PSA-制氢操作规程.doc

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山西诚宏福得一化工有限公司

30万吨/年粗苯加氢精制项目一期工程

PSA-制氢系统

操

作

手

册

编制：

李祖玉审核：

康立贤

第一章安全规范

一、氢气的基本特性：

众所周知，氢气是一种易燃易爆的气体，在大气压力和室温下系无色、无味、无毒的气体。

它的沸点很低（20.4K），同时也无腐蚀性。

但在高温下（﹥260℃），它将腐蚀某些金属，如碳钢，它与金属中的碳起作用产生“氢脆”现象。

氢是所有元素中最轻的一种，分子量为2。

对空气的比重为0.7（空气比重为1，密度为0.09kg/m3最小，它还具有高度的渗透性，氢气在空气中爆炸范围是4.0~75.6%，氢气不能供给呼吸，故在高浓度下能使人窒息，氢气的自然点为560℃

本装置产品为氢气，按火灾分类法属C级火灾；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）。

二、氢气系统岗位要求：

1、输入系统的氢气含氧量不得超过0.5%

2、氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。

3、管道、阀门和水封装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。

4、设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或携带式可燃性气体防爆检测仪，禁止使用明火。

5、不准在室内排放氢气，吹洗置换，放空降压，必须通过防空管排放。

6、当氢气发生大量泄漏或聚积时，应立即切断气源，进行通风，不得进行可能发生火花的一切操作。

7、新安装或大修后的氢气系统必须做耐压实验、清洗和气密试验，符合有关的检验要求，才能投入使用。

8、氢气系统吹洗置换，一般可采用氮气（或其它惰性气体）置换法或注水排气法。

氮气置换应符合下列要求：

⑴氮气中含氧量不得超过3%；

⑵置换必须彻底，防止死角末残留余气；

⑶置换结束，系统内氧或氢的含量必须连续三次分析合格。

9、氢气系统动火检修，必须保证系统内部和动火区域氢气的最高含量不超过0.4%

10、防止明火和其它激发能源，禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体；不得携带火种进入禁火区；选用铜质或铍铜合金工具；穿棉质工作服和防静电鞋。

三、消防：

1、供氢站应按有关规定设置消防用水，并应根据需要配备“干粉”、“1211”和“二氧化碳”等轻便灭火器材或氮气，蒸汽灭火系统。

2、氢气着火应采取下列措施：

⑴切断电源；

⑵冷却、隔离、防止火灾扩大；

⑶保持氢气系统正压状态，以防回火。

3、氢气火焰不易察觉，救护人员应防止外露皮肤烧伤。

四、制氢工段岗位规程：

1、操作人员必须按操作手册规定，凡新来人员，必须经过安全教育和操作法学习。

实习操作技术，未经安全技术和操作法考试合格者，不准进行独立操作。

2、操作人员在上班时必须穿着整齐，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，严格执行操作票，严格执行有关安全规定。

3、本装置界区内随时保持清洁，不应堆有易燃易爆物质，尤其在交通要道上更不得堆放物品，以保证交通要道畅通。

4、本装置界区内应设有消防器材，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，绝对禁止任何修理工作及焊接、拧紧螺丝，并禁止使用铁器敲击设备。

6、设备使用的压力表必须是检验合格并打上铅封的，如严厉表指针不回零或误差大雨其级数时，不得继续使用。

每年必须校验一次压力表，并打上铅封。

对于采用压力变送器压力指示仪表在使用前必须校好零点。

7、严禁在本装置界区内吸烟和动火，凡有爆炸及燃烧气体的容器及管道检修需动火前，即应报请厂安全技术科及车间同意，先用氮气置换、吹净，经现场分析合格，并采取了安全措施，领取动火证后方可动火。

防止违章动火，没有批准的动火证，不与生产系统隔绝，不进行清洗置换合格，不把周围易燃易爆物消除，不按时动火分析，没有消防措施及无人监护，严禁动火。

8、确保设备、管道、阀门的气密性。

检修后还应试漏，合格后方能开车，使用过程中随时注意杜绝气体泄漏现象。

9、定期检查设备接地，防雷设施是否处于完好状况。

10、仪表系统发生故障时应由仪表人员修理。

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，必须注意吸附塔内的压力，以防发生高压逆放现象。

技术规程

一、概述

600Nm3/h焦炉煤气变压吸附制氢（PSA-H2）项目是粗苯加氢精制装置的重要部门，为粗苯加氢精制装置提供纯度≥99.9%的高纯度氢气（净化粗苯中的杂质）。

本装置采用变压吸附制氢（简称PSA）法从焦炉煤气（简称COG）中提取氢气。

本装置采用变压吸附法，因此，原料气中不应含有任何液体和气体。

1、原料气组成

组成

H2

N2

CH4

CO

CO2

CmHn

O2

V％

59.50

1.50

26.00

4.50

3.50

4.0

1.0

杂质组成

H2S

COS

萘

NH3

焦油灰尘

mg/Nm3

100

153

250

100

1010

原料气温度：

≦40℃

原料气压力：

4-6Kpa表压

原料气流量：

1260Nm3/h

2、产品气组成

氢气纯度

H2

H2O

O2

∑S

CH4

NH-N2

CO+CO2

含量V％

99.9

≦30PPm

≦10PPm

≦0.5PPm

≦30PPm

≦0.5PPm

≦10PPm

产品气温度：

≦40℃

产品气压力：

≧1.2Mpa

产品气流量：

600Nm3/h

3、解吸气组成

组成

H2

O2

N2

CH4

CO

CO2

CmHn

合计

含量V％

20.42

1.61

2.97

51.00

9.01

7.00

8.00

100.00

解吸气温度：

≦40℃

解吸气压力：

0.02Mpa

解吸气流量：

658.21Nm3/h

二、工艺说明

1、工艺原理

变压吸附的基本原理是：

利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。

变压吸附提氢技术就是根据变压吸附的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的CO、CO2、CH4等杂质组分，而氢气等少量不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，而通过降低吸附床层的压力使被吸附的CO、CO2、CH4等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生，同时达到提氢的目的。

吸附器内的吸附剂对不同组分的吸附是定量的，当吸附剂对有效组分的吸附达到一定量后，有效组分从吸附剂上能有效的解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有使用意义。

故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生阶段。

对每个吸附器而言，吸附过程是间歇的，必须采用多个吸附器循环操作，才能连续制取产品气。

多床变压吸附的意义在于：

保证在任何时刻都有相同数量的吸附器处于吸附状态，使产品气能连续稳定地输出；保证适当的均压次数，使产品有较高的回收率。

焦炉煤气中杂质较多，组成十分复杂，随原料煤不同有很大变化，除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2等外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等，后者都是高沸点、大分子量的组分，很难在常温下解吸，对变压吸附采用的吸附剂而言，吸附能力相当强，这些组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降，因此本装置采用两种不同的吸附工艺，变温吸附工艺和变压吸附工艺。

2、工艺流程叙述

本装置分为四个主要工艺过程：

脱萘及压缩，预处理，变压吸附制氢，后处理等工序

脱萘及压缩

预处理

变压吸附制氢

后处理

②解吸气

③产品气

①原料气

装置界区：

除油脱萘器

压缩机

精脱萘器

预处理器

除油器

原料气

脱氧冷却器

脱氧器

脱氧加热器

精脱硫器

吸附器

解吸气加热器

干燥系统

解吸气冷却器

产品H2

解吸气

装置界区流程框图

工艺流程

1）100#预净化工序

原料焦炉煤气在压力4-6Kpa、温度≦40℃的条件下进入100#预净化工序，脱出焦炉煤气中的焦油、萘、H2S、NH3、HCN等杂质，得到杂质较少的净化气。

该工序主要由2台脱油脱萘器（T0101）、1台焦炉煤气压缩机（K1301）、2台精脱硫器（T0201）、1台电加热器（E0102）及一系列手动阀组成。

原料气进入2台可串并联操作的脱油脱萘器，脱油脱萘器内装填有不同选择性的吸附剂，可交替进行吸附和再生过程，实现连续运行。

当其中一台脱油脱萘器吸附饱和后，立即将焦炉煤气切换到另一台脱油脱萘器进行净化，而吸附饱和的脱油脱萘器则用过热水蒸气（～400℃）进行再生，再生废液排入污水池进行集中，定期处理。

再生结束时用一定量解吸气对脱油脱萘器进行冷吹降温，冷吹气经冷却器降温后返回解吸气系统。

脱油脱萘后的净化气经压缩机一级增压到0.22Mpa，进入2台可串并联操作的精脱萘器，内装高效脱萘剂，脱除萘和硫化氢。

当其中1台精脱萘器吸附饱和后，用电加热器（E0201）加热到~400℃左右的过热蒸汽进行再生，再生废液排入污水池集中，定期处理。

再生结束后用一定量解吸气对精脱萘器进行冷吹降温，冷吹气经冷却器降温后返回解吸气系统。

2）200#预处理工序

经脱萘脱硫后的净化气通过200#预处理，进一步脱除其中的烷烃、芳烃、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合变压吸附原料气要求的净化气。

本工序由1台焦炉煤气压缩机（k1301），2台除油器（T0202），2台预处理器（T0203），1台解吸气加热器（E0201），1台冷却分离器（E0202），13台程序控制阀和一系列手动阀组成。

净化气经压缩机二、三级增压到1.4MPa后，进入2台除油器，内装除油剂，脱除压缩机所带油份等，除油器可串并联操作。

除油剂吸附饱和后更换。

除油后的原料气再进入到2台预处理器进行处理，2台预处理器并联操作，交替轮换使用，通过程序控制程序控制阀来实现。

再生时，解吸气经加热器加热到150℃左右对预处理器进行再生，再用常温解吸气冷吹降温，冷吹解吸气和再生的解吸气经冷却分离器降温后进入解吸气管网。

3）300#PSA-H2工序

经过预处理的焦炉煤气进入300#PSA-H2系统，获得氢纯度≥99.5%，氧含量约为0.4%的半产品气，不合格的半产品气经程序控制阀返回到压缩前的原料气中。

解吸气作为200#预处理工序的再生气和冷吹气。

装置主程序采用6-2-3/P工艺，主要由6个吸附塔（T0301），1台产品气缓冲罐（