变压吸附PSA法制氢操作规程完整.docx

1、变压吸附PSA法制氢操作规程完整变压吸附（PSA）法变 换 气 制 氢操 作 手 册（工艺部分）XXXX化工有限公司2009年9月第一章 前言第二章 工艺说明第一节 装置概述第二节 一段系统工作原理和过程实施第三节 二段系统工作过程第四节 工艺流程第三章 变压吸附装置的开停车第一节 系统的置换第二节 系统仪器仪表及自控系统开车前的准备工作第三节 系统试车第四节 系统运行调节第五节 系统停车第六节 系统停车后的再启动第四章 安全技术第一节 概述第二节 本装置有害物质对人体的危害及预防措施第三节 装置的安全设施第四节 氢气系统运行安全要点第五节 消防第六节 安全生产基本注意事项第五章 安全规程第一

2、章 前 言 本装置是采用两段法变压吸附（Pressure Swing Adsorption简称PSA）工艺分离原料气，获得合格的二氧化碳及产品氢气。其中一段将原料气中二氧化碳分离提浓（98.5%）后送往下工段，脱除部分二氧化碳后的中间气再经二段完全脱除CO2及其他杂质气体，使产品氢气中H2含量99.9%。装置设计参数如下：原料气组成（V）： H2 N2 CO2 CO CH4 4143% 0.52% 5560% 0.52% 1.0% 处理能力： 4500Nm3/h中间气CO2含量： 10%（V）产品氢气中H2含量： 99.9%产品气CO2浓度： 98.5%吸附压力：一段 0.720.977 MP

3、a（G） 二段 0.70.957 MPa（G）吸附温度： 40 本装置为吹扫解吸PSA脱碳工艺，就本工艺特点而言，氢气中杂质含量越低，氢气等气体回收率就越低。所以操作中不应单纯追求氢气的纯度，而应视实际需要，控制适当纯度，以获较高的经济效益。在启动和运转这套装置前，要求操作人员透彻地阅读这份操作手册，因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂损坏。本手册中所涉及压力均为表压，组成浓度均为体积百分数，以下不再专门标注。第二章 工艺说明第一节 装置概述本装置由两个系统组成，即一段和二段。一段采用12个吸附塔1塔同时吸附8次均压吹扫工艺，二段采用4个吸附塔1塔同时吸附1次均压2次吹扫工艺，其示意图如

4、图1-1所示。逆放气、吹扫气 装置紧急放空图1-1 工艺方块示意图来自压缩机出口温度40，压力为0.751.0MPa二氧化碳含量约55%的原料气首先进入气水分离器（V0101）除去原料气中的游离态水后进入一段，分离出高浓度二氧化碳(98.5%)并送往下工段，同时降低中间气中二氧化碳浓度。一段系统包括气水分离器（V0101）、吸附塔（T0101A-L）、二氧化碳缓冲罐（V0102）等设备。出一段的中间气进入二段，二段系统将中间气中CO2及其它杂质气体充分脱除，使出二段系统的产品氢气纯度99.9%，二段包括吸附塔（T0201AD）、产品氢气缓冲罐（V0201）、吹扫气缓冲罐（V0202 V0205

5、）等设备。第二节 一段系统工作原理和实施过程变压吸附的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分又有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。变压吸附（PSA）法脱除变换气中二氧化碳，即根据上述原理，利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择吸附变换气中的气态水、有机硫和无机硫及二氧化碳。就本装置而言，变换气先进入一段系统处于吸附状态的吸附床吸附，当吸附床吸附饱和后，通过8次均压降充分回收床层死空间中的

6、氢氮气，同时增加床层死空间中二氧化碳浓度，整个操作过程在入塔原料气温度下进行。整个工艺采用十二台吸附塔完成，其工作步骤如下（以A塔为例）：每个吸附塔在一次循环中需经历：吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、四均降（E4D）、五均降（E5D）、六均降（E6D）、七均降（E7D）、八均降（E8D）、顺放（PP）、逆放（BD）、 吹扫（P）、二段升（2ER）、八均升（E8R）、隔离（I）、七均升（E7R）、六均升（E6R）、五均升（E5R）、四均升（E4R）、三均升（E3R）、二均升（E2R）、一均升（E1R）、终升（FR）等二十三个步骤。1）吸附（A）来自气水分离器的变

7、换气，经程控阀KV101A,从A塔下端入塔，在吸附工作压力下自下而上地流经吸附床时，气流中二氧化碳被吸附剂选择性地吸附，吸附二氧化碳后气体经KV102A从塔顶排出并输往二段系统。当二氧化碳的吸附前沿接近吸附床出口时，即停止进料和输出中间气。此时吸附前沿到出口端之间尚留一段“未吸附饱和的吸附剂”预留段。2）一均降（E1D）A塔吸附停止后，通过程控阀KV103A、KV103C、与C塔进行压力均衡，即A塔与C塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、C两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间内的部分氢气，其组成与输出的中间气基本相同。3）二均降（E2D

8、）一均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV103A、KV103D与D塔进行压力均衡，即A塔与D塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、D两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。4）三均降（E3D）二均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV104A、KV104E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、E两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。5）四均降（E4D）三均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV104A、KV104F与F塔进行压力均衡，即A塔与F塔出口连通。此时A

9、塔的吸附前沿继续向前推进，当A、F两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。6）五均降（E5D）四均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV105A、KV105G与G塔进行压力均衡，即A塔与G塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、G两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。7）六均降（E6D）五均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV105A、KV105H与H塔进行压力均衡，即A塔与H塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、H两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。8）七均降（E7D

10、）六均降结束后，A塔内还有较高压力，通过程控阀KV106A、KV106I、KV109A、KV109I与I塔进行压力均衡，即A塔与I塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、I两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。此时，需继续均压。9）八均降（E8D）七均降结束后，A塔内尙有一定压力，通过程控阀KV106A、KV106J、KV109A、KV109J与J塔进行压力均衡，即A塔与J塔上、下端都连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、J两塔压力基本平衡后， A塔的吸附前沿刚到出口端，此时，停止均压。到这一过程结束时，A塔内死空间气体被充分回收，其吸附剂也基本上被利用。10）顺放

11、PP均压结束后接着进行顺放，开启程控阀 KV106A、KV109A并根据情况开启程控阀 KV111、KV112，当顺放气中二氧化碳浓度接近98.5%时关闭开启的程控阀。该过程目的是提纯床层中二氧化碳的浓度以满足下工段生产的要求。11）逆放BD经过顺放步序后，A塔内最后剩余气体为高浓度二氧化碳产品气，开启程控阀 KV110A、并根据情况开启KV113，利用调节阀PIC101匀速的将气体在规定的时间内回收至二氧化碳缓冲罐。在逆放过程中随着压力的逐步降低被吸附二氧化碳解吸出来，故此过程要求吸附床最终压力越低越好。12）. 吹扫（P）逆放结束后，利用从二段系统吹扫气缓冲罐V0205来的吹扫气，通过程控

12、阀KV108A让吹扫气从吸附塔顶端进入吸附塔A。吹扫气通过床层时因存在浓度差被吸附二氧化碳解吸出来，使吸附剂获得再生。从塔底排出的气体中二氧化碳浓度达到要求的通过程控阀KV110A回收至二氧化碳缓冲罐，其余部分则停留在吸附塔A内。经过吹扫后吸附剂得到较好的再生，接着进行床层升压过程。13）二段升（E2R）吹扫结束后，利用从二段系统吹扫气缓冲罐V0204来的混合气，通过程控阀KV107A让混合气从吸附塔顶端进入吸附塔A。此过程主要是回收二段吹扫气中的氢气并对A塔进行升压。14）. 八均升（E8R）二段升结束后，通过程控阀KV106A、KV106D、KV109A、KV109D与D塔进行压力均衡，即

13、A塔与D塔进出口均连通。L塔对A塔进行八均升，L塔进行八均降。15）. 隔离（I）八均升压结束后，关闭A塔所有程控阀，使A塔与系统完全隔离16）. 七均升（E7R）隔离结束后，通过程控阀KV106A、KV106E、KV109A、KV109E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔进出口均连通。E塔对A塔进行七均升，E塔进行七均降。17）. 六均升（E6R）七均升结束后，通过程控阀KV105A、KV105F与F塔进行压力均衡，即A塔与F塔出口连通。F塔对A塔进行六均升，F塔进行六均降。18）. 五均升（E5R）六均升结束后，通过程控阀KV105A、KV10G与G塔进行压力均衡，即A塔与G塔出口连通。G塔

14、对A塔进行五均升，G塔进行五均降。19）. 四均升（E4R）五均升结束后，通过程控阀KV104A、KV104H与H塔进行压力均衡，即A塔与H塔出口连通。H塔对A塔进行四均升，H塔进行四均降。20）. 三均升（E3R）四均升结束后，通过程控阀KV104A、KV104I与I塔进行压力均衡，即A塔与I塔出口连通。I塔对A塔进行三均升，I塔进行三均降。21）.二均升（E2R）三均升结束后。通过程控阀KV103A、KV103J与J塔进行压力均衡，即A塔与J塔出口连通。J塔对A塔进行二均升，J塔进行二均降。22）. 一均升（E1R）二均升结束后。通过程控阀KV103A、KV103K与K塔进行压力均衡，即A

15、塔与K塔出口连通。A塔进行一均升，K塔进行一均降。对A塔的一系列均压过程，不但回收了各塔死空间内的氢和提高了A塔的压力，而且还将A塔残存的少量杂质，推向吸附塔的进口端，起着吸附剂的“更新”作用。通过8次升压，吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。23）. 终升（FR）即为最终充压，利用L吸附塔吸附过程的中间气，把A塔压力提高到操作压力。中间气经阀KV102A由A塔出口端充入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。这一过程同样也有把A床内少量杂质组分再一次推向入口端的作用。通过8次充压及终升，吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。其余7个塔的操作

16、步骤与A塔完全相同，只是在时间上按一定程序相互错开。第三节 二段系统工作过程二段系统脱除中间气中二氧化碳及其它气体杂质，即利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择吸附中间气中的二氧化碳和其它气体而使气体得以净化。当吸附床压力降低时，被吸附的组分就得以解吸，使吸附床按一定的顺序变动压力，就组成连续分离气体混合物的（PSA）装置。整个操作过程在入塔原料气温度下进行。一、二段系统吸附剂的再生 吸附塔压力降至低压：首先顺着吸附方向降至某一中间压力（均压、顺放），以回收床层死空间（系指吸附塔内除去吸附剂外的所有空间）的产品气，接着是逆着吸附的方向降至低压（逆放），此时被吸附的杂质组分从吸附剂中解吸

17、，并排出吸附塔； 通过吹扫进一步将吸附剂吸附的二氧化碳解吸出来；二、净化系统吸附塔工作步骤如下（以A塔为例）：每个吸附塔在一次循环中需经历：吸附（A）、一均降（E1D）、顺方（PP）、逆放（BD）、吹扫二（P2）、吹扫一（P1）、一均升（E1R）、终升（FR）等8个步骤。1）吸附（A）来自一段的中间气，经程控阀KV201A,从A塔下端入塔，在吸附工作压力下自下而上地流经吸附床时，气流中二氧化碳被吸附剂选择性地吸附，吸附二氧化碳后气体经KV202A从塔顶排出，其中的一部份气体通过KV208用作最终充压气，而大部分气体输往下工段。当二氧化碳的吸附前沿接近吸附床出口时，即停止进料和输出氢气。此时吸附

18、前沿到出口端之间尚留一段“未吸饱和的吸附剂”预留段。2）一均降（E1D）A塔吸附停止后，通过程控阀KV203A、KV203C立即与C塔进行压力均衡，即A塔与C塔出口连通。此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、C两塔压力基本平衡后，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间内的部分氢气，其组成与输出的产品氢气基本相同。3）顺放（PP）一均降结束后，打开程控阀KV204A、塔内气体从吸附塔上端排出并分别通过程控阀KV209A/B、KV210A/B依次进入顺放缓冲罐V0202、V0203、作为二次吹扫气源。顺放结束后，关闭程控阀KV204A、KV209A/B、KV210A/B。4）

19、逆放（BD）顺放结束后，将A塔内高压部分气体通过程控阀KV206A、KV211回收至逆放气缓冲罐V0204用于一段二段升升压，其余压力较低部分根据情况通过KV212回收至吹扫气缓冲罐V0205用作一段系统吹扫，同时不回收的气体可通过KV213放空。这一过程的目的是将吸附的杂质解吸出来，使吸附剂得到初步再生，此过程要求吸附床降到最低压力。5）吹扫二（P2）逆放结束后，打开程控阀KV205A、KV214利用顺放缓冲罐V0203中气体对A塔进行吹扫，使吸附剂获得再生，吹扫时气体通过调节阀PV0203匀速缓慢的通过吸附塔以达到最佳吹扫效果，解吸气通过KV214去吹扫气缓冲罐V0205或通过KV215部

20、分放空。6）吹扫一（P1）吹扫二结束后，打开程控阀KV205A、KV214利用顺放缓冲罐V0202中气体对A塔进行吹扫，使吸附剂再次获得再生，吹扫时气体通过调节阀PV0202匀速缓慢的通过吸附塔以达到最佳吹扫效果，解吸气通过KV214去吹扫气缓冲罐V0205或通过KV215部分放空。经过两次吹扫后吸附剂完成再生过程，接着进行升压。7）一均升（E1R）吹扫一结束后，通过程控阀KV203A、KV203C与C塔进行压力均衡，即A塔与C塔出口连通。A塔进行一均升，C塔进行一均降。对A塔的均压过程，不但回收了各塔死空间内的氢气和提高了A塔的压力，而且还将A塔残存的少量杂质，推向吸附塔的进口端，起着吸附剂

21、的“更新”作用。8）终升（FR）即为最终升压，利用D吸附塔出塔产品气，把A塔压力提高到操作压力。中间气经阀KV208、KV203A由塔出口端充入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。这一过程同样也有把A床内少量杂质组分再一次推向入口端的作用。A塔通过一次升压和终升，吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。其余3塔的操作步骤与A塔完全相同，只是在时间上按一定程序相互错开。第四节 工艺流程一、装置一段一段系统工艺流程见工艺流程图，压力为0.977MPa温度小于40的原料气由界外送入一段系统，先经气水分离器（V0101）除去游离水后进入处于吸附步骤的1个塔，由下而上通过床层，

22、出塔中间气送入二段系统。当被吸附杂质的浓度前沿接近床层出口时，关闭吸附塔的进出口程控阀，使其停止吸附，通过8次均压步骤回收床层死空间的氢气，然后先少量顺放以提纯床层二氧化碳浓度，再逆着吸附方向降压，回收二氧化碳气体供下工段使用。逆放结束后，利用二段吹扫气解吸吸附的杂质，使吸附剂得到再生同时回收吹扫气中的氢气。吹扫结束后利用二段升压气体对吸附塔升压，然后用一段系统均压气和中间气对床层逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。二、装置二段二段系统工艺流程见工艺流程图，中间气进入二段中处于吸附步骤的1个塔，由下而上通过吸附塔，出吸附塔产品氢气送往下一工段。当吸附杂质的浓度前沿接近吸

23、附剂床层出口时，关闭吸附塔的中间气进口阀和产品气出口阀，使其停止吸附，通过1次均压步骤回收吸附床层死空间的有效气体。然后进行顺放，将塔内气体依次放入V0202、V20203 两个顺放缓冲罐为吹扫做准备。顺放结束后进行逆放，即将吸附塔气体中可回收部分通过程控阀KV206、KV211放入逆放气缓冲罐（V0204），逆放解析气去一段作为二段升气源，其余不可回收气体则通过程控阀KV213放空至常压，被吸附杂质排入大气使吸附剂得到初步再生。逆放结束后开始吹扫，V0202、V0203两个顺放气缓冲罐中气体通过调节阀PIC202、PIC203缓慢匀速对吸附塔进行逐次吹扫，以进一步解吸吸附剂上残留的吸附杂质使

24、吸附剂得到完全再生。吹扫解吸气通过缓冲罐V0205缓冲后作为一段吸附剂再生气源吹扫一段。吹扫结束后，利用二段系统均压气和产品气对床层逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。第二章 变压吸附装置的开停车第一节 系统的置换一、置换用气：用纯度大于99.5%（V）压力为0.5MPa的氮气(或惰性气体)置换二、置换步骤.启动油压系统，让所有程控阀关闭。.打开置换用氮气管线手动阀V116向系统充入置换气，置换气经过气水分离器V0101后从从管道PG0103上排污阀后端法兰处排出大气，同时打开气水分离器排污阀、安全阀的前端法兰和手动阀的放空管及原料气入口盲板进行置换，直到排出口含氧量低

25、于0.5%为止，然后关闭气水分离器排污阀、手动放空阀及安全阀前手动闸阀，装好安全阀的前端法兰，全关上述手动阀。当水分离器V0101和PG0103置换合格后，充压至0.05Mpa(表压).一段吸附塔区、对应管道及其相连缓冲罐的置换： 吸附塔的置换 打开手动阀V101、V216、V217打开吸附塔T0101A的程控阀KV101A和KV107A、KV108A，视情况打开净化段相关阀门，置换放空气经净化段吸附塔后通过V218放空。当吸附塔T0101A置换合格后关闭手动阀V216、V217，充压至0.05Mpa(表压)，关闭程控阀KV101A和KV107A、KV108A；同理置换吸附塔T0101BL。吸

26、附塔区管道的置换 依次打开PG0105的排污阀、吸附塔T0101A的程控阀KV101A和KV103A，当PG0105置换合格后关闭PG0106的排污阀，充压至0.05Mpa(表压)，关闭程控阀KV101A和KV103A；同理置换PG0106、PG0107、PG0108、PG0109、PG0110、PG0111、PG0112、PG0113；依次打开吸附塔T0101A的程控阀KV101A和KV106A，管道PG0109上的排污阀，当PG0113置换合格后关闭该管道上的排污阀，打开管道VT103上手动阀V109、程控阀KV111，将该段管线置换合格，关闭V109、程控阀KV111，充压至0.05Mp

27、a(表压)，关闭程控阀KV101A和KV106A；同理置换VT0104、VT0105、PG0115、PG0116、PG0117。 二段吸附塔区、对应管道及其相连缓冲罐的置换：吸附塔的置换 打开手动阀V103、V201A、V218程控阀KV101A、KV102A，打开吸附塔T0201A的程控阀KV201A和KV202A，当吸附塔T0201A置换合格后关闭程控阀KV202A，充压至0.05Mpa(表压)，关闭程控阀KV101A、KV102A、KV201A；当PG0203置换合格后关闭手动阀V218，打开手动阀V202、V201B进行置换。同理置换吸附塔T0201BD。吸附塔区管道的置换 打开管道P

28、G0204的排污阀、吸附塔T0201A的程控阀KV203A当PG0204置换合格后关闭该管道上程控阀KV203A；同理置换PG0205 PG0208。打开手动阀V205A/B、V220，再打开程控阀KV201A、KV204A、KV209A/B，对该管线PG0210、VT0205进行置换至合格后关闭V205A/B、V220、KV209A/B。同理置换PG0211及该管线上的放空管道，打开程控阀KV210A/B、V206A/B和V222，合格后关闭该手动阀。按照同样的方法对PG0212、PG0213进行置换。打开手动阀V213、程控阀KV201A、KV206A、KV213，对管线VT0202进行置

29、换至合格后关闭上述阀门。用同样的方法置换管道VT0203、PG0215、PG0216以及其相关联的放空管线。 缓冲罐的置换 打开缓冲罐V202的放空阀和排污阀、程控阀KV201A、KV204A、KV209A/B对缓冲罐V202进行置换，当置换合格后关闭缓冲罐V0202的放空阀和排污阀充压至0.05Mpa(表压)后，关闭所有阀门。用同样的方法对缓冲罐V0203 V0205进行置换。三、置换要求取样分析其中的氧含量，直到氧含量低于0.5%为止。四、置换结束 检查保证系统与外界隔离。第二节 系统仪器仪表及自控系统开车前的准备工作一、对现场压力表和温度计按要求进行调校，在其量程范围内，测量精度不得低于

30、1.5级； 二、对压力变送器按要求进行调校，在其量程范围内，测量精度不得低于1.5级，通入420mA电流，检查零位和满度是否正确；。三、用标准气对CO2 在线分析仪按要求进行调校并合格。 当通入标准气时，CO2在线分析仪的指针应指示在标准气中CO2含量处，当向标准气加入少量空气时，测量值应下降。如果不是上述情况，需查故障，直至符合为止；四、用标准气对H2 在线分析仪按要求进行调校并合格。 当通入标准气时，H2在线分析仪的指针应指示在标准气中H2含量处，当向标准气加入少量空气时，测量值应下降。如果不是上述情况，需查故障，直至符合为止；五、按流量计的使用说明书进行调校和标定，并确定流量计有关系数。

31、以上所有仪器仪表的调校和标定必须经当地主管技术监督机构的认可；五、检查微机油压控制系统 微机控制器的主控讯号经过电磁阀、换向站实现电液转换后，驱动现场各程控阀动作，微机报警系统由程控阀阀位检测系统及成分分析系统（AIRA101、AIRA102、AIRA201）发讯控制。 系统按要求安装完毕后，应严格按程序检查电磁阀接线是否有误。逐一核对微机控制器对程控阀的编号与现场对程控阀的编号是否按设计要求一一对应。然后，启动油压系统，动态检查程控阀的开关是否符合设计要求，程控阀阀位位置传感器是否正常。 仔细反复核对输入微机控制器的程控阀开关是否符合程控阀开关时序图的要求（微机控制器、程控阀、油压系统等联动后检查），对主要程控阀开关时序图和备用程控阀开关时序图都必需仔细反复核对。 在定时状态下任意设置可调时间，开启电源，程序即从初始状态开始执行，仔细反复核对控制程序是否符合设计要求。阅读控制系统使用说明书，仔细检查控制系统各功能是否正常。 仔细检查仪表电源和电磁阀驱动电源是否有足够的备品。 仔细检查油压系统的压力和液位是否接入控制系统，报警功能是否符合设计要求。 仔细检查装置各个压力、分析等报警功能是否符合设计要求。六、油泵电气联锁试验启动脱碳装置油压系统，油压压力调定到4.55.0MP