克拉玛依变压吸附提氢原理 气体回收变压吸附提氢

本装置是采用变压吸附（PSA）法从富氢气体中回收或提取氢气。改变操作条件可生产不同纯度的氢气，氢气纯度可达99.999％以上。
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。

工艺流程介绍（见带控制点工艺流程图）
从甲醇重整系统来的重整气先通过KV1A气动程控阀进入吸附塔A进行吸附分离，分离后的产品氢气通过KV2A气动程控阀经计量后进入氢气缓冲罐；吸附塔吸附完毕后，KV1A、KV2A气动程控阀关闭，KV4A气动程控阀打开，分别向吸附塔C、D、E一、二、三次均压，以回收塔内的残余H2。均压结束后，KV4A气动程控阀关闭，并打开KV3A和KS131气动程控阀逆向放压进行A塔吸附剂的再生，至塔内压力接近于常压，解吸气经阻火器排入大气；然后关闭KS131气动程控阀，打开KS132、KS133气动程控阀进行真空解吸至规定时间结束。真空解吸结束后，关闭KV3A气动程控阀，并打开KV6A气动程控阀，分别在规定时间内由B、C、D三塔对A塔进行一、二、三次升压；然后关闭KV6A气动程控阀，并打开KV5A气动程控阀对A塔进行终充压。终充压结束后A塔进入下一轮吸附分离过程。
其它四塔吸附过程与此相同。
五个塔的吸附顺序依A、B、C、D、E分别进行。五塔依次吸附一次则一轮循环结束。每一轮循环共有20个步序，每一步序的时间可通过计算机输入并修改。吸附时间的修改，由技术人员根据工艺对产品氢气的纯度的要求进行修改，其他任何人不得擅自修改操作参数。
在运行过程中，由于种种原因可能导致产品氢气不合格。经再线氢气分析仪检测发现后，须通过操纵进氢气缓冲罐前的放空阀K203进行限流放空，直至合格为止，然后继续进氢气缓冲罐。

故障与处理方法
发生故障是指外界条件供给失常或吸附系统本身在运行过程中操作失调某一部分失灵，引起产品纯度下降。
在故障原因未查明前装置不需停车，可继续观察，待故障查明后决定视情况而定。常见故障如下：
一、界外条件供给失常
1. 原料气带水
原料气中的机械水进入吸附塔会导致吸附剂逐渐失效。此时应停车，检查带水原因及程度，做出相应处理。
2. 停电
停电时，程控器无输出，装置处于停车状态，可按*四章紧急停车处理。
3. 仪表空气压力下降
本装置要求仪表空气压力不低于0.5MPa，否则气动阀将无常操作。导致各吸附塔工作状态混乱，产品质量下降，此时应停车处理。
二、操作失调
吸附系统运转过程是否正常，关键是各吸附塔的再生状况是否良好。系统操作失调会立即或逐步使塔的再生恶化。由于吸附过程是周期循环过程，因此只要其中一个吸附塔再生恶化，会很快波及和污染到其它吸附塔，终导致产品质量下降。
1. 原料处理量与循环时间
吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附能力是定量的，一旦处理量改变，应该对其吸附时间进行调整。
原料处理量大，塔内气速则快，气体容易穿透床层，应缩短循环时间；
原料处理量小，塔内气速则慢，气体不容易穿透床层，应延长循环时间；
2. 顺放气量
吸附时间延长或缩短，而均压阀K102未能及时调整，当均压气量过多时，正在均压得那个吸附塔的吸附*提前突破，不仅污染了正升压的那个吸附塔，也使均压吸附塔本身出口部分吸附剂提前被污染，在实施二次、三次均压时，被升压的那个吸附塔污染更严重；均压气量过少，吸附塔的氢利用率降低，逆放初压力偏高，，也会降低氢气的回收率。
三、吸附系统故障
吸附系统故障是指在运转过程中某一部分失灵，引起产品纯度下降；工作程序混乱，严重的使装置无法运行。
可能发生的故障有以下几种：
1. 故障现象：现场各塔的压力指示与程控器显示的工作状态不一致，例如：该均压的不均压；均压后两个塔压力同时上升；该逆放的不放空；均压后的气体全部放空；均压塔的压力不降等。
故障原因：程控阀该开的未开，该关的未关。
⑴、程控阀本身卡死
⑵、无输出信号，使程控阀不动作
故障处理方法：
⑴、如属于程控阀自身问题，为不影响生产，可先将其更换，拆下后将其进行修理；
⑵、如程控阀不动作，可从控制管路开始查，其顺序为：管路（包括气源）   电磁阀   线路    程控机有无输出，并做相应处理。
2. 程控机故障
其故障表现在无信号输出、程序不切换、停留于某一状态或程序执行紊乱。
出现此种情况时及时通知供应商进行维修。
四、产品纯度的调整方法：
产品纯度下降表明吸附塔在吸附步骤中杂质祖坟以达到吸附塔的出口端，其原因主要是操作调节不当，或是自控系统发生故障。一旦找出原因，经处理后应尽快恢复至正常操作状态。调整的有效方法一是低负荷（小的处理量）运转一段时间；二是缩短循环时间。如果二者结合起来更好，产品纯度恢复更快。但注意缩短循环时间要保证均压和终充所需的时间。

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。
氢气的基本特性
分子式为H2，分子量2.0158，系无色、无味的可燃气体，气体密度0.0899Kg/M3，熔点-259.18℃，沸点-252.8℃（760mmHg柱），自燃点400℃，爆炸限：4.1-74.2％，微溶于水、醇、及各种液体，常温稳定，在高温下有催化剂时很活泼，易燃、易爆，能与很多金属和非金属化和。氢气不能供给呼吸，故在高浓度下能使人窒息。
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