阿克苏变压吸附提氢原理气体回收变压吸附提氢

阿克苏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。
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。

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超过规定值是结束。
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，实行第二次压力平衡，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，实行第三次压力平衡，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。

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，可按第四章紧急停车处理。
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均压和终充所需的时间。

工艺流程中的主要设备：
1.吸附塔（A、B、C、D、E）
五个吸附塔是装置中的关键设备。本吸附塔结构设计为直筒式，气体部分采用下进上出方式，气体进出口均设有气体分布装置，以利于进体的分布并阻止吸附剂的外漏。
2.真空泵
本装置配有真空泵两台（一开一备），用于吸附塔的真空解析。真空泵的使用可大大提高产品气的纯度，并可提高产品回收率，降低运行成本。
3.真空缓冲罐
真空缓冲罐是为真空泵而配置的。吸附工艺过程中，按程序设置，真空泵多数时间是在抽真空缓冲罐，与KS132和KS133程控阀相配合，利用真空缓冲罐容积大的特点，短时间内可将吸附塔的压力抽空至较低状态，满足工艺生产要求。
4.压力调节阀
为全系统的稳定操作，在变压吸附装置出口安装有系统压力调节阀，其压力采样点在重整制氢系统的重整气缓冲罐上。调整压力调节阀的设置，可改变系统的操作压力。
一般情况下，系统操作压力设置完成后，不要随意进行改变。
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。