PSA提氢装置操作规程

1、Q/QHGL/J14（05）00012014PSA提氢装置操 作 规 程2014年1月1日发布 2014年1月1日实施中国石油青海油田分公司格尔木炼油厂发布PAGE 1 前 言本规程是在Q/QHGL/J-14-0001-2011的基础上，根据炼油化函（2011）71号关于修订炼化生产装置操作规程的通知相关精神要求，进行了全面性的修订工作。本次修订的主要内容有：1、工艺技术规程：增加2012年大检修技改内容，完善原料质量指标、操作条件，明确各种化工原料材料的有效组分含量等质量指标。2、操作指南：补充分系统具体操作要求，细化和量化关系到装置安全和长周期运行的操作条件，将操作控制失效与事故处理预案相

2、结合，并结合装置实际运行情况，落实优化操作条件下的小指标控制范围。3、开工规程：补充投用前安全检查及界面交接内容，增加开工风险分析、环境因素识别及消减措施内容，强调燃料气管线投用、加热炉点炉前的安全确认步骤。4、停工规程：增加停工风险分析、环境因素识别及消减措施内容。5、专用设备操作规程：结合装置专用设备实际运行情况及长周期运行要求，完善专用设备操作规程。6、基础操作规程：将现行操作卡变更的内容修订拓展到操作规程中，使两者内容保持一致，强调冷换设备升温、降温过程，补充辅助设备的操作要求。 7、事故处理预案：补充装置HAZOP分析提出的安全风险及防范措施，与操作指南中操作控制失效相结合，补充停电

3、状态下同时停供蒸汽、氮气、循环水、净化风等工况下事故处理预案，结合实际操作，将装置事故处理程序与全厂应急处理预案相结合, 提升事故处理的可操作性。8、操作规定：完善内、外操岗位定期工作规定，补充交接班管理规定、巡回检查管理规定、设备维护保养管理规定、冬季防冻防凝操作规定等。9、仪表控制系统操作规程：补充自保联锁的逻辑控制规程，补充现场报警仪表使用方法。10、安全环保操作规程：完善安全环保规定、补充三级防控操作规程。11、附录：进一步更新、完善、细化附录内容。审 批 表签 字日 期执 笔车间主任年 月 日参加编制设备管理科年 月 日质量安全环保科年 月 日生产运行科年 月 日工艺技术科年 月 日

4、打字排版审 批年 月 日校 对目 录TOC o 1-4 h u HYPERLINK l _Toc17681 目 录 PAGEREF _Toc17681 3 HYPERLINK l _Toc22898 第一章 工艺技术规程 PAGEREF _Toc22898 8 HYPERLINK l _Toc11671 1.1 装置概况 PAGEREF _Toc11671 8 HYPERLINK l _Toc21565 1.2 工艺原理 PAGEREF _Toc21565 8 HYPERLINK l _Toc12858 1.2.1吸附剂 PAGEREF _Toc12858 81.2.2吸附分离方法 HYPER

5、LINK l _Toc4923 PAGEREF _Toc4923 18 HYPERLINK l _Toc4923 1.2.3变压吸附气体分离装置 PAGEREF _Toc4923 18 HYPERLINK l _Toc32577 1.3 工艺流程说明 PAGEREF _Toc32577 20 HYPERLINK l _Toc2783 1.3.1 0113A甲醇驰放气PSA提氢装置 PAGEREF _Toc2783 20 HYPERLINK l _Toc13624 1.3.2 0113B混合气PSA提氢装置 PAGEREF _Toc13624 21 HYPERLINK l _Toc13828 1

6、.4 工艺原则流程图 PAGEREF _Toc13828 24 HYPERLINK l _Toc15819 1.5 工艺指标 PAGEREF _Toc15819 25 HYPERLINK l _Toc10978 1.5.1 原料指标 PAGEREF _Toc10978 25 HYPERLINK l _Toc573 1.5.2 半成品、成品指标 PAGEREF _Toc573 26 HYPERLINK l _Toc32463 1.5.3 公用工程指标 PAGEREF _Toc32463 26 HYPERLINK l _Toc9992 1.5.4 主要操作条件 PAGEREF _Toc9992 2

7、7 HYPERLINK l _Toc27326 1.5.5 原材料消耗、公用工程消耗及能耗指标 PAGEREF _Toc27326 27 HYPERLINK l _Toc26603 第二章 操作指南 PAGEREF _Toc26603 30 HYPERLINK l _Toc24360 2.1 操作原则 PAGEREF _Toc24360 30 HYPERLINK l _Toc5650 2.1.1 正常操作法 PAGEREF _Toc5650 30 HYPERLINK l _Toc922 2.1.2 工艺参数对操作的影响 PAGEREF _Toc922 33 HYPERLINK l _Toc22

8、846 2.1.3 吸附塔操作时序 PAGEREF _Toc22846 35 HYPERLINK l _Toc23170 2.1.4吸附步序描述 PAGEREF _Toc23170 40 HYPERLINK l _Toc25344 2.1.5正常操作说明 PAGEREF _Toc25344 44 HYPERLINK l _Toc8103 2.2 操作指南 PAGEREF _Toc8103 62 HYPERLINK l _Toc29421 2.2.1 0113A 氢气外送压力控制 PAGEREF _Toc29421 62 HYPERLINK l _Toc9224 2.2.2 0113B外送氢气压

9、力控制 PAGEREF _Toc9224 63 HYPERLINK l _Toc27745 2.2.3 0113B外送解吸气压力控制 PAGEREF _Toc27745 64 HYPERLINK l _Toc11013 第三章 开工规程 PAGEREF _Toc11013 67 HYPERLINK l _Toc26621 3.1 0113A甲醇驰放气提氢装置开工规程 PAGEREF _Toc26621 67 HYPERLINK l _Toc18078 3.1.1 开工要求 PAGEREF _Toc18078 67 HYPERLINK l _Toc32293 3.1.2 开工准备 PAGEREF

10、 _Toc32293 67 HYPERLINK l _Toc4706 3.1.3 开工统筹图 PAGEREF _Toc4706 69 HYPERLINK l _Toc8582 3.1.4 开工纲要 PAGEREF _Toc8582 70 HYPERLINK l _Toc9268 3.1.5 开工操作 PAGEREF _Toc9268 71 HYPERLINK l _Toc29282 3.1.6 说明 PAGEREF _Toc29282 80 HYPERLINK l _Toc3951 3.1.7 开工过程盲板表 PAGEREF _Toc3951 82 HYPERLINK l _Toc14619

11、3.1.8 开工过程风险评估 PAGEREF _Toc14619 83 HYPERLINK l _Toc13135 3.1.9 开工过程环境因素识别 PAGEREF _Toc13135 84 HYPERLINK l _Toc12796 3.2 0113B混合气提氢装置开工规程 PAGEREF _Toc12796 85 HYPERLINK l _Toc13645 3.2.1 开工要求 PAGEREF _Toc13645 85 HYPERLINK l _Toc6081 3.2.2 开工准备 PAGEREF _Toc6081 85 HYPERLINK l _Toc11226 3.2.3 开工统筹图

12、PAGEREF _Toc11226 87 HYPERLINK l _Toc31515 3.2.4 开工纲要 PAGEREF _Toc31515 88 HYPERLINK l _Toc30156 3.2.5 开工操作 PAGEREF _Toc30156 89 HYPERLINK l _Toc2718 3.2.6 说明 PAGEREF _Toc2718 97 HYPERLINK l _Toc24957 3.2.7 开工盲板表 PAGEREF _Toc24957 99 HYPERLINK l _Toc13353 3.2.8 开工过程风险评估 PAGEREF _Toc13353 100 HYPERLI

13、NK l _Toc10745 3.2.9 开工过程环境因素识别 PAGEREF _Toc10745 101 HYPERLINK l _Toc25595 第四章停工规程 PAGEREF _Toc25595 102 HYPERLINK l _Toc29902 4.1 0113A甲醇驰放气提氢装置停工规程 PAGEREF _Toc29902 102 HYPERLINK l _Toc4668 4.1.1 停工要求 PAGEREF _Toc4668 102 HYPERLINK l _Toc25838 4.1.2 停工准备 PAGEREF _Toc25838 102 HYPERLINK l _Toc235

14、10 4.1.3 停工统筹图 PAGEREF _Toc23510 103 HYPERLINK l _Toc6740 4.1.4 停工纲要 PAGEREF _Toc6740 104 HYPERLINK l _Toc25771 4.1.5 停工操作 PAGEREF _Toc25771 105 HYPERLINK l _Toc26085 4.1.6 说明 PAGEREF _Toc26085 109 HYPERLINK l _Toc11372 4.1.7 甲醇驰放气提氢装置停工过程盲板表 PAGEREF _Toc11372 110 HYPERLINK l _Toc31075 4.1.8 停工过程风险评

15、估 PAGEREF _Toc31075 111 HYPERLINK l _Toc29509 4.1.9 停工过程环境因素识别 PAGEREF _Toc29509 112 HYPERLINK l _Toc23548 4.2 0113B混合气提氢装置停工规程 PAGEREF _Toc23548 113 HYPERLINK l _Toc29874 4.2.1 停工要求： PAGEREF _Toc29874 113 HYPERLINK l _Toc28721 4.2.2 停工准备： PAGEREF _Toc28721 113 HYPERLINK l _Toc12860 4.2.3 停工统筹图 PAGE

16、REF _Toc12860 114 HYPERLINK l _Toc32308 4.2.4 停工纲要 PAGEREF _Toc32308 115 HYPERLINK l _Toc5364 4.2.5 停工操作 PAGEREF _Toc5364 116 HYPERLINK l _Toc3560 4.2.6 说明 PAGEREF _Toc3560 120 HYPERLINK l _Toc9185 4.2.7 混合气提氢装置停工盲板表 PAGEREF _Toc9185 122 HYPERLINK l _Toc30246 4.2.8 停工过程风险评估 PAGEREF _Toc30246 123 HYP

17、ERLINK l _Toc16060 4.2.9 停工过程环境因素识别 PAGEREF _Toc16060 124 HYPERLINK l _Toc29434 第五章 专用设备操作规程 PAGEREF _Toc29434 125 HYPERLINK l _Toc1967 5.1 干气压缩机 PAGEREF _Toc1967 125 HYPERLINK l _Toc25330 5.1.1 开机操作规程 PAGEREF _Toc25330 125 HYPERLINK l _Toc15349 5.1.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc15349 139 HYPERLINK l _Toc299

18、7 5.1.3 日常检查与维护 PAGEREF _Toc2997 141 HYPERLINK l _Toc31371 5.1.4 压缩机事故处理 PAGEREF _Toc31371 142 HYPERLINK l _Toc2169 5.2 产品氢气压缩机 PAGEREF _Toc2169 150 HYPERLINK l _Toc12624 5.2.1 开机操作规程 PAGEREF _Toc12624 150 HYPERLINK l _Toc22807 5.2.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc22807 156 HYPERLINK l _Toc27722 5.2.3 切换操作规程 PA

19、GEREF _Toc27722 159 HYPERLINK l _Toc32460 5.2.4 日常检查与维护 PAGEREF _Toc32460 163 HYPERLINK l _Toc24551 5.3 甲醇解吸气压缩机 PAGEREF _Toc24551 164 HYPERLINK l _Toc15331 5.3.1 开机操作规程 PAGEREF _Toc15331 164 HYPERLINK l _Toc3700 5.3.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc3700 173 HYPERLINK l _Toc30179 5.4 水环真空泵 PAGEREF _Toc30179 177

20、 HYPERLINK l _Toc10785 5.4.1 开泵操作规程 PAGEREF _Toc10785 177 HYPERLINK l _Toc30196 5.4.2 切泵操作规程 PAGEREF _Toc30196 179 HYPERLINK l _Toc8263 5.4.3 停泵操作规程 PAGEREF _Toc8263 181 HYPERLINK l _Toc24979 第六章 基础操作规程 PAGEREF _Toc24979 183 HYPERLINK l _Toc24533 6.1 离心式风机 PAGEREF _Toc24533 183 HYPERLINK l _Toc21970

21、 6.1.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc21970 183 HYPERLINK l _Toc15359 6.1.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc15359 185 HYPERLINK l _Toc8634 6.1.3 操作指南 PAGEREF _Toc8634 187 HYPERLINK l _Toc5554 6.2 干式空冷器 PAGEREF _Toc5554 189 HYPERLINK l _Toc16515 6.2.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc16515 189 HYPERLINK l _Toc2389 6.2.2 停机操作规程 PAGEREF _To

22、c2389 190 HYPERLINK l _Toc31421 6.2.3 操作指南 PAGEREF _Toc31421 191 HYPERLINK l _Toc3038 6.3 离心泵 PAGEREF _Toc3038 192 HYPERLINK l _Toc3492 6.3.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc3492 192 HYPERLINK l _Toc31046 6.3.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc31046 196 HYPERLINK l _Toc29236 6.3.3 切换操作规程 PAGEREF _Toc29236 198 HYPERLINK l _Toc

23、26589 6.3.4 操作指南 PAGEREF _Toc26589 202 HYPERLINK l _Toc27064 6.4 螺杆泵 PAGEREF _Toc27064 205 HYPERLINK l _Toc28437 6.4.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc28437 205 HYPERLINK l _Toc17845 6.4.2 切换操作规程 PAGEREF _Toc17845 207 HYPERLINK l _Toc12991 6.4.3 停泵操作规程 PAGEREF _Toc12991 207 HYPERLINK l _Toc31379 6.5 提升泵 PAGEREF

24、_Toc31379 208 HYPERLINK l _Toc25325 6.5.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc25325 208 HYPERLINK l _Toc25679 6.5.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc25679 209 HYPERLINK l _Toc779 6.6 往复泵 PAGEREF _Toc779 210 HYPERLINK l _Toc1950 6.6.1 启机操作规程 PAGEREF _Toc1950 210 HYPERLINK l _Toc15172 6.6.2 停机操作规程 PAGEREF _Toc15172 212 HYPERLINK l

25、_Toc28961 6.7 冷换设备 PAGEREF _Toc28961 212 HYPERLINK l _Toc24143 6.7.1 投用操作规程 PAGEREF _Toc24143 212 HYPERLINK l _Toc9960 6.7.2 停用操作规程 PAGEREF _Toc9960 215 HYPERLINK l _Toc10084 6.7.3 切换操作规程 PAGEREF _Toc10084 217 HYPERLINK l _Toc14090 6.8 取样操作规程 PAGEREF _Toc14090 219 HYPERLINK l _Toc13561 6.9 安全阀投用、切除操

26、作规程 PAGEREF _Toc13561 219 HYPERLINK l _Toc21498 第七章 事故处理预案 PAGEREF _Toc21498 220 HYPERLINK l _Toc3649 7.1 事故处理原则 PAGEREF _Toc3649 220 HYPERLINK l _Toc13437 7.2 紧急停工方法 PAGEREF _Toc13437 220 HYPERLINK l _Toc12737 7.2.1 A套紧急停工 PAGEREF _Toc12737 220 HYPERLINK l _Toc23672 7.2.2 B套紧急停工 PAGEREF _Toc23672 2

27、21 HYPERLINK l _Toc23933 7.3 事故处理预案 PAGEREF _Toc23933 221 HYPERLINK l _Toc23778 7.3.1 火灾事故处理预案 PAGEREF _Toc23778 221 HYPERLINK l _Toc1410 7.3.2 装置仪表风压力中断事故处理预案 PAGEREF _Toc1410 225 HYPERLINK l _Toc19622 7.3.3 全装置停电事故处理预案 PAGEREF _Toc19622 228 HYPERLINK l _Toc21471 7.3.4 DCS黑屏、死机事故处理预案 PAGEREF _Toc21

28、471 231 HYPERLINK l _Toc2361 7.3.5 甲醇驰放气中断事故处理预案 PAGEREF _Toc2361 235 HYPERLINK l _Toc9545 7.3.6 甲醇驰放气提氢装置解吸气压缩机（KT-101）跳车事故处理预案 PAGEREF _Toc9545 239 HYPERLINK l _Toc1323 7.3.7 甲醇驰放气提氢装置氢气外送中断事故处理预案 PAGEREF _Toc1323 242 HYPERLINK l _Toc20481 7.3.8 混合气提氢装置氢气外送中断事故处理预案 PAGEREF _Toc20481 246 HYPERLINK

29、l _Toc23553 7.3.9 混合气提氢装置原料气中断事故处理预案 PAGEREF _Toc23553 250 HYPERLINK l _Toc11948 7.3.10 混合气提氢装置解吸气压缩机（KT-102）跳车事故处理预案 PAGEREF _Toc11948 254 HYPERLINK l _Toc24085 7.3.11 装置氮气中断应急事故处理预案 PAGEREF _Toc24085 257 HYPERLINK l _Toc30536 7.3.12 装置中压蒸汽中断应急事故处理预案 PAGEREF _Toc30536 260 HYPERLINK l _Toc7256 7.3.1

30、3 装置循环水中断事故处理预案 PAGEREF _Toc7256 263 HYPERLINK l _Toc26206 7.3.14 停电状态下同时停公用工程的事故处理预案 PAGEREF _Toc26206 266 HYPERLINK l _Toc31518 7.4 事故处理预案演练规定 PAGEREF _Toc31518 269 HYPERLINK l _Toc18713 7.5 装置HAZOP分析安全风险及防范措施 PAGEREF _Toc18713 269 HYPERLINK l _Toc19555 第八章 操作规定 PAGEREF _Toc19555 273 HYPERLINK l _

31、Toc1280 8.1 定期工作规定 PAGEREF _Toc1280 273 HYPERLINK l _Toc13613 8.1.1 内操岗位定期工作规定 PAGEREF _Toc13613 273 HYPERLINK l _Toc29258 8.1.2 外操岗位定期工作规定 PAGEREF _Toc29258 273 HYPERLINK l _Toc32496 8.2 长期操作规定 PAGEREF _Toc32496 274 HYPERLINK l _Toc17977 8.2.1 交接班制度 PAGEREF _Toc17977 274 HYPERLINK l _Toc15648 8.2.2

32、 巡回检查管理制度 PAGEREF _Toc15648 276 HYPERLINK l _Toc29911 8.2.3 设备保养管理制度 PAGEREF _Toc29911 277 HYPERLINK l _Toc12378 8.2.4 冬季安全生产管理规定 PAGEREF _Toc12378 279 HYPERLINK l _Toc28168 8.2.5 装置开停工管理规定 PAGEREF _Toc28168 286 HYPERLINK l _Toc23497 8.3 临时操作规定 PAGEREF _Toc23497 288 HYPERLINK l _Toc30679 8.3.1 吸附剂装填

33、操作规定 PAGEREF _Toc30679 288 HYPERLINK l _Toc9901 8.4 装置长周期攻关工作规范和要求 PAGEREF _Toc9901 289 HYPERLINK l _Toc14425 第九章 仪表控制系统操作规程 PAGEREF _Toc14425 292 HYPERLINK l _Toc29494 9.1 DCS集散系统概述 PAGEREF _Toc29494 292 HYPERLINK l _Toc21422 9.2 主要工艺操作仪表逻辑控制说明及工艺控制流程图（PID） PAGEREF _Toc21422 294 HYPERLINK l _Toc743

34、5 9.2.1 装置的几种控制方案 PAGEREF _Toc7435 294 HYPERLINK l _Toc26327 9.2.2 控制仪表的常见故障及处理 PAGEREF _Toc26327 295 HYPERLINK l _Toc9526 9.2.3 系统控制回路的一般使用要求 PAGEREF _Toc9526 295 HYPERLINK l _Toc11907 9.2.4 变压吸附程序控制系统 PAGEREF _Toc11907 296 HYPERLINK l _Toc15951 9.2.5工艺操作仪表的逻辑控制说明 PAGEREF _Toc15951 296 HYPERLINK l

35、_Toc24834 9.3 装置自保的逻辑控制规程 PAGEREF _Toc24834 301 HYPERLINK l _Toc17176 9.3.1 联锁逻辑概述 PAGEREF _Toc17176 301 HYPERLINK l _Toc15605 9.3.2 联锁逻辑控制说明 PAGEREF _Toc15605 301 HYPERLINK l _Toc13039 装置自保的逻辑控制说明 PAGEREF _Toc13039 301 HYPERLINK l _Toc6785 .1甲醇解吸气压缩机KT101联锁说明 PAGEREF _Toc6785 301 HYPERLINK l _Toc27

36、318 催化干气压缩机KT102联锁说明 PAGEREF _Toc27318 302 HYPERLINK l _Toc31497 装置自保的逻辑控制图 PAGEREF _Toc31497 305 HYPERLINK l _Toc17959 9.3.3 装置自保的投用、切除及恢复操作说明 PAGEREF _Toc17959 309 HYPERLINK l _Toc13241 9.4 仪表及自动控制设备管理规定 PAGEREF _Toc13241 312 HYPERLINK l _Toc29875 第十章 安全生产及环境保护 PAGEREF _Toc29875 320 HYPERLINK l _T

37、oc29031 10.1 安全环保知识 PAGEREF _Toc29031 320 HYPERLINK l _Toc26196 10.2 安全环保规定 PAGEREF _Toc26196 334 HYPERLINK l _Toc2206 10.3 装置防冻防凝措施 PAGEREF _Toc2206 350 HYPERLINK l _Toc6144 10.4 本装置历史上发生的主要事故、处理方法及经验教训 PAGEREF _Toc6144 351 HYPERLINK l _Toc23239 10.5 本装置易燃易爆物的安全性质 PAGEREF _Toc23239 355 HYPERLINK l

38、_Toc1182 10.6 本装置主要有害物、介质 PAGEREF _Toc1182 356 HYPERLINK l _Toc8649 10.7 本装置污染物及主要排放部位 PAGEREF _Toc8649 361 HYPERLINK l _Toc26277 10.8 本装置三级防控操作规程 PAGEREF _Toc26277 364 HYPERLINK l _Toc15782 第十一章 附录 PAGEREF _Toc15782 367 HYPERLINK l _Toc6105 11.1设备明细表 PAGEREF _Toc6105 367 HYPERLINK l _Toc15308 11.2

39、主要设备结构图 PAGEREF _Toc15308 371 HYPERLINK l _Toc1982 11.3 装置平面布置图 PAGEREF _Toc1982 385 HYPERLINK l _Toc20029 11.4 可燃气体和硫化氢报警仪布置图 PAGEREF _Toc20029 386 HYPERLINK l _Toc18093 11.5 装置消防设施布置图 PAGEREF _Toc18093 387 HYPERLINK l _Toc22722 11.6 安全阀定压值 PAGEREF _Toc22722 388 HYPERLINK l _Toc21187 11.7 控制参数报警值 P

40、AGEREF _Toc21187 390 HYPERLINK l _Toc11443 11.8 常用基础数据 PAGEREF _Toc11443 396 HYPERLINK l _Toc31989 11.9 工艺原则流程图 PAGEREF _Toc31989 400 HYPERLINK l _Toc4138 11.10 PID图纸 PAGEREF _Toc4138 403第一章 工艺技术规程1.1 装置概况格尔木炼油厂两套PSA提氢装置均采用四川天一科技股份有限公司（西南化工研究设计院）开发的变压吸附气体分离及技术提纯氢气，装置于2009年3月动工，同年10月正式投料生产。本装置分A、B两套，

41、A套原料是甲醇装置未反应完的弛放气经过减压进入装置界区利用变压吸附（PSA）的技术从中分离H2 ，供下游各加氢装置使用，装置尾气（即解吸气）经加压后送至甲醇装置。B套原料是重整、催化等装置的含硫干气经过脱硫成净化干气进入装置界区利用变压吸附（PSA）的技术从中分离H2 ，经过压缩机K101A/B加压后并入A套氢气系统一起供下游各加氢装置使用，装置尾气（即解吸气）经加压后送至全厂瓦斯系统做燃料。本装置吸附剂为：活性氧化铝（吸附H2O、H2S）、活性碳（吸附C1及以上组分），硅胶（吸附CO2），5A分子筛（吸附CH4），使用寿命20年。脱氧剂（脱除O2）使用寿命5年。1.2 工艺原理吸附是指：当两

42、种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。其解吸过程一般也较困难。毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸气时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。一般需加热才能完全再生。物理吸附是指依靠

43、吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。 (PSA制氢装置中的吸附主要为物理吸附。)1.2.1吸附剂工业PSA制氢装置所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。吸附剂是吸附分离过程得以实现的基础，一般固体的表面都会有一定的吸附作用，但没有实际应用意义。能够在工业上使用的吸附剂最主要的特征

44、为固体内部具有多孔的结构，类似于海绵体状态，具有极大的内表面积，而一般固体的外表面积是微不足道的。吸附剂都是多孔性物质，具有较大的比表面积，从而具有较大的比表面自由能。自由能产生是由于固体表面原子所受的力处于不平衡状态，总是产生一个向着固体内部方向的合力，这个力会延伸到固体以外的空间，有从外界捕获其它原子以降低这种额外力的趋向，因此表面具有吸附各种分子的能力。当气体或液体分子被吸附在固体表面时，就会使力场达到平衡，固体表面自由能降低。自由能转变为热能，也就是吸附过程中放热的原因。工业吸附的性能要求实际工业应用中，由于不同的混合气（液）体系及不同的净化度要求，而采用不同的吸附剂，但作为吸附剂一般

45、都有如下的性能要求。具有大的比表面积在吸附过程中，吸附质在固体颗粒上的吸附多为物理吸附，由于这种吸附通常只发生在固体表面几个分子直径的厚度区域，单位面积固体表面所吸附的吸附质量非常小，作为工业吸附剂，需要有较大的吸附容量，因此必须有足够大的比表面积以弥补这一不足。吸附剂之所以具有如此大的比表面积，是因为它具有发达的微孔结构。具有较高的机械强度和耐磨性 由于在吸附分离工艺过程中，吸附剂颗粒要经受气（液）体的反复冲刷，压力变化频繁，有时还会涉及较高的温差变化，工作条件极其苛刻，如果吸附剂没有足够的机械强度和耐磨性，在实际应用中就会产生破碎粉化现象，破坏吸附床层的均匀性，使分离效果下降，而且产生的粉

46、末还会堵塞管道和阀门，导致系统阻力增大，使整个分离装置的生产能力大幅度下降。因此对于工业吸附剂，均要求具有良好的物理机械性能。具有一定的吸附分离能力使用吸附剂的目的是实现混合气（液）体的分离净化，因此吸附剂均应具有在某一特定条件下对气（液）体混合物的分离净化能力。即对要吸附的物质（组分）吸附速度快、吸附容量大，对不需要吸附的组分吸附速度慢、吸附容量小，具有较好的选择性。颗粒大小均匀，流动阻力系数小吸附剂的外形通常为球形和短柱形，也有其他如无定形颗粒的，颗粒大小均匀可以使流体通过床层时分布均匀，避免产生短路、偏流及返混现象，提高吸附剂的利用率和吸附分离效果。吸附剂的颗粒大小和形状对吸附剂床层的压

47、力将影响很大，颗粒大小均匀可以减小流动阻力系数，实际应用中应根据工艺要求适当选择。在制氢中常见的几类吸附剂的特性如下：活性氧化铝类吸附剂活性氧化率类吸附剂对H2O均有很高的吸附能力，同时再生非常容易，并且该吸附剂还具有很高的强度和稳定性，因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂。硅胶类吸附剂硅胶类吸附剂属于一种高空隙率的无定型二氧化硅，化学特性为惰性，无毒、无腐蚀性.通常可装于吸附塔中下部，用于吸附水分、CO2和重烃。活性碳类吸附剂 活性碳类吸附剂是吸附剂以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的

48、亲和力。装填于吸附塔中部主要用于脱除CO2和部分甲烷组分。分子筛类吸附剂 分子筛类吸附剂为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，无毒，无腐蚀性。HX5A-98H吸附剂不仅有着较大的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。分子筛吸附剂是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，通常装填于吸附塔的上部，用于脱除甲烷、CO、N2等组份，保证最终的产品纯度。由于不同的吸附剂材料对不同的气体组份有特定的结合能力，因此，吸附床层往往设计成多层的不同吸附剂混合装填模式，以达到将氢从不同气体的混合物中分离出来的目的。表1.1 本装置所装吸附剂如下装置吸附剂型号装填量装置吸附剂型号装填量处理

49、方式甲醇驰放气提氢装置吸附剂CNA-41819.5t混合气提氢装置吸附剂CNA-4187.49t埋地吸附剂CNA-31825.5t吸附剂CNA-31810.88t埋地吸附剂CNA-21895.2t吸附剂CNA-21876.16t埋地吸附剂CNA-158232.0t吸附剂CNA-15871.7t埋地吸附剂CNA-6189.8t吸附剂CNA-4180.16t埋地吸附剂的处理 几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是分子筛类吸附剂具有极强的亲水性，如与水接触，产生的吸附热可能使吸附剂变得很热，会烧伤与之接触的皮肤，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性，如果受潮，还必须对吸附剂作活化处

50、理才能保证其性能。对于废弃的吸附剂，一般采用深埋或回收处理。但应注意：在卸取吸附剂时，必须先用氮气进行置换以确保塔内无有毒或爆炸性气体，吹扫最好用热的氮气（100），因为它比其它较凉的气体更有效。在正常使用情况下，PSA工段的吸附剂一般是和装置同寿命的。(注意：用过的吸附剂不宜长期贮存，因为可能有化学反应和吸附的气体的进一步脱附。)吸附力在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时(即撞击到吸附剂表面时)，气体分

51、子将同时受到固相、和气相中分子的引力，其中来自固相分子的引力更大，当气体分子的分子动能不足以克服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密度远大于气相，一般可接近于液态的密度。固体吸附剂表面分子对吸附相中气体分子的吸引力可由以下的公式来描述：分子引力 () 其中： 表示引力常数，与分子的大小、结构有关 表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬时偶极矩有关 表示分子间距离因而对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、极性等性质各不相同，吸附剂对其吸附的能力和吸附容量也就各不相同。PSA制氢装置所利用的就是吸附剂的这一特性。由于吸附

52、剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱，而对其它组分吸附能力较强，因而通过装有不同吸附剂的混合吸附床层，就可将各种杂质吸附下来，得到提纯的氢气。图1.1-为不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序示意图吸附平衡吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。对于物理吸附而言，动态吸附平衡很

53、快就能完成，并且在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，平衡吸附量是一个定值。由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因而压力越高平衡吸附容量也就越大；由于温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。通常用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图1.2：CBDT2T1Qtp变压吸附变温吸附温度 T2T1QpP1吸附量Qt组分分压A 从上图的BA和CD可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；从上图的BC和AD可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。本提氢装置的工作原理利用的是上图

54、中吸附剂在A-B段的特性来实现气体的吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低压力(到B点)使各种杂质得以解吸。1.2.2吸附分离方法 工业上吸附分离过程中使用的吸附剂通常都是循环使用的，为了使吸附分离法经济有效的实现，除了吸附剂要具有良好的吸附性能以外，吸附剂的再生方法也具有关键意义。吸附剂的再生程度决定了产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力；吸附剂的再生时间决定了吸附循环周期的长短，也决定了吸附剂用量的多少。因此选择合适的再生方法，对吸附分离法工业化起着重要作用。从描述吸附平衡的吸附等温曲线（图1.2所示）可以看出，在同一温度下，吸附质在吸附剂上的

55、吸附量随吸附质的分压（浓度）的上升而增大；在同一吸附质分压（浓度）下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附温度的升高而减少。也就是是说加压降温有利于吸附质的吸附，降压加温有利于吸附质的解吸或吸附剂的再生。按照吸附剂的再生方法，通常将吸附分离循环过程分为两类：变温吸附和变压吸附，图1.2中表示了这两种方法的概念，图中横坐标为吸附质的分压，纵坐标为单位吸附剂的吸附量。变温吸附(TSA) 变温吸附（Temperature Swing Adsorption缩写为TSA）就是在较低温度（常温或更低）下进行吸附，在较高温度下使吸附的组分解吸出来，使吸附剂再生，循环使用，即变温吸附是在两条不同的等温吸附线之间上下

56、移动进行着吸附和解吸过程。如图1.2所示，变温吸附过程正是利用图中吸附剂在A-D段的特性来实现吸附与解吸的，吸附剂在低温T1 (即A点)下大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后升高温度至T2(到D点)使杂质得以解吸。变温吸附是最早实现工业化的循环吸附工艺，具有以下特点：能耗高 吸附剂的再生需要加热，在吸附前需要冷却，需要相应的加热和冷却介质，增加了分离过程的能耗，增加了操作费用，降低了该法的经济效益。循环周期长 由于吸附剂的热传导率比较低，加热和冷却时间比较长，过程比较缓慢，因此循环时间较长，从数小时至数天不等。投资大 由于变温吸附需要对吸附剂进行加热和冷却，必须配备相应的加热和冷却设备，增加了

57、投资；同时由于吸附剂有效吸附量的限制，而循环周期较长，因此吸附床比较大，增大了投资。吸附剂使用寿命相对较短由于变温吸附过程中需要对吸附剂进行反复加热和冷却，温度周期性大幅度变化，吸附剂受到反复热冲击，吸附剂性能下降相对较快，影响了吸附剂的使用寿命。再生彻底 由于使用加热再生，可以使吸附剂再生彻底，使一些难解吸的杂质得以解吸，残留吸附量低。由于以上一些特点，变温吸附通常适用于原料气中杂质组分含量低、产品回收率要求较高或难解吸杂质组分的分离过程。变压吸附（PSA） 变压吸附（Pressure Swing Adsorption缩写为PSA）就是在较高压力下进行吸附，在较低压力（甚至真空状态）下使吸附

58、的组分解吸出来，使吸附剂再生，得以循环使用。由于变压吸附循环周期一般较短，吸附热来不及散失可供解吸用，吸附热和解吸热引起的床层温度变化很小，可以近似看作等温过程。如图1.2所示，变压吸附过程是利用吸附剂在A-B段的特性来实现吸附与解吸的，吸附剂在高杂质压(即A点)下大量吸附原料气中需脱除的某些杂质组分，然后降低杂质的分压(到B点)使杂质得以解吸，即变压吸附工作状态是在一条吸附等温线上变化。一、吸附剂的再生方法变压吸附工艺中常用的再生方法有以下几种，它们都是通过为了降低吸附床内被吸附组分分压，使被吸附组分解吸出来，使吸附剂得到再生的。降压 降压是指降低吸附床层的总压。吸附床在较高压力下完成了吸附

59、操作后，降低至较低的压力，通常接近于大气压，此时一部分被吸附的组分解吸出来。这个方法操作简单，但被吸附组分的解吸不充分，吸附剂的再生程度不高，几乎所有的变压吸附工艺都采用有这种再生方法。抽真空 吸附床降低至接近大气压后，为了进一步降低吸附床内被吸附组分的分压，采用抽真空的方法降低吸附床的压力，从而使被吸附组分在负压下进一步解吸，吸附剂得到更好的再生效果。冲洗 利用弱吸附组分气体或其它适当的气体（产品气）通过需要再生的吸附床，使吸附床内被吸附组分的分压随冲洗气的通过而下降，得到解吸，使吸附剂得到再生。置换用一种适当的吸附能力较原先被吸附的组分强的气体通过吸附床，将原先被吸附的组分从吸附剂上置换出

60、来，使吸附剂得到再生，这种方法通常用于产品组分吸附能力强而杂质组分吸附能力较弱，即从吸附相获得产品的场合。工业变压吸附分离过程中，采用哪种再生方法是根据被分离气体混合物中各组分的性质、产品纯度和收率要求、吸附剂的特性以及操作条件等来选择的，通常是几种再生方法配合实施。无论采用何种方法再生，再生结束时吸附床内吸附质的残留量不会等于零，即吸附床内吸附剂不可能彻底再生，而只能将吸附床内吸附质的残留量降低至最小。二、变压吸附操作的基本步骤单一的固定吸附床操作，无论是变温吸附还是变压吸附，由于吸附剂需要再生，吸附都是间歇式的。因此工业上都是采用两个或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替进行：当一个吸附