常州变压吸附提氢原理气体回收变压吸附提氢
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。
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,以整个装置可随时投入运行。
在投入原料气之前,还用干燥、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。
停车和停车后再启动
停车分为三种情况:
1. 正常停车—有计划的停车;
2. 紧急停车—突然停电或装置出现故障要立即停车;
3. 临时停车—因故不超过1小时的停车。
一、正常停车:
正常停车是有计划的停车,停车前通知本装置前后有关工序,然后按下述步骤实施正常停车:
1. 关闭装置原料气阀。
2. 关闭装置产品气出口阀,使系统保持全封闭状态。
3. 停控制器电源,停氢分仪电源,关取样阀。
4. 系统保压(各吸附塔均应保持正压)
二、紧急停车:
1. 迅速关闭装置原料气阀
2. 迅速关闭装置产品气出口阀
3. 根据现场具体情况,可参照正常停车步骤处理。
三、临时停车:
1. 点击控制器停止按钮,关闭所有程控阀,使吸附系统工作步骤保持在当前状态;
2. 根据需要,关闭原料气阀;
3. 根据需要,关闭产品气出口阀。
四、长期停车
1. 同正常停车1、2操作步骤;
2. 将各吸附塔压力按手动操作逐步放空至压力为零为止;
3. 在原料气通入置换氮气;
4. 按手动操作控制按钮,对各吸附塔进行氮气置换,直至塔内含氢量在区(小于3%H2)
5. 同正常停车3、4操作步骤。
五、停车后再启动
1. 正常停车或长期停车后再启动
按第三章方法执行。长期停车,在启动前整个装置是否需要氮气置换应视具体情况而定。
2. 紧急停车后启动
紧急停车后,各塔基本上都保持在正常工作状态,因停车后控制器具有记忆功能,控制器应处于停车时的程序步骤。打开控制器的电源,直接点击启动按钮装置即可启动。
3. 临时停车后启动,只要各吸附塔压力状态与控制器处于的程序步骤是一致的,直接点击启动按钮装置即可启动。
4. 如果在停车时关闭了原料气阀和产品气出口阀,应在开车前打开。
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。
生产基本注意事项
1. 操作人员按操作手册规定操作,凡新来人员经过教育和操作法学习。未经技术和操作法考试合格者,不准进行立操作。
2. 操作人员在上班时着装整齐,不准携带易燃易爆物品进入现场,严格遵守劳动纪律,严格进行交接班,严格进行巡回检查,严格控制工艺指标,严格执行操作规程,严格执行有关规定。
3. 本装置界区内应随时保持清洁,不应堆有易燃易爆物质,尤其在交通要道上不得堆放物品,交通要道畅通。
4.本装置界区内应置有消防器材,操作人员应知道消防器材的放置地点和使用方法,平时严禁乱动;消防器材每年定期检查。
5.设备在未卸去压力时,禁止修理工作有焊接、拧紧螺丝,并禁止使用铁器敲击设备。
6. 设备使用的压力表检验合格并打上铅封。如压力表指针不回零或误差大于其级数时,不得继续使用。每年校验压力表一次,并打上铅封。
7. 严禁在本装置区内吸烟和动火。凡有爆炸及燃烧气体的容器和管道检修需动火前,应报请厂相关部门同意,先用氮气置换、吹扫后,经现场分析合格,并采取了措施,领取动火证后方可动火。
没有批准动火证,不与生产系统隔离,不进行清洗置换合格,不把易燃易爆物,不按时做动火分析,没有消防措施及无人监护,严格禁止动火。
8. 确保设备、管道、阀门的气密性,检修后还应试漏、置换,合格后方能开车。使用过程中应杜绝气体泄漏现象。
9. 仪表系统发生故障时,应由仪表人员进行修理。仪表人员应与工艺操作人员密切配合,在停车检修后再启动时,注意吸附塔内的压力,以防发生高压逆放现象。