压后A、C塔压力基本相等，回收了A塔死空间的H2。
3. 降压平衡（2ED），简称二次均压
操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6D，使A塔与已结束一次升压步骤的D塔出口端相连，实行*二次压力平衡，直至A、D两塔压力基本相等，又一次回收了A塔死空间的H2。
4. 降压平衡（3ED），简称三次均压
操纵气动程控阀KV4A和气动程控阀KV6E，使A塔与刚结束真空解吸的E塔出口端相连，实行*三次压力平衡，直至A、E两塔压力基本相等，又一次回收了A塔死空间的H2。
5.逆向放压（D），简称逆放
操纵气动程控阀KV3A和气动程控阀KS131，使A塔内剩余的气体从塔的端排出放空，A塔进行解吸（脱附）。
6. 真空解吸（V）
A塔逆放后，常压下残存于分子筛内的杂质组分不易排出。此时通过操纵气动程控阀KV3A（开）和气动程控阀KS131（关）、气动程控阀KS132（开）、气动程控阀KS133（开），使A塔内残存的气体由真空泵从塔的端抽出放空，对A塔进行真空解吸。
7. 一次升压（3ER）
真空解吸结束后，操纵气动程控阀KV3A使A塔处于关闭状态；再通过操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4B利用B塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等此时回收了B塔死空间的H2，同时完成对A塔的一次升压。
8. 二次升压（2ER）
一次升压结束后，操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4C，利用C塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等，此时既回收了C塔死空间的H2，同时完成对A塔的二次升压。
9. 三次升压（1ER）
二次升压结束后，操纵气动程控阀KV6A和气动程控阀KV4D，利用D塔降压平衡后的气体，对A塔进行压力平衡，直至两塔压力相等，此时既回收了D塔死空间的H2，同时又完成对A塔的三次升压。
10. 终升压（FR）
A塔的终升压是利用产品气来进行的。操纵气动程控阀KV5A，使其与调节阀K201连通，E塔通过气动程控阀KV2E输出产品气，同时向A塔实行终充压，在规定时间内终升压使Ａ塔压力基本接近吸附压力。通过这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。
其它四个塔的操作步骤与Ａ塔相同，只不过在时间上是相互错开的。
同一时间内各塔依据吸附时序执行着不同步骤。
调节阀K102用于吸附塔均压流量的调节，使塔内压力在切换时达到规定值；调节阀K101用于终升压的流量调节，使其在切换时，升压压力接近吸附压力。
两调节阀配合气动程序控制阀和真空泵，按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不断净化原料气，输出合格产品气。
本装置还可通过程序设置实现四塔二次均压吸附过程，即：当五塔其中某一塔出现故障时，将其隔离；使用其它四塔继续正常生产。在此不详细叙述。

吸附剂的再生是通过三个基本步骤来完成的:
1.吸附塔压力降至低压
先是顺着吸附的方向进行降压（以下简称均压），此时有一部分吸附剂仍处于吸附状态；
２.逆向放压
逆向放压时，被吸附的杂质部分从吸附剂中解吸，并被排出吸附塔；
３.升压
吸附塔升压至吸附压力，以准备再次对原料气进行分离。
本装置采用五塔三次均压变压吸附过程，即每个吸附塔在一次循环中均需要经历吸附（Ａ）、一次均压（1ED）、二次均压（2ED）、三次均压（3ED）、逆向放压（D）、真空解吸（V）、一次升压（3ER）、二次升压（2ER）、三次升压（1ER）以及终升压（FR）等十个步骤。五个吸附塔在执行程序的时间安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出
整个过程主要由33个气动程控阀来实现（见五塔吸附工艺流程图）
程控阀的功能说明如下：
KV1——各塔进料阀
KV2——各塔产品输出阀
KV3——各塔逆向放压阀
KV4——各塔均压阀
KV5——各塔终充阀
KV6——各塔升压阀
K201——终升压调节阀
K202——均压调节阀

变压吸附系统启动投运
装置启动分初次开车和正常开车。初次开车前应做好一系列准备工作；而正常开车时只要按规定的操作步骤进行启动。
一、初次开车前的准备工作：
在装置安装完毕后，对整个装置应进行吹除和气密性试验，合格后对吸附塔装填吸附剂。
用户在使用前应对程控系统进行严格的检查及调试，以保证整个装置可随时投入运行。
在投入原料气之前，还必须用干燥、无油的氮气（或抽真空）对整个装置的设备和管道进行置换，使氧含量降到0.5％以下，因为本装置的原料气、产品气和解析气均含有大量的氢气，如果不预先将装置内的氧置换掉，那么在开车时容易引起爆炸燃烧。
二、投料启动
在经过整个装置的工艺、仪表检查及确定置换合格后，装置已处于随时可投料运行状态。
当装置启动前，先将计算机操作画面置于变压吸附自动-手动操作画面，然后点击自动操作按钮，观察变压吸附系统处于哪一个工作状态；再点击手动操作按钮，使变压吸附系统处于备用状态。
吸附工序启动步骤如下：
1.启动空压机，并将其压力控制在0.6-0.7MPa；
2.开重整系统流量计旁通阀，关小重整气放空阀，向变压吸附系统充气，并通过调节重整气放空阀维持重整系统压力；
3.开K201、K202阀；
4.点击计算机变压吸附系统自动操作按钮，开始向吸附塔充气；
5.开并调节吸附系统放空阀K203,维持吸附系统压力在0.2-0.3MPa，进行低压运行，调整并对系统进行置换；
6.调节吸附系统放空阀K203,维持吸附系统压力在0.6-0.7MPa，进行中压运行，调整并对系统进行置换；
7.调节吸附系统放空阀K203，维持吸附系统压力在0.9-1.0MPa，在正常操作压力下运行，调整并对系统进行置换；
8.启动在线分析仪，对产品气进行分析，若合格即可将其切换进入氢气缓冲罐。
9.打开并设置气体压力调节阀在1.0MPa，将产品气送入氢气缓冲罐并对其进行置换。置换气由氢气缓冲罐底部排污阀排出进入大气。
由于此时排出的气体已基本是纯氢了，操作中应采取低压、小量、多次的方式进行，严防出现爆炸燃烧情况。
置换过程中，随时调整重整气放空阀和吸附系统放空阀，以控制两套系统操作压力，保持操作系统的稳定运行。
装置投入正常运行后，产品流量计的工作压力恒定在吸附工作压力，故流量计不需要压力变化的修正。流量计出厂时以将工作流量换算成标准状态下的流量，使用时可直接读数。
产品纯度：一个吸附塔具有吸附杂质的能力（即在一个吸附—再生循环里能提纯一定数量的原料气）。所以循环时间过长或原料气流量过大，产品纯度会下降；循环时间过短，原料气流量过小，产品纯度很高，会引起床层未能充分利用，使产品组分的损失。本装置通过调整循环时间的方法可生产出不同纯度的产品，其纯度控制范围通常控制在98—99.99％之间。
装置的回收率：本装置不同纯度的产品气，对应着不同的回收率。产品纯度越高，产品组分的回收率越低。所以在操作中不应单纯追求产品的纯度，需要根据实际需要出发，选择适当的纯度以获得较高的效益。本装置采用三次均压，即多了一次产品气死体积的回收，其回收率得到较大提高，一般情况下，可达到85—90％。
以上介绍的装置启动步骤，适合装置的次开车和停车时间较长后再启动时使用。如停车时间较短，启动时可加快升压速度。

工作原理和过程实施
本装置采用变压吸附（PSA）分离气体的工艺，从甲醇重整气（包括各种含氢气体）中提取氢气。其原理是利用所采取的吸附剂对不同吸附质的选择吸附和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在吸附剂选择吸附条件下，将原料气在压力下通过吸附床层，高压吸附除去原料中杂质组分，低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。小分子的氢气不被吸附而通过吸附床层,达到氢和杂质组分的分离, 得到产品氢气。
整个操作过程是在环境温度下进行。
生产是关系到人的生命、财产的大事，是的根本性政策，也是一项群众性的工作。因此操作人员应该掌握有关的生产基本知识，自觉遵守有关的规章制度、文明生产。
本装置产品为氢气，按GB4968-85火灾分类法属C类火灾；按火灾危险性分类的规定，本界区为甲类；按爆炸危险场所划分的规定，本界区设备和程控阀布置区为Q－3级场所（正常情况下不能形成、在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的场所）。
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