变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置

1、变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置操作运行及维修说明书设计阶段：施工图常州唯都科技有限公司2006年11月中国第一章本操作说明书是为18000Nm3/h变换气脱除二氧化碳装置编写的，用于指导操作人员对装置原始开车和维持装置正常运行。其主要内容包括工艺原理、工艺流程、工艺过程、开停车程序、操作方法、故障判断和相关的安全知识。本操作说明书是按设计条件编写的操作方法及操作参数，在偏离条件不大的情况下，操作者可根据生产需要对操作方法及操作参数作适当和正确的调整。但在任何情况下操作人员均不应违反工业生产中普遍遵循的安全规则和惯例。本装置采用气相吸附工艺，因此原料气中不应含有任何液体和固体。本操作说明书主要

2、对该装置的工艺过程及操作方法作详细介绍。在启动和操作运行本装置之前，操作人需透彻地阅读本操作说明书，因为不适当的操作会影响装载的正常运行，影响产品的质量，导致吸附剂的损坏，甚至发生事故，危及人身及装置安全。除专门注明外，本操作说明书中涉及的压力均为表压，组份浓度为百分浓度，流量均为标准状态（760mmHg,273k）下的体积流量。1 工艺原理及工艺过程1.0 概述本装置用于合成氨变换气脱除二氧化碳，装置建设规模为处理合成氨变换气18000Nm3/h(30%110%)1.1原料气原料气为合成氨变换气1.1.1压力: 0.74Mpa1.1.2温度: 401.1.3流量: 5400-18000Nm3

3、/h1.1.4组份: 表1-1组份H2N2CH4CO2COH2OH2SV%1.2产品变换气经过本装置后，CO2、H2O、硫化物等组份将被除去。对脱除CO2、H2O、硫化物等组份的气体（H2、N2）称为产品气。1.2.1纯度: 净化气CO2含量0.2%（V）1.2.2压力: 0.60Mpa1.2.3温度: 401.2.4流量: 3800-12600Nm3/h1.3副产物1.3.1压力: 0.01Mpa1.3.2温度: 401.3.3流量: 5400Nm3/h1.4工艺设备本装置包括水分离器（V0201）、吸附塔（T0201A、B、C、D、E、F、G、H、I、J）、储气罐（V0202）、以及动力设

4、备真空泵机组P0201（A、B、C、D）、压缩机C0201A、B等，见表二，其中吸附器是本装置的核心设备。表二 装置配备有下列工艺设备设备名称位号数量（台）容积（m3）用途水分离器V0201110除去气体中的水分吸附塔T0201AH834提供吸附场所储气罐V0202134缓冲真空泵P0201AD4促进吸附剂再生压缩机C02012气体回收二 工作原理2.1工作原理利用吸附剂对气体的吸附随压力变化而变化的特性，吸附剂在选择吸附的条件下，加压吸附气体中的CO2组份，减压脱附这些CO2组份而使吸附剂得到再生，而氢、氮、一氧化碳以及甲烷作为弱吸附组分通过床层。为提高弱吸附组分收率并保证产品气的连续输送，

5、本装置采用三塔同时吸附，四次均压和连续回收的工艺流程。吸附过程有以下特点：吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异；一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随着其分压的降低而减小。变压吸附脱碳技术就是根据这些特性，在较高压力下吸附原料气中的CO2组份，不易吸附的组分则穿过吸附床层作为产品气输出，而通过降低吸附床层压力使被吸附的组分脱附解吸，从而使吸附剂再生。本装置采用抽空降压的解吸工艺流程，尽可能地降低杂质组分的分压，以使吸附剂得到彻底的再生。1.3.2生产过程来自界外的原料气进入变压吸附系统。变压吸附系统采用10-3-2-4/H操作工艺，即设10台吸附塔、任何时刻都

6、有3台吸附塔进料（处于吸附状态），实现4次均压。10台吸附塔交替切换操作，产品气连续稳定的输出。表三：变压吸附过程有关的程控阀门编号KV X I| | |阀门功能| | |1原料期进口阀| | |2净化气出口阀| | |3抽真空阀| | |5终充阀| | |7回收阀| |设备编号|程控阀10-3-4/H工艺本装置采用10-3-4/H工艺流程。每一个吸附塔在一次循环中都要经过吸附（A）、压力第一均衡降（E1L）、压力第二均衡降（E2L）、压力第三均衡降（E3L）、压力第四均衡降（E4L）、回收（HS）、抽真空（CU）、压力第一均衡升（E1R）、压力第二均衡升（E2R）、压力第三均衡升（E3R）、

7、压力第四均衡升（E4R）、终充（RL）等十二个步序。现以A塔在一个循环内经历十二个步序的工况为例，对本装置变压吸附工艺过程进行说明。（1） 吸附（A）开启程控阀KVA1、KVA2，原料气通过KVA1进入A塔，原料气中CO2和水等在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的H2、N2、CO、CH4等组份（称为净化气），经KVA2进入产品气总管送出界外。当CO2的吸附前沿到达吸附塔某一位置时关闭KVA1、KVA2，原料气停止进入A塔。塔内保持吸附时的压力。（2） 压力第一均衡降（E1L）A塔吸附步骤停止后，即开启KVA4及KVD4。使A塔出口端和刚结束压力第二均衡升步骤的D塔的出口端相连通，A塔内死空间气

8、体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由A塔出口端经KVA4及KVD4阀，从A塔进入D塔。该步骤结束时，A塔和D塔压力基本达到平衡，而A塔内的CO2吸附前沿还未达到出口端。(3) 压力第二均衡降（E2L）A塔压力第一均衡降后，A塔和D塔压力基本达到平衡，关闭KVE4阀，打开KVJ4阀，A塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由A塔出口端经KVA4及KVJ4阀，从A塔进入J塔。该步骤结束时，A塔和J塔压力基本达到平衡，而A塔内的CO2吸附前沿还未达到出口端。(4) 压力第三均衡降（E3L）A塔压力第二均衡降后，A塔和J塔压力基本达到平衡，关闭KVJ4阀，打开KVE4阀

9、，A塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由A塔出口端经KVA4及KVE4阀，从A塔进入E塔。该步骤结束时，A塔和J塔压力基本达到平衡，而A塔内的CO2吸附前沿还未达到出口端。(5) 压力第四均衡降（E4L）A塔压力第三均衡降后，A塔和E塔压力基本达到平衡，关闭KVE4阀，打开KVI4阀，A塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由A塔出口端经KVA4及KVI4阀，从A塔进入I塔。该步骤结束时，A塔和I塔压力基本达到平衡，而A塔内的CO2吸附前沿还未达到出口端。(6) 回收（HS）A塔压力第四均衡降后，A塔和I塔压力基本达到平衡，关闭KVA4和KVI4阀,

10、打开KVA7，通过压缩机对A塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)进行回收。(7) 抽真空（CU）A塔回收完毕后，A塔的压力基本达到微负压。打开KVA3阀，对A塔抽真空,该步骤结束后，A塔内的吸附剂再生完全。(8) 压力第四均衡升（E4R）A塔抽真空后，A塔内的吸附剂再生完全，关闭KVA3阀，打开KVA4和KVH4阀，H塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由H塔出口端经KVA4及KVH4阀，从H塔进入A塔。该步骤结束时，H塔和A塔压力基本达到平衡。(9) 压力第三均衡升（E3R）A压力第四均衡升后， D塔和A塔压力基本达到平衡。打开KVA4和KVD4阀

11、，D塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由D塔出口端经KVD4及KVA4阀，从H塔进入A塔该步骤结束时，D塔和A塔压力基本达到平衡。(10) 压力第二均衡升（E2R）A压力第三均衡升后, J塔和A塔压力基本达到平衡。打开KVA4和KVJ4阀，J塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由J塔出口端经KVJ4及KVA4阀，从H塔进入A塔该步骤结束时，J塔和A塔压力基本达到平衡。(11) 压力第一均衡升（E1R）A压力第二均衡升后， E塔和A塔压力基本达到平衡。打开KVA4和KVE4阀，E塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由E塔出口端经

12、KVE4及KVA4阀，从E塔进入A塔该步骤结束时，E塔和A塔压力基本达到平衡。(12) 终充（RL）A压力第一均衡升后， E塔和A塔压力基本达到平衡。打开KVA5阀，产品气通过终充调节阀和KVA5阀进入A塔。使A塔的压力升至吸附压力。该步骤结束时。A塔的压力应和吸附压力相同。( A塔又准备开始下一个循环的吸附步序)备注:吸附塔在升压过程中有时需要隔离,介绍步骤时没有表述.三 工艺流程本装置工艺管道及仪表流程图见SJ0403-32-200-01、02作为本装置的原料气合成氨变换气在0.70.8Mpa， 40条件下进入本装置，首先经水分离器（V0201）分离掉气体中可能夹带的液态物质后，经流量计F

13、IQ201计量后进入由十台吸附塔（T0201-A-J）及程控阀门组成的变压吸附系统。产品气从吸附塔顶出来，经调节阀PV-201调节压力以及经流量计FIQ202计量后，送出界外。PSA系统的解吸气来自吸附塔的抽真空阶段，抽空气经管道高空排入大气。如抽空气需回收，则由管道送出界外。第三章 工艺过程参数检测及自动控制调节系统一、概述PSA工艺是靠周期性地切换阀门来实现的，为使整个工艺过程能连续稳定的进行，要求自控系统具有较高的水平。本装置控制系统采用西门子S7-300型PLC系统，其它仪表选用电动仪表。本装置的工艺参数有压力、流量、成份三种. 部分压力在现场检测，部分分析点在现场取样，重要参数如原料

14、压力，产品压力，各吸附塔压力，净化气CO2含量等在计算机屏幕上均有指示和记录.由于本装置受前后工段的影响，使得原料气流量、成份、压力有一定的波动，为了保证装置正常，安全地运行，本装置共设置了一套压力调节系统，一套流量调节系统，一套CO2成份在线连续分析仪，一套计算机程序控制系统.二 过程控制,调节和参数检测说明1)原料气/产品气流量计量系统(FIQ-201/ FIQ-202)该系统用于检测，指示和记录原料气和净化气的流量，反映装置的处理能力及生产效果，为经济核算提供依据。2)吸附塔工作压力自动调节及程控系统失控报警系统(PICAL-201)为了保证吸附塔工作压力的稳定，设置了此回路。当任一吸附

15、塔处于最终升压步骤时。由于最终升压的气体采用净化气。此时如果净化气气量输出不变。就会造成处于吸附步骤的塔压力下降。近而影响吸附工况。因此，必须及时调节PV-201阀的开度，改变净化气输出量，使处于吸附状态的吸附塔压力稳定在给定值上，以便保证吸附压力的稳定。当变压吸附系统的压力下降，且吸附压力小于给定值时，本系统可以发出报警信号，提醒操作人员。3)终充流量控制系统在终充时间内，该回路能保证终充流量基本恒定，以减少净化气输出的波动，并保证在终充结束时吸附塔压力接近吸附压力，以防止吸附压力波动。4)十个吸附塔的压力指示系统(PI-203A-J)十个吸附塔的压力是分别通过压力变送器将信号送到计算机进行

16、指示和记录的。通过压力变化曲线能完整地反映出变压吸附十个吸附塔的运行情况，同时对工况出现的异常情况亦可从压力曲线中看出，从而作为分析故障发生的依据。5)净化气中CO2含量分析在产品气总管上设有取样点，用于CO2红外线气体分析仪对净化气中CO2含量进行在线分析。随时监控产品的质量，为装置的参数调整提供依据。第四章开车分为原始开车和正常开车，原始开车前应做好一系列准备工作，而正常开车时只要按规定将某些阀及控制点设定好后即可启动。一 原始开车前的准备工作在装置安装完毕，对自控系统进行严格调试之后，利用程控系统（或通过电磁阀手动打开程控阀门）对装置进行吹扫和气密性工作。合格后装填吸附剂。但在投入原料气

17、之前还必须用真空泵对整个装置进行抽真空，使整个系统的氧含量0.5%(体积)以下，因为本装置的原料气，产品气以及解吸气均含有大量的氢气，如果不预先将系统中的氧含量排除尽，在开车初期容易形成爆炸混合物而引起爆炸燃烧，以上工作完成后应将全部程控阀门关闭。（后附系统吹除和系统置换方案）。(一)自控系统开车前的准备工作(1)检查模拟量控制系统本装置调节系统的模拟量控制采用电动型调节仪表。它们现场变送单元是通过导线连接。因此，在安装完毕后首先检查接线是否正确，然后可送上电信号，检查所有仪表的零位和满刻度是否正确，然后可对整个系统进行空负载模拟调试，包括手动调节，看执行机构动作情况。(2)检查执行机构(调节

18、阀)的行程给调节阀输入420mA信号时检查是否完全行程.(3)检查微机控制系统微机控制系统的主控信号经电磁阀电-气转换后操纵现场各程控阀门，该系统按要求安装完毕后，首先检查接线是否正确，然后按下列步骤进一步动态检查。开启微机电源,进入10-3-4/H工艺控制画面，任意设置时间，程序即从初始状态开始运行，检查暂停、步进、时间设置各个功能键是否正常。对程控系统进行空负载功能调试，给现场程控阀门送上仪表空气，将讯号送往现场，按下暂停键检查系统某一步骤动作是否正常（主要指现场的阀门的开关是否和程控机的指示相同），如正常，则取消暂停，再按步进键，程序执行下一步又按下暂停，检查系统动作情况。正常后取消暂停

19、，这样周而复始，直至把所有程序走完一遍，最后关闭微机电源，检查所有程控阀门是否关闭。(4)检查流量计计算系统按流量计使用说明书进行调校和检查,并设定有关的系数.(5)检查CO2连续分析仪当通入分析仪CO2标样气时，分析仪表的指针和CO2标样气含量相同。当标样气中加入少量的空气后再输入分析仪时分析仪表的指针应下降，如果分析仪表的指示与上述不符，说明分析仪表接线有误，需检查接线。(6)在以上工作进行的同时，还应对真空泵进行检查和试运行，以确保处于正常待用状态。二、投料启动、运行和停车在整个装置的工艺、仪表、自动控制系统检查及用真空泵对整个装置进行置换后，装置已处于随时可以投料开车的状态。（关于系统

20、的吹除和置换方案见附页）。（1）启动前的的准备工作 工艺阀门的设定全开调节阀前后的截止阀、安全阀前置阀、全开所有压力表阀，全开真空泵进出口阀。调节系统的设定将产品气调节阀设置为衡压调节。压力设定为0.7Mpa。微机程控系统的启动打开微机程控系统电源，进入控制画面，按照工艺正常运行的要求将各步骤时间设定好，并使之处于手动状态。（3） 启动 微机程控系统投入自动工作状态。 将程控机的任一步序作为开车的步序。根据显示的步序将各吸附的压力升至该步序对应的压力。缓慢开起原料气进气阀门，向吸附塔内投料，由于投料开始较少时流量计计量不准确，故此时流量大小的控制应保持在每分钟使吸附压力升高0.02Mpa的速度

21、，以防超流量操作。当吸附压力升到工作压力时，启动PLC系统。同时开启真空泵。刚开车时指标可能不合格，建议刚开车的头几个周期产品气的出口调节阀的后置阀不要打开，原料气的进口应控制得小一些。等到指标达到要求后才打开产品气的出口调节阀的后置阀。将产品气向后工段输送。将原料气进口阀门逐渐开大，使之达到或接近设计量。在装置运行的过程中，根据装置的运行情况调节运行参数和调节阀的开度，使装置运行在最佳的工况状态。（4）停车停车一般可分为三种情况，一种是正常计划停车，另一种是紧急停车，及装置出现短时间不能排除的故障需要立即停车；再一种是临时停车，及停车时间不超过1小时，只是为了处理一些小故障。现分述如下： 正

22、常停车通知本装前后工段关闭原料气进口阀门，产品输出阀门。将微机继续运行，使各设备压力降为0.1Mpa时关闭PLC系统,关闭微机系统.操作上一步的同时关闭真空泵系统.关闭系统电源.关闭仪表电源. 紧急停车关闭程控系统(PLC),通知本装置前后工段,关闭原料气进口,产品气出口. 临时停车由于工作需要装置要短时间停车,关闭关闭程控系统(PLC).关闭真空泵. 停车后的再启动。正常停车后的启动按投料启动的方法启动临时停车后的启动打开微机电源，进入控制画面，微机显示的步序为停车时的步序，检查各吸附塔的压力是否与步序一致，若相同，则可以启动程控机。若不相同，则将各塔的压力调整至与该步序相同的压力。再启动程

23、控机。 长期停车后的启动长期停车后的启动按系统建成后初次开车的方法进行。 产品气纯度从不合格状态到合格状态的恢复方法产品气纯度下降表明整个吸附床层以遭污染，杂质组份已突破吸附塔的出口端，造成此结果的原因有两种情况：一种是调节不当，另一种是系统出现故障。前一种的办法是，减小原料气的量，或者缩短吸附时间。后者的办法是减小减小原料气的量，检查故障，尽快排除故障。使系统恢复正常。三、故障与处理方法发生故障是指界外条件供给失常或系统本身在运转过程中操作失调或某一部分失灵引起产品气中杂质浓度升高，但在故障原因尚未确定之前，装置部需停车，应继续观察现象，此时不合格气体通过放空阀门放空。待故障判定明确后决定停

24、车或继续运行。如果系统出现重大问题，则应紧急停车。比较可能发生的故障有以下几个方面：界外条件供给失常 原料气带水过多由于本装置前的变换工段失控或操作失误，使大量的水进入本装置的水分离器中，甚至进入吸附塔导致吸附剂失效，此时应尽快打开水分离器的排污阀门，排除水分离器中的水份。 停电停电致使控制系统不能正常工作，由于微机无输出，所有程控阀门处于关闭状态，使系统处于停运状态，相当于紧急停车，请按紧急停车处理。仪表空气压力下降本装置要求仪表空气压力不低于0.5Mpa，一旦仪表空气压力波动大，下降幅度大，甚至停气，将使程控阀门无法开或关，导致程序或全系统控制紊乱，产品气不合格，此时应停车处理。操作失调P

25、SA过程运转是否正常关键是看吸附剂的再生状况是否良好，系统操作失调会立即或逐渐造成吸附效果恶化，由于PSA过程是周期性循环过程，因此只要一个吸附塔恶化，就会很快波及和污染其它吸附塔，最终导致产品气不合格，操作失调经常有两个方面： 处理气量增加，未及时缩短吸附时间吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附量是一定的，一旦处理量增加就应当相应缩短周期时间，以使原料气进入的杂质量不超过吸附剂的吸附能力。如果不及时调整，杂质就会很快污染产品。 吸附塔的解吸真空度达不到要求在该变压吸附工艺中，吸附剂的再生方式为降压（抽空）再生。如果由于设置的抽空时间不够或真空系统的其它原因，使吸附塔解吸真空度达不到要求值，就将影响吸

26、附剂的再生效果，从而影响产品气的质量和收率，这时候可相应调整时间使抽空时间加长，或检查真空系统的问题。 电磁阀故障若果电磁阀出现故障，将导致程控阀门不能打开或关闭，解决的办法是更换电磁阀。第五章 安全技术一、概述安全生产是关系到人民生命，国家财产安全的大事，是国家基本性政策，也是一项群众性工作，因此操作人员应该掌握有关的安全生产基本知识，自觉遵守有关的规则制度，确保实现安全、文明生产。本装置的原料气和产品气中都含有大量的氢气，按GB4968-85的火灾分类法属C类火灾，按TJ16-74第三章第一节生产火灾危险性分类的规定本界区为甲类，按爆炸危险场所划分的规定，本界区设备和程控阀门布置区为Q-3

27、级场所（正常情况下不能形成，在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的场所）。二、有关气体的性质介绍本装置是利用变压吸附技术从合成氨变换气中脱除CO2，涉及的工业气体中含有大量的CO2、H2、N2、CO、CH4等其它气体，下面将有关的气体性质作一简要介绍，（1） 二氧化碳 二氧化碳是一种无色、高浓度时略带酸味的气体，它的分子量为44.01,比重为1.524，沸点为-78.5(升华)，低浓度的二氧化碳对呼吸中枢系统有兴奋的作用，高浓度的二氧化碳有显著的麻痹作用，空气中二氧化碳高时，必然造成体内的二氧化碳滞留，缺氧引起窒息死亡。（2） 氢气众所周知，氢气是一种易燃易爆气体，在大气压力和室温下系无色

28、、无味、无毒的气体，它的沸点低（20.4K），同时也是无腐蚀性，但在高温下（260）它将腐蚀某些金属，如碳钢，它与金属中炭起作用产生（氢脆）。氢是所有元素中最轻的一种，元子量为2，对空气的比重为0.07，密度最小。它还具有高度的渗透性。氢气在空气或氧气中于一定条件下（指有火源或催化剂等）能产生爆炸，其爆炸范围见下表。氢气不能提供呼吸，故在高浓度下能使人窒息。氢气的自燃点为560。氢气的浓度（体积%）氢气在空气中4.074.2氢气在氧气中4.6693.9（3） 一氧化碳一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体，分子量为28、比重为0.97。一氧化碳是易燃、易爆有毒的气体，低浓度CO被吸入体内能引起中毒，中毒时出现呼吸急促，心率紊乱，迅速进入昏迷状态甚至死亡。（4） 甲烷甲烷是易燃、易爆气体，无色、无味，分子量为16、比重为0.424。低浓度甲烷对神经中枢有兴奋作用，高浓度甲烷吸入体内能引起缺氧中毒，窒息死亡。（5） 氮气氮气为无色、无味，既不燃烧也不助燃的惰性气体，它的分子量为28、比重为0.968。高浓度氮气吸入体内即产生缺氧状态，然后发生窒息死亡。三、装置的安全设施 本装置设置于户外，系统的排空气汇集到放空总管，最后经阻放空总管高端放空。自动控制在设计上已考