制氢单元技术操作规程.docx
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制氢单元技术操作规程
制氢单元技术操作规程
一、岗位说明
1.基本原理
本装置采用变压吸附工艺技术从焦炉气中提取纯氢，其基本原理是利用固体吸附剂对气体的吸附有选择性，以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
本装置工艺流程根据原料组份比较复杂的特点分为四个工序：
脱萘脱硫工序、压缩预处理工序、变压吸附工序和脱氧干燥工序。
解吸气
精脱萘
焦炉气脱萘脱硫压缩
除油TSA
加热器
冷却器
加热器
甲醇驰放气减
压后
产品气干燥脱氧
PSA
2.技术参数
2.1．原料气
焦炉煤气组成
组成
H2
O2
N2
CH4
CO
CO2
CnHm
∑
V%
50
0.6
12.2
24
8.2
2.4
2.6
100
焦炉煤气中杂质含量（mg/Nm3）
成分
H2S
萘
焦油
BTX
有机硫
NH3
洗油雾
含量
1000
500
20
5000
200
100
300
输入压力：
～5KPa
温度：
常温
流量：
1500Nm3/h
2.2．产品气
质量要求：
H2≥99.9%；其中O2≤10ppmv，CO+CO2≤10ppmv，全硫≤0.5ppmwt，水含量≤30ppmwt，NH3-N≤0.5mg/Nm3，氯≤0.1mg/Nm3。
压力：
1.4Mpa
温度：
≤40℃
流量：
600Nm3/h。
2.3．解吸气
压力：
～0.02Mpa
温度：
≤40℃
流量：
900Nm3/h。
3.工艺说明
3.1．脱萘脱硫工序（100#）
从界外来的焦炉煤气在压力5KPa常温下进入脱萘器脱除大部分萘、焦油、硫化氢等，再进入脱硫器脱除硫化氢。
本工序有台脱萘器、2台脱硫器和1台再生加热器，2台脱萘器并联操作，一塔吸附，另一塔再生。
吸附饱和的脱萘器大约10天再生一次，再生使用换热器将解吸气加热到150℃后通入脱萘器进行再生，接着用经冷却器冷却的解吸气冷吹进行降温，再生解吸气返回焦炉煤气系统，不对环境产生污染。
两台脱硫器一开一备，吸附饱和后更换脱硫剂，半年全部更换一次。
3.2．压缩预处理工序（200#）
经过脱萘脱硫后的净化气经压缩机一级出口增压后进入精脱萘器，进一步脱除其中的高沸点杂质组分，然后再返回压缩机经二、三级增压到1.5Mpa后，进入除油器除去压缩所带的油，然后再进入预处理器，进一步脱除其中的烷烃、芳烃、硫化物等，得到符合变压吸附原料气要求的净化气。
预处理后的焦炉煤气进入变压吸附工序。
本工序包含2台压缩机、2台精脱萘器、2台预处理器、2台解吸气加热器、1台再生气冷却器。
2台压缩机一开一备；2台精脱萘器可串并联操作，吸附饱和后在再生方法与脱萘器再生方法一致；2台除油器可串并联操作，交替轮换使用，一台投运时，另一台更换吸附剂备用。
除油吸附剂失效后更换。
2台预处理器并联操作，交替轮换使用，通过程控阀来实现。
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，然后再用常温解吸气冷吹降温，冷吹解吸气和再生的解吸气经再生冷却器降温后进入解吸气管网。
预处理系统工作顺序如下：
塔号
工艺步骤
T0203A
A
D
H
C
R
T0203B
D
H
C
R
A
程控阀的编号和作用如下：
KV20IX
预处理的器编号:
A,B
阀门的功能
01---原料气进口阀
02---净化气出口阀
03－再生气进口阀
04－再生气出口阀
05－再生气加热进口总阀
06－冷吹气进口总阀
07－再生气出口、逆放总阀
08－解吸气出口阀
09－升压阀
本工序编号
程序控制切换阀
预处理器的作用：
预处理器由吸附塔T0203A、T0203B及一系列程控阀构成。
作用是进一步除掉原料气中的高烃类物质、硫化物等杂质，防止带入300#吸附塔使吸附剂中毒。
预处理系统的工作过程：
（以吸附塔T0203A为例）
1、吸附步骤：
程控阀KV201A、KV202A打开、从除油器送来的原料气进入吸附塔，在吸附压力下杂质被吸附，净化气进入300#。
2、逆放步骤：
吸附完成后程控阀KV201A、KV202A关闭，打开程控阀KV204A，吸附塔内的气体去解吸气管道。
逆放前期逆放气经过限流阀送出，限流阀的作用是缓慢泄压，防止泄压过快对吸附剂或低压管线造成冲击，逆放步骤后期开阀KV207。
逆放步骤结束时吸附塔的压力降至常压。
逆放步骤期间300#的解吸气经程控阀KV208送出对除萘器进行冷吹。
3、加热步骤：
逆放步骤结束后程控阀KV204A、KV207不关闭，再打开程控阀KV203A、KV205。
来自300＃工序的解吸气作再生气体，经加热器（E0201）加热至150℃进入吸附塔T0203A，吸附的杂质被热气体带出吸附塔经程控阀KV204A、KV207排出。
4、冷吹步骤：
加热结束后关闭程控阀KV205、打开程控阀KV206，再生气不经过加热器直接经过KV203A进入吸附塔T0203A对吸附塔进行冷吹至环境温度。
5、充压步骤：
当吸附塔完成吸附剂的再生工作后，需要为下一次吸附做准备必须充压。
充压用净化的气体经限流阀、程控阀KV-209对再生好的塔缓慢充压至吸附压力。
至此，预处理吸附器的一次循环完成，充压步骤期间300#的解吸气经程控阀KV208送出对除萘器进行冷吹。
3.3．变压吸附工序（300＃）
3.3.1.工作原理：
变压吸附工艺的原理是利用所采用的吸附剂对不同组份的吸附量随压力的不同而呈现差异的特性，使氢气和其它杂质实现分离。
在一定吸附压力下，净化后的焦炉煤气进入300＃吸附床，吸附容量较大的强吸附组份N2、CH4、CO、CO2被吸附留在床层，而较小吸附容量的弱吸附组份H2从床层出口端输出，得到大于99.9%的H2，吸附饱和的吸附剂减压和冲洗使其解吸。
本装置为六塔流程，微机控制程控阀门进行切换，整个过程在低于40℃下进行。
使用焦炉煤气作为原料气时，系统采用6－2－3/P主程序。
此时每个吸附塔在一次循环中都经历吸附（A）,第一级压力均衡降（E1D）、第二级压力均衡降（E2D）、顺向放压（PP）、第三级压力均衡降（E3D）、逆向放压（D）、冲洗（P）、第三级压力均衡升（E3R）、第二级压力均衡升（E2R）、第一级压力均衡升（E1R）、最终升压（FR）等十一个步骤。
3.3.2.装置运行方式：
运行方式
在线吸附床数
同时执行吸附步骤的吸附床数
均压次数
吸附床再生步骤
6-2-3/p
6
2
3
逆放、冲洗
3.3.3.过程说明:
程控切断阀的编号和作用如下：
KV30Ix
塔的编号A～F
阀门功能
01－进气阀
02－出气阀
03－逆放阀
04－顺放、二均、三均阀
05－终充、一均阀
06－四均、冲洗阀
07－逆放一总阀
本工序编号
程序控制切断阀
以6-2-3/P方式运行，其中两台吸附器处于进入原料气、产出氢气的吸附步骤，其余四台吸附器处于吸附剂再生的不同步骤。
每个吸附器经历相同的步骤程序，只是时间上相互错开，以下表方式排列，即可达到原料气不断输入、产品氢连续稳定输出。
6-2-3/P工艺步骤
分周期
1
2
3
4
5
6
步位
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
T0301A
A
E1D
E2D
PP
E3D
D
P
E3R
E2R
IS
E1R
FR
T0301B
E1R
FR
A
E1D
E2D
PP
E3D
D
P
E3R
E2R
IS
T0301C
E3R
E2R
IS
E1R
FR
A
E1D
E2D
PP
E3D
D
P
T0301D
E3D
D
P
E3R
E2R
IS
E1R
FR
A
E1D
E2D
PP
T0301E
E1D
E2D
PP
E3D
D
P
E3R
E2R
IS
E1R
FR
A
T0301F
A
E1D
E2D
PP
E3D
D
P
E3R
E2R
IS
E1R
FR
A
现以吸附器T0301A为例说明6－2－3/P方式运行时在一次循环周期内各工艺步骤的工艺过程。
（所有程序控制阀的开关动作均由微机控制完成）
（1）吸附（A）
开启程控阀KV301A、KV302A。
原料气通过KV301A进入A塔，原料气中除H2外组分在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的H2（净化气）经KV302A向外输出净化气。
当杂质组分的吸附前沿到达吸附塔某一位置时关闭阀KV301A、KV302A，停止原料气进入和净化气输出。
床内保持吸附时的压力，此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂。
（2）第一级压力均衡降（简称一均降，E1D）
A塔吸附步骤停止后,即开启程控阀KV305A及KV305D，使A塔出口端与刚结束二均升步骤的D塔以出口端相连通，A塔内死空间气体（系指吸附剂颗粒之间的空间及吸附剂颗粒内部孔隙的气体）由A塔出口端经KV305A、KV305D阀，从A塔出口端进入D塔。
该步骤结束时，A、D两塔压力基本上达到平衡，而A塔内杂质吸附前沿还未到达出口端。
（3）第二级压力均衡降（简称二均降，E2D）
关闭程控阀KV305A，继续开启KV305D（用于D塔下一步终充），开启KV304A、KV304E，使A塔出口端与刚结束三均升步骤的E塔以出口端相连通，A塔内死空间气体（系指吸附剂颗粒之间的空间及吸附剂颗粒内部孔隙的气体）由A塔出口端经KV304A、KV304E阀，从A塔出口端进入E塔。
该步骤结束时，A、E两塔压力基本上达到平衡，而A塔内杂质吸附前沿还未到达出口端。
（4）顺放（PP）
关闭KV304E阀，继续开启KV304A阀，开启KV306F使A塔出口端通过HV-302与F塔连接进行顺向放压，进一步回收A塔内死空间气体，顺放气对F塔进行冲洗再生。
该步骤结束时，A塔内杂质吸附前沿仍未到达出口端。
（5）第三级压力均衡降（简称三均降，E3D）
关闭KV306F，继续开启KV304A阀，开启KV304F使A塔出口端与F塔出口端连接进行压力均衡，进一步回收A塔内死空间气体，该步骤结束时，A、F两塔压力基本上达到平衡，此时A塔内杂质吸附前沿刚好到达出口端，吸附剂得到充分利用。
（6）逆向放压（简称逆放，D）
A塔三均降结束后，塔内所剩余的气体逆向进行降压。
逆放气经过KV303A缓慢输出。
逆放前期逆放气通过KV307进入解吸气缓冲罐，逆放后期通过HV-303进入解吸气混合罐。
在此过程中大部分被吸附的杂质组份脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生。
逆放步骤结束时，吸附塔A内压力接近常压（约0.02MPa）。
（7）冲洗（P）
A塔逆放结束后，需对A塔进行进一步再生，此时打开KV306A，用B塔的顺放气通过HV-302对A塔进行冲洗再生。
（8）第三级压力均衡升（简称三均升，E3R）
开启阀KV304A、KV304B，A塔利用B塔的三均降气体进行三均升，充压结束时两塔压力大致相等，继续开启KV304A用于下一步A塔进行二均升，关闭KV304B。
（9）第二级压力均衡升（简称二均升，E2R）
继续开启阀KV304A、开启KV304C，A塔利用C塔的二均降气体进行二均升，充压结束时A塔与C塔压力大致相等，关闭KV304A，继续开启KV304C用于C塔下一步顺放。
（10）第一级压力均衡升（简称一均升，E1R）
开启阀KV305A、开启KV305D，A塔利用D塔的一均降气体进行一均升，充压结束时两塔压力大致相等，关闭KV305D。
（11）最终升压（FR）
A塔经历一均升步骤后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力。
这时阀KV305A仍开启，通过终充调节阀HV-301，由净化气管道引少量气体对A塔进行最终升压，直到A塔压力基本上达到吸附压力为止。
至此，A塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便进行下一次循环。
3.4脱氧干燥工序（400#）
3.4.1.工艺原理
本工序由脱氧、干燥两部分组成。
在使用焦炉煤气作为原料气时，从300#出来的半成品氢气中尚含有少量氧。
在脱氧器中，这些微量氧在钯催化剂作用下生成水。
其反应式如下：
H2+1/2O2→H2O（g）+242（KJ/mol）
生成的水经干燥器除去。
3.4.2.过程说明
（1）脱氧系统由脱氧前加热器（E0401）、脱氧器（R0401）、脱氧后冷却器（E0402）和脱氧水分离器（V0401）组成脱氧系统。
从300＃来的半成品氢气中尚含有1000－3000PPM浓度的氧。
由于含量较低，当它通过催化剂层与氢反应时，生成的热量较少，不足以维持正常的反应温度。
故在脱氧塔（R0401）前需在加热器（E0401）中将氢气预热。
反应温度维持在50℃－100℃之间。
脱氧后的氢气经冷却后去干燥部分。
（2）干燥系统
该系统由气水分离器（V0402）、干燥器（T0401A,B）、预干燥器（T0402）、氢气加热器（E0403）、氢气冷却器（E0404）等组成。
它是一个等压的变温吸附过程。
通过三个四通程控切断阀（KV401A、KV401B、KV401C）和流量调节阀FV－401来实现整个循环过程。
干燥与再生均处于~1.5Mpa压力下。
等压TSA工艺步骤和程控阀开关图：
（四通阀接口：
左a:
右c:
上b:
下d）
分周期
1
2
3
4
T0401A
A
H
C
T0401B
H
C
A
T0402
A
H
A
H
KV401A（a←→b,d→c）
KV401A（a←→d,b→c）
KV401B（b←→c,d→a）
KV401B（a←→b,d→c）
KV401C（b←→c,a→d）
KV401C（a←→b,c→d）
由图可知，每个循环每个塔都必须经历，吸附、加热、冷却三个步骤，并通过四通程控阀来实现。
其中KV401B、KV401C是同步的，每经历两个分周期动作一次。
脱氧后的氢气含有水分，必须进行干燥处理。
下面（以塔T0401A为例）介绍干燥过程：
由干燥塔、预干燥器、氢气加热器、氢气冷却器、水分离器及4通程控球阀KV401A、KV401B、KV401C构成“等压干燥”过程。
每塔的一次循环有：
1、吸附：
大部分待干燥气体经调节阀FV-401、程控球阀KV401B的d→a通道进入干燥塔，水分被吸附，吸附压力约1.5MPa。
干燥后的气体作为产品气经程控球阀KV401C的a→d通道、流量计FIQ402、调节阀PV401送出界区。
2、加热：
程控球阀KV401B、KV401C转动90度，小部份的含水氢气经流量计FIC401、程控球阀KV401A的a→b通道、预干燥器、氢气加热器、程控球阀KV401C的d→a通道进入干燥塔对其加热，把水分带出吸附塔。
再经程控球阀KV401B的a→b通道、KV401A的d→c通道、氢气冷却器、水分离器对水分进行分离排出。
除水以后的气体返回调节阀FV-401之后至干燥塔入口重新干燥。
再生气体的流量大小由调节阀FV-401调节控制，通常流量为总流量的1/4～1/3。
加热完成时吸附塔出口气体温度为60～100℃。
3、冷吹：
程控球阀KV401A转动90度，冷的再生气体经KV401A的a→d通道、KV401B的b→a通道进入干燥塔进行降温，出塔气体经KV401C的a→b氢气加热器对预干燥器进行加热，排出预干燥器里水分。
再经KV401A的b→c通道到氢气冷却器、水分离器排掉水分后返回调节阀FV-401之后至干燥塔入口。
当干燥塔出口气体的温度接近常温，冷吹结束。
至此，吸附塔的一次循环结束。
整个干燥过程是在压力约1.5MPa下进行，所以称为等压干燥。
二、自动控制系统及工艺过程参数检测
1.过程控制
1.1..程序控制系统
装置所有的程控阀都是由PLC控制系统按预先设定的运行方式、步位和步骤关系，输出4～20mA电信号，经电磁先导阀将电信号转换成气信号驱动程序控制阀，实现变压吸附。
本装置的操作运行采用定时控制。
程控阀的开关状态及吸附塔的工作状态可通过计算机显示器上的流程图反映出来，并能通过实时趋势图和程控阀阀检反馈信号诊断出程控阀的一些故障。
当程控阀不能正常开关时，系统会出现报警同时计算机可自动寻找较为安全、恰当的步位，将有故障的吸附塔切出。
1.2.主要操作功能键含义
置零：
使程序回到初始状态（从时序表第一分周期第一小步）开始运行。
装置正常运行时严禁使用！
仅限自检状态下检查程序用。
自检：
此时计算机不输出信号，现场程控阀全部关闭；主画面里的阀门开关、工作状态、执行时间等照常按程序运行和显示。
暂停：
使程序保持在该步骤，现场程控阀不管是开启还是关闭也保持该状态，直至退出暂停为止。
步进：
立即进入执行下步程序。
自动/手动：
自动，所有程控阀的开和关都是按程序和输入的各步时间自动进行；手动，可任意选择一个或多个程控阀手动（用鼠标点击显示器流程图上的阀位）控制开关。
2.流量计量系统
2.1.原料气流量累积、指示（FIQ-301）
刻度流量：
0～2000Nm3/h
操作值：
1500Nm3/h（焦炉煤气）作用：
用于集中显示记录原料气流量的瞬时流量和累积流量值，反映装置的处理能力及
生产效率，为工厂的经济核算提供依据。
2.2.再生气流量指示、控制（FIC-401）
刻度流量：
0～500Nm3/h
控制调节对象：
通过调节阀FV-401控制脱氧干燥工序再生气气量
作用：
用于集中显示记录脱氧干燥工序再生气的气量，并拖过控制FV-401调节再生气气量的大小。
2.3.产品氢气流量累积、指示（FIQ-402）
刻度流量：
0～800Nm3/h
操作值：
600Nm3/h
作用：
用于集中显示记录产品氢气流量的瞬时流量和累积流量值，反映装置的生产能力及生产效率，为工厂的经济核算提供依据。
3.温度远传系统
3.1.解吸气加热器出口温度指示（TI-101）量程范围：
0～200℃操作值：
150℃
3.2.解吸气冷却器出口温度指示（TI-102）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.3.脱萘器上部温度指示（TI-103A/B）量程范围：
0～200℃操作值：
150/40℃
3.4.脱萘器下部温度指示（TI-104A/B）量程范围：
0～200℃操作值：
150/40℃
3.5.甲醇驰放气温度指示（TI-105）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.6.解吸气温度指示（TI-106）量程范围：
0～200℃操作值：
150/40℃
3.7.解吸气加热器出口温度指示（TI-201）量程范围：
0～200℃操作值：
150℃
3.8.解吸气温度指示（TI-202）量程范围：
0～100℃操作值：
70℃
3.9.半产品气温度指示（TI-301）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.10.解吸气温度指示（TI-302）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.11.原料气温度指示（TI-303）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.12.产品气温度指示（TI-401）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.13.半产品气温度指示（TI-402）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.14.干燥再生气温度指示（TI-403）量程范围：
0～100℃操作值：
40℃
3.15.热吹加热器出口温度指示（TI-404）量程范围：
0～200℃操作值：
150/40℃
3.16.冷吹加热器出口温度指示（TI-405）量程范围：
0～100℃操作值：
150/40℃
3.17.脱氧气温度指示、高报警（TIA-406）量程范围：
0～200℃操作值：
120℃报警值：
130℃
4.控制调节系统
4.1.原料焦炉煤气压力指示（PI-101）
量程范围：
0～10Kpa
作用：
指示原料焦炉煤气压力。
4.2.脱萘器压力记录（PR-102A/B）
量程范围：
0～25Kpa
作用：
指示记录脱萘器压力。
4.3..脱硫器压力记录（PR-103A/B）
量程范围：
0～25Kpa
作用：
指示记录脱硫器压力。
4.4.甲醇驰放气压力指示、控制（PIC-104）
控制调节对象：
通过调节阀PV-104控制甲醇驰放气压力量程范围：
0～4.0Mpa，操作值：
2.55Mpa
作用：
当甲醇驰放气压力低于设定值时PV104调节阀自动开大；反之PV104调节阀自动关小，保证甲醇驰放气压力稳定。
4.5.解吸气压力指示、控制（PIC-105）控制调节对象：
通过调节阀PV-105控制解吸气压力量程范围：
0～40Kpa，操作值：
20Kpa
作用：
当解吸气压力低于设定值时PV105调节阀自动关小；反之PV105调节阀自动开大，保证解吸气压力稳定。
4.6.压缩机进出口压力指示、控制、报警（PICAL-201、PICAH-202）
控制调节对象：
通过调节阀PV-201控制压缩机进出口压力
量程范围：
0～10Kpa（201），0～2.5Mpa（202）操作值：
5Kpa（201）1.5MPa（202）报警值：
1Kpa（201）、1.55Mpa（202）
作用：
当压缩机入口压力低于设定值或出口高于设定值时发出报警；入口压力低于设定值时PV-201开大，出口高于设定值时PV-201开大，保证进出口压力稳定。
4.7.精脱萘器压力记录（PR-203A/B）
量程范围：
0～0.4Mpa
作用：
指示记录精脱萘器压力。
4.8.除油器压力记录（PR-204A/B）
量程范围：
0～2.5Mpa
作用：
指示记录除油器压力。
4.9.预处理器压力记录（PR-205A/B）
量程范围：
0～2.5Mpa
作用：
指示记录预处理器压力。
4.10.吸附器工作压力指示、控制、报警（PICAL-301）
控制调节对象：
通过调节阀PV-301控制吸附压力
量程范围：
0～4.0Mpa
操作值：
2.55Mpa（甲醇驰放气）、1.5MPa（焦炉煤气）
报警值：
2.45Mpa（甲醇驰放气）、1.45MPa（焦炉煤气）
作用：
吸附压力低于设定值时报警，吸附压力高于设定值时PV-301开大，低于设定值时
PV-301关小，保证吸附压力稳定。
4.11.解吸气压力指示、控制（PIC-302）
控制调节对象：
通过调节阀PV-302控制解吸气压力
量程范围：
0～60Kpa
操作值：
20Kpa
作用：
当解吸气压力低于设定值时PV302调节阀自动开大；反之PV302调节阀自动关小，保证解吸气压力稳定。
4.12.解吸气缓冲罐压力指示（PI-101）
量程范围：
0～0.4Mpa
作用：
指示解吸气缓冲罐压力。
4.13.原料气压力指示、报警（PIAH-304）
量程范围：
0～4.0Mpa
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