PSA提氢装置操作规程.doc

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 日打字排版审 批年 月 日校 对目 录目 录3第一章 工艺技术规程81.1 装置概况81.2 工艺原理81.2.1吸附剂81.2.2吸附分离方法181.2.3变压吸附气体分离装置181.3 工艺流程说明201.3.1 0113A甲醇驰放气PSA提氢装置201.3.2 0113B混合气PSA提氢装置211.4 工艺原则流程图241.5 工艺指标251.5.1 原料指标251.5.2 半成品、成品指标261.5.3 公用工程指标261.5.4 主要操作条件271.5.5 原材料消耗、公用工程消耗及能耗指标27第二章 操作指南302.1 操作原则302.1.1 正常操作法302.1.2 工艺参数对操作的影响332.1.3 吸附塔操作时序352.1.4吸附步序描述402.1.5正常操作说明442.2 操作指南622.2.1 0113A 氢气外送压力控制622.2.2 0113B外送氢气压力控制632.2.3 0113B外送解吸气压力控制64第三章 开工规程673.1 0113A甲醇驰放气提氢装置开工规程673.1.1 开工要求673.1.2 开工准备673.1.3 开工统筹图693.1.4 开工纲要703.1.5 开工操作713.1.6 说明803.1.7 开工过程盲板表823.1.8 开工过程风险评估833.1.9 开工过程环境因素识别843.2 0113B混合气提氢装置开工规程853.2.1 开工要求853.2.2 开工准备853.2.3 开工统筹图873.2.4 开工纲要88 3.2.5 开工操作893.2.6 说明973.2.7 开工盲板表993.2.8 开工过程风险评估1003.2.9 开工过程环境因素识别101第四章停工规程1024.1 0113A甲醇驰放气提氢装置停工规程1024.1.1 停工要求1024.1.2 停工准备1024.1.3 停工统筹图1034.1.4 停工纲要1044.1.5 停工操作1054.1.6 说明1094.1.7 甲醇驰放气提氢装置停工过程盲板表1104.1.8 停工过程风险评估111 4.1.9 停工过程环境因素识别1124.2 0113B混合气提氢装置停工规程1134.2.1 停工要求：1134.2.2 停工准备：1134.2.3 停工统筹图1144.2.4 停工纲要1154.2.5 停工操作1164.2.6 说明1204.2.7 混合气提氢装置停工盲板表1224.2.8 停工过程风险评估1234.2.9 停工过程环境因素识别124第五章 专用设备操作规程1255.1 干气压缩机1255.1.1 开机操作规程1255.1.2 停机操作规程1395.1.3 日常检查与维护1415.1.4 压缩机事故处理1425.2 产品氢气压缩机1505.2.1 开机操作规程1505.2.2 停机操作规程1565.2.3 切换操作规程1595.2.4 日常检查与维护1635.3 甲醇解吸气压缩机1645.3.1 开机操作规程1645.3.2 停机操作规程1735.4 水环真空泵1775.4.1 开泵操作规程1775.4.2 切泵操作规程1795.4.3 停泵操作规程181第六章 基础操作规程1836.1 离心式风机1836.1.1 启机操作规程1836.1.2 停机操作规程1856.1.3 操作指南1876.2 干式空冷器1896.2.1 启机操作规程1896.2.2 停机操作规程1906.2.3 操作指南1916.3 离心泵1926.3.1 启机操作规程1926.3.2 停机操作规程1966.3.3 切换操作规程1986.3.4 操作指南2026.4 螺杆泵2056.4.1 启机操作规程2056.4.2 切换操作规程2076.4.3 停泵操作规程2076.5 提升泵2086.5.1 启机操作规程2086.5.2 停机操作规程2096.6 往复泵2106.6.1 启机操作规程2106.6.2 停机操作规程2126.7 冷换设备2126.7.1 投用操作规程2126.7.2 停用操作规程2156.7.3 切换操作规程2176.8 取样操作规程2196.9 安全阀投用、切除操作规程219第七章 事故处理预案2207.1 事故处理原则2207.2 紧急停工方法2207.2.1 A套紧急停工2207.2.2 B套紧急停工2217.3 事故处理预案2217.3.1 火灾事故处理预案2217.3.2 装置仪表风压力中断事故处理预案2257.3.3 全装置停电事故处理预案2287.3.4 DCS黑屏、死机事故处理预案2317.3.5 甲醇驰放气中断事故处理预案2357.3.6 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2397.3.7 甲醇驰放气提氢装置氢气外送中断事故处理预案2427.3.8 混合气提氢装置氢气外送中断事故处理预案2467.3.9 混合气提氢装置原料气中断事故处理预案2507.3.10 混合气提氢装置解吸气压缩机（KT-102）跳车事故处理预案2547.3.11 装置氮气中断应急事故处理预案2577.3.12 装置中压蒸汽中断应急事故处理预案2607.3.13 装置循环水中断事故处理预案2637.3.14 停电状态下同时停公用工程的事故处理预案2667.4 事故处理预案演练规定2697.5 装置HAZOP分析安全风险及防范措施269第八章 操作规定2738.1 定期工作规定2738.1.1 内操岗位定期工作规定2738.1.2 外操岗位定期工作规定2738.2 长期操作规定2748.2.1 交接班制度2748.2.2 巡回检查管理制度2768.2.3 设备保养管理制度2778.2.4 冬季安全生产管理规定2798.2.5 装置开停工管理规定2868.3 临时操作规定2888.3.1 吸附剂装填操作规定2888.4 装置长周期攻关工作规范和要求289第九章 仪表控制系统操作规程2929.1 DCS集散系统概述2929.2 主要工艺操作仪表逻辑控制说明及工艺控制流程图（PID）2949.2.1 装置的几种控制方案2949.2.2 控制仪表的常见故障及处理2959.2.3 系统控制回路的一般使用要求2959.2.4 变压吸附程序控制系统2969.2.5工艺操作仪表的逻辑控制说明2969.3 装置自保的逻辑控制规程3019.3.1 联锁逻辑概述3019.3.2 联锁逻辑控制说明3019.3.2.1 装置自保的逻辑控制说明3019.3.2.1.1甲醇解吸气压缩机KT101联锁说明3019.3.2.2催化干气压缩机KT102联锁说明3029.3.2.2 装置自保的逻辑控制图3059.3.3 装置自保的投用、切除及恢复操作说明3099.4 仪表及自动控制设备管理规定312第十章 安全生产及环境保护32010.1 安全环保知识32010.2 安全环保规定33410.3 装置防冻防凝措施35010.4 本装置历史上发生的主要事故、处理方法及经验教训35110.5 本装置易燃易爆物的安全性质35510.6 本装置主要有害物、介质35610.7 本装置污染物及主要排放部位36110.8 本装置三级防控操作规程364第十一章 附录36711.1设备明细表36711.2 主要设备结构图37111.3 装置平面布置图38511.4 可燃气体和硫化氢报警仪布置图38611.5 装置消防设施布置图38711.6 安全阀定压值38811.7 控制参数报警值39011.8 常用基础数据39611.9 工艺原则流程图40011.10 PID图纸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，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。1.2.1.1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，但作为吸附剂一般都有如下的性能要求。一、 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。二、 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。三、 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。四、 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。1.2.1.2在制氢中常见的几类吸附剂的特性如下：一、 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。二、 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。三、 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。四、 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1.2.1.3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。)1.2.1.4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1.2.1.5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 T2T1QpP1P2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。1.2.2.1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：一、 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。二、 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。三、 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。四、 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。五、 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。1.2.2.2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。1. 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。2. 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。3. 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。4. 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：当一个吸附床处于吸附过程时，其它吸附床就处于再生过程的不同阶段；当该吸附床结束吸附过程开始再生过程时，另一个吸附床就结束再生过程开始吸附过程，每个吸附床依次完成吸附-再生循环，这样就可以保证原料气不断输入，产品气不断输出，整个吸附过程才是连续的。变压吸附循环过程依据吸附剂采用的降压解吸再生方法的不同可以分为：常压解吸和真空解吸两种工艺流程，两种流程的基本操作步骤如图1.2.1所示。1. 常压解吸常压解吸即通常所说的冲洗流程，如图1.2.1（a）所示，吸附循环过程由以下五个基本步骤组成：图1.2.1-变压吸附压力变化示意图2. 升压过程（A-B）经过再生后的吸附床处于过程的最低压力P1，床层内杂质组分的吸留量为Q1（A点），在此条件下让其它吸附床的出口经过吸附后的产品气进入该吸附床，使吸附床压力上升至吸附压力P3，此过程中吸附床内杂质的吸留量Q1不变（B点）。3. 吸附过程（B-C） 在恒定的吸附压力P3下，原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐渐增大，当达到规定的吸留量Q3（C点）时，停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍留有一部分未吸附杂质的吸附剂。4. 顺放过程（C-D） 沿着进入原料气输出产品的方向降低吸附床压力，流出的气体仍然是产品组分，这部分气体用于其它吸附床的升压或冲洗。在此过程中，随着吸附床内压力的不断降低，吸附剂上的杂质不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，当吸附床压力降低至P2（D点）时，吸附床内吸附剂全部被杂质占用。此过程中杂质并未离开吸附床，所以吸附床内杂质吸留量Q3不变。5. 逆放过程（D-E） 逆着进入原料气输出产品的方向降低吸附床的压力，直到变压吸附循环过程中的最低压力P1（E点，通常接近于大气压），吸附床内大部吸留的杂质组分随气流排出吸附床外，吸附床内杂质吸留量降低至Q2。6. 冲洗过程(E-A)根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床内仍有一定的杂质组分吸留量Q2，为了使这部分杂质组分尽可能解吸，需要将吸附床内杂质组分的分压进一步降低。利用其它吸附床顺放（或者产品气）在过程最低压力P1下对吸附床进行逆向冲洗，不断降低吸附床内杂质组分的分压，使杂质组分不断解吸随冲洗气带出吸附床，经过一段时间冲洗后，吸附床内杂质组分的吸留量降低至过程中的最低量Q1，吸附床的再生结束。经过以上五个基本步骤后，吸附床完成了一个吸附-解吸(再生)过程，准备再次升压进行下一个循环。真空解吸即通常所说的真空变压吸附（Vacuum Pressure Swing Adsorption）流程，如图1.2.1（b）所示，吸附循环过程由以下五个基本操作步骤组成：1. 升压过程（A-B）经过再生后的吸附床处于过程的最低压力P0，床层内杂质组分的吸留量为Q1（A点），在此条件下让其它吸附床的出口经过吸附后的产品气进入该吸附床，使吸附床压力上升至吸附压力P1，此过程中吸附床内杂质的吸留量Q1不变（B点）。2. 吸附过程（B-C） 在恒定的吸附压力P1下，原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐渐增大，当达到规定的吸留量Q3（C点）时，停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍留有一部分未吸附杂质的吸附剂。3. 顺放过程（C-D） 沿着进入原料气输出产品的方向降低吸附床压力，流出的气体仍然是产品组分，这部分气体用于其它吸附床的升压或冲洗。在此过程中，随着吸附床内压力的不断降低，吸附剂上的杂质不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，当吸附床压力降低至P2（D点）时，吸附床内吸附剂全部被杂质占用，此过程中杂质并未离开吸附床，所以吸附床内杂质吸留量Q3不变。4. 逆放过程（D-E） 逆着进入原料气输出产品的方向降低吸附床的压力，直至吸附床内压力降低直P1（E点，通常接近于大气压），吸附床内大部吸留的杂质组分随气流排出吸附床外，杂质吸留量降低至Q2。5. 抽真空过程(E-A)根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床内仍有一定的杂质组分吸留量Q2，为了使这部分杂质组分尽可能解吸，需要将吸附床内压力进一步降低。利用真空泵抽吸的方法降低吸附床内压力，从而降低杂质组分的分压，使其充分解吸，解吸的杂质组分随抽空气流出吸附床。经过一段时间抽空后，吸附床内压力降低至循环过程的最低点P0，杂质组分的吸留量降低至过程中的最低量Q1，吸附床的再生结束。经过以上五个基本步骤后，吸附床完成了一个吸附-解吸(再生)过程，准备再次升压进行下一个循环。1.2.3变压吸附气体分离装置1.2.3.1变压吸附气体分离装置的分类 变压吸附气体分离装置的操作方式大致分类如下：平衡分离型是按气体在吸附剂上的平衡吸附性能进行选择性吸附的原理来分离气体混合物的。在平衡分离型中，等压型的吸附操作是在等压下进行的，吸附床在操作压力下压力损失小，目前工业应用的变压吸附装置多为此类型，使用的吸附剂直径为14mm。非等压型的快速变压吸附是依靠系统流体阻力的适当分配来实现的，吸附操作要保证吸附床内有一定的压力梯度，吸附剂的粒度小，为4060目，压力损失较大，其装置特别简单，通常只有一个吸附床，由于快速周期循环，单位吸附剂的生产能力高，但达不到高纯度产品，相同产品纯度下回收率低，只适用于小规模的生产装置，目前工业应用较少。速度分离型是根据吸附剂对各组分的吸附速度差异（即依靠不同气体组分分子在吸附剂微孔内的扩散速度的差异）来实现气体混合物分离的，必须在很短的时间内完成吸附过程。1.2.3.2变压吸附工艺的技术关键1、 吸附剂的选择1. 良好的吸附性能，同时要兼顾吸附与解吸之间的矛盾 吸附剂对各种气体组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附线和动态下的流出曲线来评价的，吸附剂的良好吸附性能是吸附分离过程的基本条件。在变压吸附过程中吸附剂的选择还要考虑吸附与解吸之间的矛盾。一般来说，越易吸附的组分就越难以解吸，反之越难吸附的组分越易于解吸。因此对于强吸附质要用对其吸附能力较弱的吸附剂，以使吸附容量适当，又利于解吸；对于弱吸附质就需选用吸附能力较强的吸附剂。2. 组分之间的分离系数要尽可能大某气体组分在吸附床内的总量有两部分，一部分在死空间内，另一部分被吸附剂吸附，其总和称为某气体组分在吸附床内的吸留量。所谓分离系数是指弱吸附组分和强吸附组分各自在死空间内所含的量占床内吸留量的比例之比。即在变压吸附过程中被分离的两种组分的分离系数不应低于2。3. 吸附剂要有足够的强度变压吸附装置的吸附床在运行过程中床内压力是周期性变化的，而且气体在短时间内进入或排出吸附床，吸附剂要经受气流的频繁冲刷，所以要求吸附剂有足够的强度，以减少破碎和损坏。对于分离组成复杂、种类较多的气体混合物，常需要选择多种吸附剂，这些吸附剂按吸附性能依次分层装填在同一吸附床内组成复合床，也可根据具体情况分别装填在几个吸附床内。2、 程控阀门变压吸附工艺实际上是通过装置中数十个（甚至数百个）程控阀门的频繁开和关，不断切换吸附床的吸附和再生状态的各个步骤来实现的，这些程控阀门每年要开关几万次至几十万次。据统计变压吸附装置故障中90都出在阀门上，因此高质量的程控阀是装置长期稳定运转的可靠保证，程控阀的操作指标和要求均比一般阀门要高，除了有良好的密封性能、快速启闭速度和调节能力外，还必须在频繁动作下能长期可靠运行，主要有以下特点：1. 使用寿命长； 2. 启闭速度快，随阀门的通径不同，启闭时间应小于13s；3. 部分阀门要求有双向流通特性；4. 部分阀门除了要求有上述启闭性能外，还要求具有调节性能；5. 阀门内外密封要求在动作50万次以上仍能保证密封性能，有些特殊要求的程控阀更要求启闭10万次以上无泄漏；6. 具有阀位状态现场指示和远程传送信号，其动作寿命于程控阀相当；、有调节功能的程控阀门配备电气阀门定位器，使用寿命与阀门同步；7. 根据阀门使用的场合，有些阀门需要符合相关的防爆标准；目前开发适用于变压吸附工艺的阀门有自补偿冲刷气动平板阀、逻辑导向阀、波纹阀、真空蝶阀、组合阀等七大类几十个品种。3、 吸附器由于变压吸附装置的吸附器在其使用期内要承受数十万次全幅度交变压力的频繁变化，属于疲劳压力容器。吸附器内的气流分布器结构有特殊的要求，如果结构设计不合理，就会造成气流分布不均匀，容易产生返混现象，吸附剂的利用率不充分，直接影响到吸附效率，甚至导致吸附剂粉化而失效，尤其对于大直径的吸附器，气流分布器的设计尤为重要。随着吸附塔设计和制造技术的发展，目前国外最大的吸附塔直径已可以达到5m以上，国内设计建设的最大吸附塔也已达到4.8m直径，并已很好地解决了大塔的气体分布问题，具有了超大直径吸附塔的设计和制造经验。4、 控制系统变压吸附装置的特点是连续运转、程控阀切换频繁、控制调节阀多、顺序控制量大，因此自动化程度要求高。目前国内开发的变压吸附装置基本上是采用可编程控制器(PLC)或集散控制系统(DCS)控制，可实现完善直观的工艺流程监控与动态显示，PID回路调节、故障自诊断，历史趋势，事故状态和各种操作记录及打印报表。随着专用软件开发技术的提高，国内已经开发出了“自适应专家诊断及优化系统”，可实现对变压吸附装置的自适应随动条件、故障吸附器的自动切除和恢复以及根据装置的运行工况进行自动优化。1.3 工艺流程说明1.3.1 0113A甲醇驰放气PSA提氢装置甲醇驰放气进入界区，经气液分离器分离冷凝出的液体后，进入PSA-H2 系统提纯氢气，装置主程序采用10-2-4/P工艺，主要由10台吸附塔I、1台解吸气缓冲罐I、1台解吸气混合罐I和一组程控阀组成。10-2-4工艺的特点是任何时刻总有2台吸附塔处于吸附状态，进行4次均压，顺放冲洗再生；每个塔均要依次经历吸附（A）、第一次均压降（E1D）、第二次均压降（E2D）、第三次均压降(E3D)、第四次均压降（E4D）、顺放(PP)、逆放（D）、冲洗（P）、第四次均压升（E4R）、第三均压升(E3R)、第二均压升(E2R)、 第一均压升(E1R)、最终升压（FR）等十三个步骤，尽可能的降低杂质组分的分压，有效地使吸附床实现最大限度的再生。甲醇驰放气自下而上进入正处于吸附状态的吸附器中，由其内部的吸附剂进行选择性的吸附，在吸附器顶部得到产品氢气，压力2.4MPa、温度40送出界区。吸附器通过逆放和冲洗步骤将被吸附的杂质解吸出来，得到的解吸气进入解吸气压缩机(KT101)，增压至2.5MPa、温度40送出界区。气液分离器解吸气压缩系统PSA-H2系统两套甲醇装置的甲醇驰放气混合后进入PSA装置界区，经气液分离器I（D-101）分离冷凝液化产生的液体，再经流量计（FIQ-1001）计量后进入由10台吸附器I（C-101AJ）及一系列程序控制阀组成的变压吸附系统。变压提氢系统采用10塔操作，2塔进料、4次均压、顺放冲洗降压解吸的操作工艺（简称10-2-4/P工艺）。原料气自下而上进入2台正处于吸附状态的吸附器中，由其内部的吸附剂进行选择性的吸附，杂质组分被吸附，而未被吸附的氢气在吸附压力下从吸附器顶部流出，获得产品氢气。通过减压，使被吸附的杂质组分从吸附剂上脱附，即得到解吸气，同时使吸附剂获得再生。其余8个吸附器分别进行其他步骤的操作，10个吸附器交替循环操作，时间上互相交错，以此达到原料气连续不断的输入，产品氢气不断地输出的目的。变压吸附过程的各个步骤由计算机控制完成。调节阀（HV-1001AB）控制最终充压步骤地瞬时气体量；调节阀（HV-1005AB）控制逆放后期的气体量；调节阀（HV-1002AB、HV-1003、HV-1004）调节顺放冲洗步骤的压力。从吸附顶部出来的产品氢气经流量计（FIQ-1002）计量，再经调节阀（PV-1001）稳压后连续的送出界外。变压吸附提氢装置系统的解吸气来自吸附器的逆放和冲洗阶段。均压步骤结束后吸附器进行顺放冲洗步骤，冲洗后的废气作为解吸气进入解吸气混合罐I（D-103）。在逆放步骤时逆放初期压力较高的解吸气进入解吸气缓冲罐I（D-102）缓冲，再经调节阀（PV-1002A）调压后进入解吸气混合罐I；逆放后期压力较低的解吸气则经调节阀（HV-1003A）稳压后进入解吸气压缩机I（KT-101）增压后作为装置副产品连续稳定地送出界外。1.3.2 0113B混合气PSA提氢装置重整气和脱硫后的催化干气与低分气混合后进入界区，经气液分离器分离冷凝出的液体后，进入PSA-H2 系统提纯氢气，装置主程序采用8-2-3/V工艺，主要由8台吸附塔II、1台解吸气缓冲罐II、1台解吸气混合罐II和一组程控阀组成。8-2-3/V工艺的特点是任何时刻总有2台吸附塔处于吸附状态，进行3次均压， 抽空再生；每个塔均要依次经历吸附（A）、第一次均压降（E1D）第二次均压降（E2D）、第三次均压降(E3D)、逆放（D）、抽空（V）、第三均压升(E3R)、第二均压升(E2R)、 第一均压升(E1R)、最终升压（FR）等步骤，尽可能的降低杂质组分的分压，有效地使吸附床实现最大限度的再生。原料气自下而上进入正处于吸附状态的吸附器中，由其内部的吸附剂进行选择性的吸附，在吸附器顶部得到半产品氢气，在经过脱氧并冷却后进入产品氢气压缩机增压送出界区。吸附器通过逆放和抽空步骤将被吸附的杂质解吸出来得到解吸气，经解吸气缓冲罐II和解吸气混合罐II混合后进入解吸气压缩机（KT102），增压送出界区。气液分离器半产品脱氧产品氢气压缩解吸气压缩PSAH2系统重整气和脱硫后的干气与低分气混合后的混合气以压力0.65MPa、温度40进入界区，经分离器II（D-101）分离冷凝液化产生的液体，再经流量计（FI-1001）计量后，进入由8台吸附器II（C-101AH）及一系列程序控制阀组成的变压吸附系统。变压提氢系统采用8塔操作，2塔进料、3次均压、抽空再生的操作工艺（简称8-2-3/P工艺）。原料气自下而上进入2