甲醇裂解制氢PSA工段的课件

1、 制氢站PSA工段1工 艺 流 程 图变 压 吸 附 提 氢（PSA）第一部分 常用气体分离方法介绍低温分离法：利用气体组份间沸点的差异，采用低温精馏实现混合气体组份的分离的方法。已有100多年的历史，主要用于大规模空分制O2、N2。其局限性在于： (1)工艺中要先除去CO2和H2O等高沸点组份，预处理系统复杂； (2)需消耗大量的冷量，能耗高； (3)设备复杂，开停车不方便，开车数小时才能得到合格产品； (4)产品纯度低，沸点相近的组份要分离得到高纯度产品很困难。1.低温分离法变压吸附法：利用不同气体在吸附剂上吸附性能的差异，以及同种气体在吸附剂上的吸附性能随压力的变化而变化的特性来实现混合

2、气体的分离。其特点在于： (1)产品纯度高； (2)工艺简单，原料气中的H2O、H2S、CO2等杂质组份可一步除去，不需进行预处理； (3)操作简便，能耗低。一般在常温和不高的压力下操作，设备简单，整个过程全部实现自动化； (4)吸附剂寿命长，为半永久性使用，每年只需少量补充，正常操作条件下吸附剂一般使用10年以上。3.变压吸附法2.膜分离法膜分离法：利用气体组份在中空纤维膜上渗透速率的差异实现混合气体的分离。是一种较新的气体分离方法，目前主要用于制H2。其局限性在于： (1)处理系统复杂，膜对NH3、硫化物很敏感，要求原料气中NH3和H2O等均小于1ppm； (2)得到的产品纯度不高，混合气

3、体中的每种组份均可渗透； (3)压力为气体渗透的动力，因此需要较大的压差，并且透过气体没有压力，能量损失较大。低低 高 装置投资较小中较大 装置占地面积 数分钟 数分钟数十分钟 数小时数十小时 装置出产品时间容易容易 较难 生产可调性 3.0 15.0或更高 0.5 3.0 1.0 8.0 操作压力，MPa9092 6092 90 95 氢氧气回收率% 较低低 高 能耗 98 9899.999 9099氢气纯度()技术开发阶段 成熟 成熟技术情况 膜分离法(Memb.) 变压吸附法(PSA)低温精馏法(ASU)比较项目3种氢气分离方法比较第二部分 吸附的基本概念吸附固体表面原子的剩余引力对气体

4、分子的吸着现象。当气体分子运动到固体表面时，由于固体表面原子的剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，形成这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面的吸附。吸附相被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层称为吸附相。其分子密度非常大，可能接近于液体。脱附固体表面上被吸附的分子又重新返回气体相的过程称为脱附或解吸。 1、吸附、吸附相、脱附2、吸附剂、吸附质、吸附热、解吸热吸附剂吸附物质的固体称为吸附剂。吸附质被吸附的物质称为吸附质。吸附热伴随吸附过程所释放的热量称为吸附热。解吸热脱附或解吸过程所需要吸收的热量称为解吸热。 表面有内表面和外表面之分，吸附主要发生

5、在内表面，外表面与内表面相比相当小，而内表面积大是固体作为吸附剂的先决条件。以下为几种常用吸附剂的表面积的大小：硅胶 SG500600 m2/g活性炭 Ac7001100 m2/g分子筛 MS7001000 m2/g（其外表面积仅为2.6710-4 m2/g3、表面的含义4、吸附的分类吸附分为物理吸附和化学吸附物理吸附也称范德华吸附，是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力产生的吸着现象，是可逆的表面吸附。变压吸附过程属于物理吸附。化学吸附吸附过程中伴有化学反应的吸附，是不可逆的吸附，吸附过程发生了质变。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯的过程属于化学吸附。 5、吸附平衡 吸附平衡：吸附刚开始时，吸

6、附剂存在大量的活性表面，被吸附的吸附质分子数大大超过离开表面的分子数；随着吸附的进行，吸附剂表面铸件被吸附质分子遮盖，其再吸附的能力下降，直到吸附速度等于解吸速度时，就表示吸附达到了平衡。吸附平衡是一种动态平衡。假设吸附速率为v1，解吸速率为v2，则：v1v2时，为吸附过程v1v2时，为解吸过程v1v2时，为吸附平衡状态6、吸附量吸附量：吸附达到平衡时单位重量吸附剂所吸附的气体量。也称为平衡吸附量。测量方法如下：先抽真空，得到弹簧秤读数W0引入气体，平衡后得到读数W吸附量qWW0 q= (毫升/克) M 吸附剂重量第三部分吸附剂介绍1、吸附剂的共性有比较大的吸附容量，要求有很大的比表面积、大的

7、孔容，并且微孔要多。吸附剂的选择性要好，即组份间的分离系数要大。要求有较高的机械强度，以免在高强气流冲刷下粉碎。2、变压吸附装置中常用吸附剂种类硅胶：简写为SG，是坚硬的多孔结构的玻璃状颗粒。主要用于提纯CO2、脱碳、干燥和烃类分离等.活性氧化铝：简写为Al2O3，是无定形凝胶和氢氧化物晶体构成的白色颗粒，对水有较强的聚合力。主要用于各种类型装置中脱水。活性炭：简写为Ac，是木炭、果壳、煤等含炭原料经炭化、活化后制成。PSA工业中主要用于各种类型装置中CO2的脱除、硫化物及其它高沸点组份的脱除等。碳分子筛：简写为CMS，实际上也是一种活性炭，但其微孔孔径均匀分布在一个狭窄的范围内。目前主要用于

8、空分制富氮装置。沸石分子筛：简写为MS，是硅酸钠和铝酸钠等与NaOH水溶液反应制得的胶体经干燥后而成，有均匀的孔径，具有分子筛的作用。PSA工业中主要用于制氢、提纯CO、空分制富氧、提纯甲烷、精度脱水和CO2等。第四部分 变压吸附工艺1.工 艺 描 述 PSA提纯氢气装置是由五台吸附塔（C0201AE，下简称A、B、C、D、E塔）、一台气液分离缓冲罐(F0201)、 一台产品氢气缓冲罐(F0202) 、两台氢气缓冲罐(F0203A、B)和一系列程控阀组成。压力1.2Mpa的甲醇裂解转化气(原料气)进入吸附塔(C0201A、B、C、D、E)进行吸附，得到的产品气经过产品氢气缓冲罐(F0202)和

9、氢气缓冲罐(F0203A、B)的缓冲之后，再经过计量和调节到用户去。杂质气体即废气放空。 2.PSA工作原理 采用PSA分离气体工艺技术从甲醇裂解转化气中提纯氢气的原理是利用吸附剂对不同吸附质的选择性和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在高压下吸附原料中的杂质组分、低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。整个操作过程均在环境温度下进行。吸附（A） 开启阀KV0201a;由甲醇裂解工段来的原料气通过阀KV0201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂质组份，未被吸附的产品组份，通过阀KV0202a流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，剩余部分通过阀HV-0202、KV0205b向

10、B塔进行最终升压。吸附完毕,关闭阀KV0201a，同时阀KV0202a亦无产品气输出，自动关闭。一均降（E1D） 开启阀KV0205a；A塔停止吸附后，与结束二均升步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV0205a、KV0205c与C塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低,均压后A、C塔压力基本相等。 关闭阀KV0205a。二均降（E2D） 开启阀KV0204a； A塔完成一均降步骤后，与刚结束三均升步骤的D塔以出口端相连，即通过阀KV0204a、KV0204d与D塔进行第二级压力平衡，A塔压力再一步降低,均压后A、D塔压力基本相等。顺放（PP） 继续开启阀KV0204a；A塔完成二均降步骤后，塔内剩

11、余气体经过阀KV0204a顺着出口方向通过调节阀HV-0201及阀KV0206e冲洗刚完成逆放步骤的E塔。当A塔压力降至规定值后，进行下一步骤。三均降（E3D） 继续开启阀KV0204a； A塔完成顺放步骤后，A塔内剩余的气体通过阀KV0204a、KV0204e与E塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力再进一步降低,直至两塔压力基本相等。 关闭阀KV0204a。逆放（D） 开启阀KV0203a； A塔完成三均降步骤结束后，将塔内剩余的气体从塔的入口端排出塔外，并通过开启阀KV0207放空，直至A塔压力降到接近常压。冲洗（P） 继续开启阀KV0203a； A塔完成逆放步骤后，尚残留在塔内的

12、杂质是利用B塔顺放气，通过阀KV0204b、HV-0201和KV0206a从A塔出口端进入A塔，自上而下地对A塔床层进行冲洗，继续开启阀KV0207放空使塔内杂质进一步脱附,使吸附剂得到再生。 关闭阀KV0203a；关闭阀KV0207；三均升（E3R） 开启阀KV0204a； A塔完成冲洗步骤之后，与刚结束顺放步骤的B塔以出口端相连，即通过阀KV0204a、KV0204b与B塔进行第三级压力平衡，A塔压力得到升高。均压后A、B塔压力 在工艺中每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、顺放（PP）、三均降（E3D）、逆放（D）、冲洗（P）、三均升（E3R）、二

13、均升（E2R）、一均升（E1R）以及终充（FR）等十一个步骤。五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。各塔相互工作关系如表 3.PSA工作过程二均升（E2R） 继续开启阀KV0204a； A塔完成三均升步骤之后,与刚结束一均降步骤的C塔以出口端相连,即通过阀KV0204a、KV0204c与C塔进行第二级压力平衡，A塔压力再一步升高。均压后A、C塔压力基本相等。 关闭阀KV0204a;十、一均升（E1R） 开启阀KV0205a； A塔完成二均升步骤之后,与刚结束吸附步骤的D塔以出口端相连,即通过阀KV0205a、KV0205d与D塔进行第一级压力

14、平衡，A塔压力再进一步升高。均压后A、D塔压力基本相等。十一、终充（FR）继续开启阀KV0205a；A塔的终充是利用产品气进行的，产品气经手动遥控阀HV-0202及KV0205a，由出口端进入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。通过这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。 3.PSA工艺控制吸附压力 吸附压力是决定装置能力的主要参数，在本装置设计范围内，提高吸附压力，装置能力增大。通过吸附压力自动调节系统（PICA0201）在装置允许范围内尽量保持较高的吸附压力。 均压时间 由于存在阻力、吸附解吸速度等多种因素，两个吸附塔均压时要达到压力完全平衡，需要花费很长时间。为此规定进行

15、均压（一均或二均）的两个吸附塔，其压差小于0.05Mpa，即为完成均压过程。 顺放时间和顺放流量 一个吸附塔进行吸附步骤的时间主要由顺放时间确定。增加原料处理量或提高产品质量应当缩短顺放时间；反之，则可增加顺放时间。然而，在改变顺放时间的同时，应调节顺放流量遥控阀（HV0201）的开度，使顺放步骤结束时，吸附塔压力达到规定范围。 冲洗压力 冲洗步骤应当在过程的最低压力下进行，此压力越低，对吸附剂解吸杂质越有利。为此，在冲洗后期程控阀KV207开启，使冲洗阶段保持在最低压力下进行终充流量 吸附塔在再次进行吸附步骤之前，利用产品通过终充流量手操遥控系统（HIC0202）的遥控阀（HV0202），对

16、吸附塔进行充压。调节遥控阀的开度，使在最终升压步骤结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附压力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低了原料处理量和产品输出的波动。 产品纯度 一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力，在一个吸附-再生循环里能提纯一定数量的原料气。循环时间过长或原料气流量过大，产品纯度下降；循环时间过短，产品纯度很高，床层未充分利用而引起产品组分的损失增大。 本装置通过调整循环时间的方法可生产出不同纯度的产品，其纯度控制范围通常在99.999.99%之间。纯度越高，产品组分回收率相应降低，所以操作中不必单纯追求产品的纯度，而要根据实际需要出发，选择适当的氢纯度以获得较高的效益。PSA启动

17、 1.甲裂工段开车正常，转化气化验合格，系统压力达到1.1-1.2MPa。 2.渐开进气阀，中控启动PSA运行，控制进气阀的开度将原料气流量控制在每一吸附周期使吸附塔压力升高0.2Mpa的速度，维持甲裂工段压力在1.1-1.2MPa，多余的转化气由变压吸附前段放空管放空。 3.当吸附塔压力升至吸附压力时,可将吸附压力自动调节系统(PICA-0201)投入自动操作。 4.产品质量达到要求后，通知后续工段准备接受纯H2产品。操作参数PSA停车正常停车是有计划的停车，停车前通知本装置前后有关工序，然后按下述步骤实施正常停车： 1、关装置界区原料气入口阀； 2、关装置界区产品出口阀； 3、程序控制顺放

18、时间设定值随着吸附压力下降逐渐减小，使各吸附器压力逐渐降至0.2MPa左右（各塔均能保持在正压状态）。 4、停控制器电源； 5、停仪表盘其它仪表电源； 6、关装置界区解吸气输出阀。 当突然停电、停水或装置出现故障时，则需要紧急停车，其步骤如下： 1、切断电源，所有程控阀关闭（如遇突然停电，所有程控阀自动关闭）； 2、迅速关闭总进气阀和出气阀； 3、根据现场具体情况，参照正常停车步骤处理。长期停车应用氮气置换装置，并用所有吸附塔充氮并保持压力在0.1Mpa安全知识以及节能降耗甲醇化学名称为甲醇，别名甲基醇、木醇、木精。分子式CH3OH，分子量32.04。是有类似乙醇气味的无色透明、易燃、易挥发的液体。20 时相对密度0.7928，熔点-97.80，沸点64.65，20时粘度0.547厘泊，闪点11，自燃点470，在空气中爆炸范围6.7236.5%。甲醇是最常用的有机溶剂之一，能与水和多种有机溶剂互溶。甲醇属剧毒品，其蒸汽对呼吸道及视神经影响很大，严重时可引起失明，不慎食用可致人死亡。氢气分子式H2，分子量2.0158，系无色无味的可燃气体。气体密度0.0899kg/m3，熔点-259.14，沸点-252.8(760mmHg柱），自燃点400，爆炸极限4.174.2%