焦炉煤气制氢操作手册

股份有限公司第一章前言本装置是采用变压吸附(简称PSA)法从焦炉煤气(简称COG)中提取氢气，改变操作相吸附工艺,因此,原料气中不应含有任何液体和固体。在启动和运转这套装置之前,要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书,因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。本说明书中涉及到的压力均为表压,组成浓度均为体积百分数,流量除专门标注外均设计参数mg/Nm342萘N2NH3H22mHnO2。2222PmHCH24N2O2O2第二章工艺说明本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气，焦炉煤气中杂质较多，组成十分复杂，随原料煤不同有较大变化，除有大量的CH和一定量的N、CO、CO、O外还有少量的4222高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等，后者都是些高沸点、大分子量的组份，很难在常温下解吸，对变压吸附采用的吸附剂而言，吸附能力相当强，这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降，因此本装置采用两种不同的吸附工艺，变温吸附工艺和变压吸附工艺。经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类脱氧、干燥系统的净化得到99.9%的产品氢气。除油脱萘器和预处理器的再生气来自变压原料原料气油脱萘器脱氧加热器解吸气电加热器解吸气冷却器脱氧冷却器干燥系统精脱萘器精脱硫器预处理器解吸气压缩机脱氧器图本装置由原料气脱萘及压缩工序(100＃)、预处理工序(200＃)、变压吸附提氢工序(300＃)和后处理工序(400#)4个工序组成。二、工艺原理及工艺过程说明#)本工序由2台脱油脱萘器(T101A、B)、2台焦炉煤气压缩机(C101A、B)、2台精脱萘器(T102A/B)、1台电加热器(E101)组成，由于原料气中含有大量的萘，它容易结晶，影响压缩机的阀门及堵塞工艺管道，来自界外的焦炉煤气首先经过脱油脱萘塔(T101A,B)脱去焦油、萘、HS、NH、HCN等杂质，然后经过压缩机一级增压到0.2MPa，再通过23焦炉气从脱油脱萘塔下端进入床层，焦油和萘被吸附，脱去大部分焦油和萘后的焦炉煤气从顶端出来，然后进入压缩机的一级。脱油脱萘塔两个塔交替工作，再生的气体是水蒸气通过电加热器加热后的过热蒸汽，冷吹气来自300＃变压吸附后的解吸气。脱萘塔再生时间:一个月左右一次，一个塔使用，另一个塔再生后备用，两个塔循环使用，二个塔具体切换时间根据塔出口气体中杂质组分由AP102A、B取样分析而定。上向下对床层进行吹洗。在400℃的温度下使床层中的大量焦油、和萘完全解吸出来，吹吹后的PaVaVb2、压缩及预处理工序(200＃)本工序由除油器(T201A，B)、一台再生气冷却器(E202)、预处理器(T202A，B)和一台再生气加热器(E201)组成。压缩后的COG在1.3MPa下先通过2台除油器组成的变压吸附原理脱除原料气在脱萘和脱硫工序中剩余的少量硫化物、苯和其它高烃组分。吸附剂在常温下有选择性地吸附上述杂质，高温下使吸附剂所吸附的杂质解吸，从而使吸附剂得到再生。再生气来自300#变压吸附系统的解吸气，经再生气加热器(E201)蒸汽升温热再生解吸吸附剂中的杂质。气冷却器等组成，每个吸附塔在一次循环中都经历吸附(A),逆放(D)、加热(H)、冷吹 (C)、升压(R)等五个步骤，其工艺时序见下表，程控阀的编号和作用见下图，下面以预处理时序表DRT202AT202BCAACHHDRKV20ⅰⅹ预处理的器编号:A,B2---净化气出口阀阀5－再生气加热器出口阀－再生气出口阀、逆放阀9－再生气出口、逆放总阀本工序编号程序控制切换阀塔使吸附剂中②逆放步骤：吸附完成后程控阀KV201A、KV202A关闭，打开程控阀KV208A，吸附塔泄压，防止泄压过快对吸附剂造成冲击，逆放步骤后期开阀KV209。逆放步骤结束时吸附V。如100#不需③加热步骤：逆放步骤结束后程控阀KV208A不关闭，再打开程控阀KV207A、V234。来自300＃工序的解吸气作再生气体，经加热器(E201)加热至~150℃，通过管道FG203程控阀KV205、KV207A进入吸附塔T202A，吸附的杂质被热气体带出吸附塔经程控阀KV208A、KV209、经管道FG211排出。再生气体出吸附塔T202A后在精脱萘塔及脱油脱萘阀V209经再生气冷却器(E202)冷却后送出界外。走吸附塔内的热量用于吹干100＃的脱油脱萘器及精脱萘器。⑤充压步骤：为下一次吸附做准备必须充压。充压用净化的气体经管道PG206、程控3.变压吸附工序(300＃)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，200＃工序净化COG进入300＃吸附床，吸附容量较大的强吸附组份N、CH，CO，CO被吸附留在床层，而较小吸附242容量的弱吸附组份H从床层出口端输出，得到大于99.5%的H，吸附饱和的吸附剂减压和22℃下每个吸附塔在一次循环中都经历吸附(A),第一次压力均衡降(E1D)、第二次压力均衡降(E2D)、顺向放压(PP)、第三次压力均衡降(E3D)、逆向放压(D)、冲洗(P)、第三次压力均衡升(E3R)、第二次压力均衡升(E2R)、隔离(IS)、第一次压力均衡降 (E1R)、最终升压(FR)等十二个步骤。主要采用6－2－3/P主程序。 221165546-2-35-2-25-1-34-1-23232表中的数值是根据提供的设计条件确定的.当运行中原料气组成、吸附压力以及产品纯度发生变化时，这些数值也会相应改变。性运行方式荷原料解吸气产品流量处理量流量氢气收率%%Nm3/hNm3/hNm3/h%6-2-3-25-1-34-1-2332.28378.70物物料单位原料气V%H240O2120N20塔塔的编号A~F、三均阀本工序编号程序控制切断阀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，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。33423123130603030603090.020.020.19E2DPPE3DDPE3RE1DE2DPPE3DAE1DFRAE2RISE1RFRDPE3RE2RISE1R52D3P1A1231AISERDPE3RPPEDAE1D623E2RISDPA22ERISDPABCDEF1A13注:以上时间和压力为参考值,实际值以装置调试后的时间为准.TAP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)22第一次压力均衡降(简称一均降、E1D)：吸附器压力基本相等时，关闭阀KV305A，一均降步骤结束(继续开启阀KV305D，用于T301D下一步的最终升压步骤)。过程压力：由1.3MPa下降至0.93MPa步骤执行时间：~30S第二次压力均衡降(简称二均降、E2D)：吸附器T301A一均降步骤停止后，与刚结束三均升(E3R)步骤的吸附器T0301E以出口端相连进行第二级压力均衡，均压过程中吸附器T0301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两台吸附器压力基本相等时，关闭阀KV304E，二均降步骤结束(继续开启阀KV304A，用于T301A下一步顺放)。步骤执行时间：~30S顺向降压(简称顺放、PP)：步骤执行时间：~60S吸附器T301A顺放步骤停止后，与刚结束冲洗(P)步骤的吸附器T0301F以出口端TA出口端。当两台吸附器压力基本相等时，关闭阀KV304A，三均降步骤结束(继续开启阀KV304F，用于T301F下一步二均升)。过程压力：由0.36MPa下降至0.19MPa步骤执行时间：~30S逆向放压(简称逆放、D)：VKV开，解吸气去再生气，这样始终保证再生气的压力平稳，当塔的压力降到0.02Mpa时，逆放结束 (继续开启阀KV303A，用于T301A下一步冲洗)。过程压力：由0.19MPa下降至≤0.02MPa压力越低解吸越好，步骤执行时间：~30s 冲洗(P)： 开启阀KV306A和调节阀HV-302，继续开启阀KV303A、KV304B。利用刚结束二均降步骤的吸附器T301B的顺放气对吸附器T301A进行冲洗，进一步降低吸附器T301A中的杂质分压，使吸附剂得到充分再生。当吸附器T301B的压力降至规定值时，关闭阀KV304B，冲洗步骤结束。过程压力：保持压力在≤0.02MPa，同样压力越低吸附剂再生越好。步骤执行时间：~60S第三次压力均衡升(简称三均升、E3R)：开启阀KV304A和阀KV304B。吸附器T301A与刚结束顺放(PP)步骤的吸附器T301B以出口端相连进行第三次压力均衡，均压过程中吸附器T301A的压力升高，当这两台吸附步骤执行时间：~30S第二次压力均衡升(简称二均升、E2R)：开启阀KV304A和阀KV304C。吸附器T301A与刚结束一均降(E1D)步骤的吸附器TC器T301A的压力升高，当这两步骤执行时间：~30S隔离(IS)：MPa步骤执行时间：~60s第一级压力均衡升(简称一均升、E1R)：吸附器T301A与刚结束吸附(A)步骤的吸附器T301D以出口端相连进行第一级压力均衡，均压过程中吸附器T301A的压力升高，当这两台吸附器压力基本相等时，关闭阀KV305D，一均升步骤结束(继续开启阀KV305A，用于吸附器T301A下一步的最终升压步骤)。步骤执行时间：~30s最终升压(简称终充、FR)：终充流量调节阀HV-301有调节输入，继续开启阀KV305A。TA气通过调节阀HV-301限流充压使其逐步达到吸附压力。当压力接近吸附压力后，关闭阀KV305A、HV-301，终充步骤结束。步骤执行时间：~90s过程叙述中的步骤执行时间及过程压力是说明性的，装置在实际运行中可根据原料气流量、组成和压力的变化随时对时间和压力进行调整。3.4.25-2-2/P运行方式：P入原料气、产出氢气的吸附步骤，其余列，即可达到原料气不断输入、产品氢连续稳定输出。分分周期12345步位123123123123123时间时间2403060303060303090AAE1DPPE2DDPE2RE1RFRBE1RFRAE1DPPE2DDPE2RCDPE2RE1RFRAE1DPPE2DDE1DPPE2DDPE2RE1RFRAEAE1DPPE2DDPE2RE1RFRA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，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。33423123130150303015030DPE3RE2RISE1RE2DPPE3DDPE3RAE1DE2DPPE3DFRAE1DE2RISE1RFR223ADP123ADPE2DPP523DPE2DPPAABCDE111其余三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，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。22分周期分周期1234压力1.300.770.470.250.020.020.250.771.30时间s2103015030301503030180吸AAE1DPPE2DDPE2RE1RFR附BE1RFRAE1DPPE2DDPE2R器CDPE2RE1RFRAE1DPPE2DDE1DPPE2DDPE2RE1RFRA4、后处理工序(400＃)本工序由脱硫、脱氧、干燥两部分组成。从300＃出来的半成品氢气中尚含有少量氧。应式如下：(1)脱硫工序由精脱硫器(R401A、B)组成。从300#来的半成品氢气自上而下得进入两台可串可并联的精脱硫器(R401A、B)，脱除还可能残留的部分硫。(2)脱氧工序由加热器(E401)、脱氧器(R402)和冷却器(E402)组成脱氧工序。从精脱硫器来的半成品氢气中尚含有少量的氧。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(R402)前需在加热器(E401)中将氢气预热。反应温度维持在80℃－100℃之间。脱氧后的氢气经冷却后去干燥部分。(3)干燥部分器(V401)、干燥器(T401A,B)、预干燥器(T402)、氢气加热器(E403氢气冷却器(E404)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、B、C)和流量调节阀FV－0401来实现整个循环过程。干燥与再生均处于~1.30Mpa压力下。分周期分周期12步位1234AAHAHACHdabHHCAHAHc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KV0401B、KV0401C是同步的，每经历两个分周期动作一次。5.工艺流程及主要操作参数来自界外的焦炉气(COG)由原料气管道PG101先进入脱油脱萘器(T101A,B)，脱除绝大部分萘、焦油和苯等杂质，通过管道PG104，进入压缩机进行一级压缩后，再通过管道PG107进入精脱萘器(T102A、B)中脱除残余的萘等杂质，净化后的气体经由管道PG110进入压缩机二、三级压缩至1.30MPa再由管道PG113送到下一工序。来自100#的焦炉气(COG)由原料气管道PG113去除油器除掉压缩时所带的机械油，原料气油雾的净化(除油器)压缩后的原料气通过管道PG204阀V201a/b进入除油器(T201A/B)，除油器的作用是脱掉少量用压缩机油雾。净化后的气体经阀V206a/b管道PG204后送到预处理器T202A/B。两个除油器为交替使用，使用一段时间后效果下降，切换塔。两塔可以交替使用，也可以串联使用，当吸附剂吸附杂质接近饱和就更换吸附剂。原料气的预处理工序在前已详细说明，在此就不再叙述。经预净化后的原料气压力约1.3Mpa，经管道PG208，进入吸附塔(T201A~F)中正处于吸附状态的两个塔，在那里吸附了除氢以外的几乎所有杂质，从而得到氢纯度大于或等于吸气缓冲罐(V302)，而逆放后期低压气体和冲洗步骤中的解吸气，直接通过调节阀HV303进入解吸气管网，由管道FG303输出到前工序。当管道FG303的压力比较低时缓慢变压吸附工序程控阀比较多，动作频繁出故障的可能性相对较大，为此，设计了多种程序切换，当某塔相应程控阀出故障可以把该塔隔离出来进行检修，其它塔继续工作。已当程控阀上的阀检检测到阀门出故障并发出报警信号，操作人员就可以判断和决定脱可能残留的部分硫，再通过管道H404，阀V407进入加热器(E401)被预热至80~100℃，通过管道H406进入脱氧器(R402)，在钯催化剂的作用下发生反应将氧脱至10PPm以下，再经管道H410冷却器(E402)冷至≤40℃，又经管道H407在预水分离器(V401)干燥器(T401A/B)的再生气用已脱除氧的小部分氢气，管道H408分一管路，经流热器(E403)中预热至140℃，沿H415管道，去再生预干燥器(T402)，再生后的气通过H414管线、四通阀KV401A、H418管道，在氢气冷却器(E404)中冷却至≤40℃，沿H419管道返回正去干燥器的产品氢中。第三章自动控制系统及工艺过程参数检测本装置的自控系统采用西门子S7－300控制系统。实现程控阀的程序控制、阀位状态控制系统的操作和使用方法参考《程序控制系统说明书》(1)原料气流量计量系统(FT-201)(2)氢气流量分配指示计量系统(FT-401)(3)产品气流量计量系统(FT-402)作用：按预先给定的程序自动运行程序，可通过键盘进行时间修改；可以根据需要进行程序切换，以及相应功能键的操作。 (2)原料气压缩机出口超压返流调节系统(PICA－101)控制调节对象：①调节阀PV－101②原料气压缩机出口压力作用：当原料气压缩机出口压力偏高时PV－101调节阀自动开启，压缩后的原料气部(3)吸附塔压力自动调节系统(PICA－301)：0~1.30Mpa(4)300＃终充流量手操控制系统(HC－301/KS-301)控制调节对象：①HV－301②最终充压流量(5)300＃顺放气量手操控制系统(HIC－302/KS-301)：①HV-302②顺放气量(6)预处理器出口再生气压力调节(PIC202)控制调节对象：①PV-302②PSA解吸气(预处理再生气)压力5MPa作用：稳定解吸气(预处理再生气)输出压力，防止逆放气波动对加热器及预处理器(7)解吸气流量手操控制系统(HC304/KS301)控制调节对象：①HV-303②PSA解吸气(预处理再生气)输出压力量程范围：0~100%作用：在逆放前，由微机超前发出信号，HV303提前关闭到一定开度，以防高压逆放HVHV303开 (8)氢气分配流量自动调节系统(FIC401)FV②再生用氢气量200Nm3/h作用：通过FV-401的开度变化调节氢气去干燥器(T401)主通道的阻力，从而调节再(9)产品氢气压力自动调节系统(PIC401)PV②产品输出压力(10)半成品氢含量自动分析及低报警系统(ARA-301)(11)产品氢中氧含量、水含量检测及高报警(ARA-401、ARA-402)量程范围：0~20ppmO-60~0℃(露点)2高限设定值：10ppmO-40℃(露点)2作用：用氧分析仪和水分析仪对产品质量进行在线监测和记录，当产品氢中氧含量、第四章装置的启动和停车开车分为初次开车和正常开车、初次开车前应做好一系列的准备工作，而正常开车只需将某些阀及控制点设置好后即可启动。装置安装完毕，需进行严格的吹扫，试漏工作。合格后，吸附塔干燥器装填吸附剂，完成整个气密性试验后，应对所有控制系统进行严格的检查及调试，并对整个设备和管道进行氮气置换，使整个装置的氧含量降至0.5％以下，因为本装置的原料气和产品以及解吸气均含有大量氢，尤其是产品气，如果不预先将系统中的氧置换掉，在开车初期特别在300＃工序会形成爆炸混合物而引起爆炸燃烧。以上工作完成后将阀门处于关闭状态。②所有缓冲罐的放空阀和排污阀；装置的开车分四步进行。首先启动100＃工序(脱萘及压缩工序)。将压力升至1.30Mpa左右,第二步启动200#工序(预处理工序)，生产出合格原料气，第三步启动300＃工序，生产出半产品氢气，氢纯度超过99.5％时可以启动400#工序。由于200＃工序一旦启动即能净化得到合格的原料气，整个装置是连续运行的。每个工序运行正常的时间很短，一旦合格后，即可启动下一道工序。③开启V124A(B)，启动原料气压缩机，将脱油脱萘后的原料气送入精脱萘器；⑤开启V160A(B)，精脱萘后的原料气经压缩机二、三级压缩达到1.30MPa后送入200#1.4.2.200#预处理工序开车③启动KS－201系统，使预处理器处于A塔(T202A)吸附、B塔(T202B)加温的状态；去再生预处理器和除油器。①控制系统开车前设定：控制方式控制方式统名称HC-301HV-301HCHC-302HV-302HC-304HV-303PICA01PV01PIC2PV02③200＃工序缓慢向300＃工序投料，其量不超过正常流量的1/2，由于投料量开始比较⑤以后每当吸附塔压力升高0.1~0.2Mpa时，程控系统步进切换一次，一直升至吸附压力。在升高过程中注意随时调整顺放和最终升压流量。升压速度可由200＃工序供给的气量来调节。求。缓冲罐V301、V302压力每升高至0.1~0.2MPa，此时不合格氢气和解吸气分别通过⑦通过100＃工序使原料气流量逐渐增加，直至流量计FI－201显示值达到800~1000Nm3/h左右为止，并随时调整顺放和终充调节阀的开度，使最终充压压力接近吸附压⑧当吸附压力升至1.3Mpa时，通常氢浓度已达90％，此时可启动产品氢在线分析仪(ARA－301)，当氢浓度大于99.5％时，就可往400#送气了。⑨将原料气流量逐渐增至满负荷。4.4.400#工序开车①将FIC-401投入自动运行，设定值为200Nm3/h；②KS-401系统先手动切换到T401A吸附，T401B加热；装置启动后，应按照装置的设计参数进行调整，使之尽快达到正常状态，为了保证装置和动力设备的稳定和正常运行、所有吸附塔、缓冲罐的压力应控制在正常的范围内。脱油脱萘塔的操作参数再生压力2~5Kpa0.05~0.1Mpa再生温度:进口400℃再生时间1~2月一次蒸汽压力0.8Mpa精脱萘器的操作参数再生压力进口再生时间0.2Mpa0.05~0.1Mpa400℃1~2月一次蒸汽压力脱硫剂更换时间0.8Mpa1.5.3.200#除油器的操作参数逆放时间充压时间注:由于除油器吸附压缩机油用预处理后的再生气再生不能再生完全，故吸附剂需一再生压力0.02~0.05Mpa≥环境温度＋30℃切换周期逆放时间蒸汽压力0.8Mpa切换时间可根据实际处理量的多少和杂质组成含量的变化进行适当调整。当处理量大则切换时间缩短，反之则增长。主要是以净化后原料气中C5组份的浓度而定，一般其加热结束的标准是当再生气出口温度T202达到50~60℃(或环境温度＋30℃)再稳冷吹结束的标准是T202接近环境温度。对于加热和冷吹时间的分配应根据实际工况作必要的调整，当总的吸附时间加长了，加热和冷吹时间可重新进行分配。如果总时间没变，而加热控制指标(再生气出口温度)提前或延后达到，那么冷吹时间可相应延长或缩主要操作参数产品气中氢压力(Mpa)9时间(S)(Nm3/h)(％)AA1.3240E1D1.3→0.9330E2D0.93→0.5630PP0.56→0.3660E3D0.36→0.1930D0.19→0.0230P0.0260E3R0.02→0.1930E2R0.19→0.5630E1R0.56→0.9330→1.3循环周期注:以上时间和压力为参考值,实际值以装置调试后的时间为准.HV－301作用是控制终充气流的速度。正常的终充速度应使处于终充步骤的吸附塔压力在完成终充前5秒左右达到或接近吸附压力。终充太快或太慢都会引起吸附压力较大的波HV－302作用是控制顺放气流速度。正常的顺放气流速度应在顺放时间内达到规定的逆放过程实际上是很迅速的。如果逆放速度太快，不仅使V302波动太大，而且造成吸附剂的磨损，逆放过程是分二步泄压，第一步结束时塔压力与V302压力相等，第二步通应尽可能在0.02~0.05Mpa下进行冲洗，冲洗压力越低越好，冲洗效果就越好。一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力，因此，如果循环时间过长，由于导入的原料气过多会造成产品浓度下降。循环时间过短，产品氢纯度很高，使床层未充分利用而引起