变压吸附提氢装置操作手册

变压吸附提氢装置

操作手册

（成都华西工业气体有限公司编制）

书目

序言...........................................................................3

第一章概述.......................................................................4

第一节前言......................................................................4

其次节装置概貌..................................................................6

2.1装置规模...................................................................6

2.2装置组成...................................................................6

2.3工艺流程...................................................................6

2.4非标设备设备一览表.........................................................6

第三节设计基础..................................................................7

3.1原料气规格.................................................................7

3.2产品规格...................................................................7

其次章工艺过程说明...............................................................8

第一节吸附工艺原理.............................................................8

1.1基本原理...................................................................8

1.2吸附剂及吸附力.............................................................8

1.3吸附平衡..................................................................12

1.4工业吸附分别流程及其相关参数.............................................13

1.5工业吸附分别流程的主要工序................................................15

其次节工艺流程说明............................................................16

2.1流程简述..................................................................16

2.2工艺步序说明..............................................................17

2.3限制功能说明..............................................................18

2.4工艺参数的设定............................................................19

2.5报警、联锁功能说明........................................................20

第一节装置的开车..............................................................20

1.1首次开车打算..............................................错误!未定义书签。

1.2首次开车..................................................................20

1.3正常开车步骤..............................................................21

1.4开车阶段的调整............................................................21

其次节装置的运行..............................................................22

2.1产品纯度的调整............................................................22

2.2装置参数的调整............................................................22

2.3吸附塔的切除..............................................................23

2.4操作留意事项..............................................................24

3.1正常停车..................................................................25

3.2紧急停车..................................................................25

3.3临时停车..................................................................25

第四章平安规程..................................................................27

5.1概要......................................................................27

5.2超压爱护..................................................................27

5.3平安阀....................................................................28

5.4废气处理..................................................................28

5.5火灾防护..................................................................28

5.6进入容器前的平安打算工作.................................................30

5.7其它平安措施..............................................................31

序言

本操作手册是成都华西工业气体有限公司专为内蒙庆华集团内蒙煤化有限公司

13000Nn?/h一上装置编写的。用于向自控人员供应编程组态的依据和向装置操作人员供

应正确的操作步骤，以及预防和处理事故的方法。

本装置是采纳变压吸附（简称PSA）法从甲醉驰放气中提纯氢气的成套装置。在

启动和运行本装置前，要求操作人员透彻地阅读本操作手册及相关图纸。因为，不适当

的操作会导致运行性能低劣、产品不合格，甚至吸附剂损坏或造成平安事故。

本操作手册不行能对装置的全部操作及平安防护措施作完全描述。如有疑问，成

都华西工业气体有限公司的技术服务人员将在操作人员培训期间赐予解答。同时，在任

何状况下，装置操作人员均应遵守石化行业和本工厂的其它有关平安、劳动爱护、事故

预防及生产管理的规定C

成都华西工业气体有限公司保留用开工和生产阶段所测数据对本操作手册进行补

充的权利。

本操作手册中的内容及技术数据属成都华西工业气体有限公司技术机密。未经成

都华西工业气体有限公司许可，用户有义务限制本操作手册只向买方的操作及维护人员

供应。

本装置设计的原始数据由内蒙庆华集团内蒙煤化有限公司供应，并在设计过程赐

予了大力支持和帮助。在此，致以特殊的谢意!

第一章概述

第一节前言

吸附分别是一门古老的学科。早在数千年前，入门就起先利用木炭、酸性白土、硅藻土等

物质所具有的强吸附实力进行防潮、脱臭和脱色。但由于这些吸附剂的吸附实力较低、选择性

较差，因而难于大规模用于现代工业。

变压吸附(PlessureSwingAdsorption)气体分别与提纯技术成为大型化工工业的一种生产工

艺和独立的单元操作过程，是在本世纪六十年头快速发展起来的。这一方面是由于随着世界能

源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，以及各国对环境污染的治理要

求也越来越高，使得吸附分别技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益

受到重视：另一方面,六十年头以来,吸附剂也有了重大发展,如性能优良的分子筛吸附剂的

研制胜利，活性炭、活性氧化铝和硅胶吸附剂性能的不断改进，以及ZSM特种吸附剂和活性

炭纤维的独创，都为连续操作的大型吸附分别工艺奠定了技术基础。

由于变压吸附(PSA)气体分别技术是依靠压力的变更来实现吸附与再生的，因而再生速度

快、能耗低，属节能型气沐分别技术。并且，该工艺过程简洁、操作稳定、对于含多种杂质的

混合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品。因而近三十年来发展特别快速，已广泛应用于含氢

气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氯气和烧类的制取、各种

气体的无热干燥等。而其中变压吸附制取纯氢技术的发展尤其令人瞩目。

自一九六二年美国联合碳化物公司(UCC)第一套工业PSA制氢装置投产以来，UCC公司、

HaldorTopsoe公司、Linder公司等已先后向各国供应了近千套变压吸附制氢装置，装置的处理

实力最大已达l()()()()()Nm3/h以上。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特殊是在PSA

装置大型化技术方面较为落后，以至在七、八十年头，我国的大型变压吸附装置完全依靠进口。

为变更这种状况，我们进行了坚持不懈的努力，最终胜利地完成了变压吸附计算机集成液压操

纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀的开发工作，并合作研制胜利了比国外制氢分子筛吸

附容量更大、强度更高的新型5A制氢分子筛。实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突

破。

自九十年头中期，成都华西化工科技股份有限公司通过招标承包设计、建设了我国最大的

PSA制氢装置“茂名石化公司lxl()5Nm3小重整氢PSA制氢装置”以后，国内技术在中国PSA

制氢领域已基本完全替代了国外技术，井首次实现了大型变压吸附制氢装置的出口，承包设计、

建设了“苏丹喀土穆炼油厂11000Nm3/h催化干气PSA制氢装置”。这标记着我国的PSA制氢技

术已达到世界先进水平。

其次节装置概貌

2.1装置规模

装置设计产氢实力：13()()()Nm3/h

装置设计操作弹性：30〜110%

2.2装置组成

本装置由一台原料气缓冲罐、8台吸附塔、一台产品气缓冲罐、一台顺放气缓冲罐、一台

富氮气缓冲罐、一台逆放气缓冲罐、一台解析气缓冲罐以及配套程控阀门构成。

2.3工艺流程

见所附工艺原理流程图

2.4非标设备及动力设备一览表

操作数量

序号名称位号操作条件填料种类

介质(台)

GL-H2活性氧化铝

HXSI-01吸附剂

甲醇驰放

1吸附塔Ti01A-IIHXBC-15B吸附剂8

气

HX5A-98H吸附剂

2原料气分液罐V101原料气1

3顺放气缓冲罐VI02氢气1

4产品气缓冲罐V103解吸气1

5富氮气缓冲罐V106解吸气1

富炭逆放气缓

6VI04解吸气1

冲罐

富炭逆放气缓

7V105)解吸气1

冲罐

第三节设计基础

3.1原料气规格

PSA制氢装置是为在特定压力下从特定的组分中提取氢气而设计的。在不同的原料气条件

下吸附参数应作相应的调整以保证产品的质量，同时产品氢收率也将随原料而变更。

另外，只有在设计条件下操作时，装置才能按设计的物料平衡将原料气分成产品氢和富

CO气。当原料气条件变更时，物料平衡也将发生相应的变更。在原料气条件不变的状况下，

全部的调整均可由计算机自动完成。

本装置设计的原料气为：甲醇驰放气。其具体规格如下（mol%）：

压力：4.0~5.4Mpa.减压到2.2MPa

温度：〜40℃

流量：20000〜25000Nm3/h

组成（V%）：

7数组分%

名於、

CH,COCO,硫H20

H2N2

驰放气65—685—83~55—810—150.Ippm1.0

3.2产品规格

本装置的主要产品为氢气，用作加油品加工及合成氨；副产晶为解吸气，压缩回收。在实

际生产中，产品氢的纯度可通过变更PSA装置的操作条件进行调整，而解吸气的组成也会随

原料气和产品气的不同而略有不同。以下为设计的产品气规格：

（1）产品氢气：

H2^99.9%（体积比）；

CO+CO2W15ppm；

气体压力:2.15Mpa

温度：^40℃

气量：^1300DNm7h

（2）富碳气

气量：3862Nm7h

纯度:N2<8%

气体压力:0.05Mpa

温度：〈40℃

（2）顺放气

流量：7069Nm3/h

气体压力：0.08Mpa

温度：W40℃

其次章工艺过程说明

第一节吸附工艺原理

1.1基本原理

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：化学吸着、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，且解吸过程特别困难。

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聚现象。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，参加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吸附剂及吸附力

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实力和吸附容量。

本装置所用吸附剂的特性如下：

D.GL-H2吸附剂

在大型PSA氢提纯中的应用结果表明：我公司的GL-H2吸附剂对H20均有很高的吸附实

力，同时再生特别简洁，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

的底部脱除水分和爱护上层吸附剂。

2).HXSI-01吸附剂

本装置所用PSA专用硅胶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.其中规格为0)3-5球状的硅胶装填于吸附塔的中底部，用于改善气流分布、脱除水、

部分二氧化碳等。

3).HXBC-15B吸附剂

本装置所用活性炭是以煤为原料，经特殊的化学和热处理得到的孔隙特殊发达的专用活性

炭。属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎全部的有机化合物都有良好的亲和力。本装置

所用活性炭规格为①1.5条状，装填于吸附塔中部主要用于脱除烧类组分、甲烷及部分氮气。

4).HX5A-98H吸附剂

本装置所用的分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，型号为5A,规格为①2-3

球状，无毒，无腐蚀性。5A分子筛不仅有着较大的比表面积，而且有着特别匀称的空隙分布,

其有效孔径为0.5nmo5A分子筛是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于

吸附塔的中上部，用于脱除甲烷和氮气，保证最终的产品纯度。

1.2.2吸附剂的处理

几乎全部的吸附剂都是吸水的，特殊是分子筛具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管

和运输过程中应特殊留意防潮和包装的完整性。分子筛假如受潮，则必需作活化处理。

对于废弃的吸附剂，一般采纳深埋或回收处理.。但应留意：在卸取吸附剂时，必需先用氮

气进行置换以确保塔内无有毒或爆炸性气体。在正常运用状况下，PSA工段的吸附剂一般是和

装置同寿命的。

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实力是由于处于气、固和分界面上的

气体分子的特殊形态。一股来说，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F=C1/严・C2/，(m>n)

其中：Cl表示引力常数，与分子的大小、结构有关

C2表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬时偶极矩有关

r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

吸附的实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实力很弱，而对其它组分吸附实力较强，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。

卜图为不同组分在分子筛上的吸附强弱依次示意图

组分吸附实力

氮气☆弱

氢气☆

氧气☆☆

氧气☆☆

氮气☆☆☆

一氧化碳☆☆☆

甲烷☆☆☆☆

二氧化碳☆☆☆☆☆☆

乙烷☆☆☆☆☆☆

乙烯☆☆☆☆☆☆☆

丙烷☆☆☆☆☆☆☆

异丁烷☆☆☆☆☆☆☆☆

丙烯☆☆☆☆☆☆☆☆

戊烷☆☆☆☆☆☆☆☆

丁烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆

硫化氢☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

硫醇☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

戊烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

甲苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

乙基苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

苯乙烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

水☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆强

1.3吸附平衡

吸附平衡是指在肯定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最终吸附质在两相中的

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；当肯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，并且在肯

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。

我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图：

从上图的B-A和C-D可以看出：在温度肯定时，随着压力的卜，升吸附容量渐渐增大：

从上图的B-C和A-D可以看出：在压力肯定时，随着温度的上升吸附容量渐渐减小。

本制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。

1.4工业吸附分别流程及其相关参数

工业吸附分别流程的确定

在实际工业应用中，吸附分别一般分为变压吸附和变温吸附两大类。从吸附剂的吸附等

温线可以看出，吸附剂在高压下对杂质的吸附容量大，低压下吸附容量小。同时从吸附剂的

吸附等压线我们也可以看到，在同一压力下吸附剂在低温下吸附容量大，高温下吸附容量小。

利用吸附剂的前一性质进行的吸附分别称为变压吸附(PSA),利用吸附剂的后一性质进行的

吸附分别就称为变温吸附(TSA)。

在实际工业应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择TSA、PSA或

TSA+PSA工艺。

变温吸附工艺由于须要升温，因而循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量

杂质或难解吸杂质的净化；变压吸附工艺的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对

较少，不须要外加换热设备，被广泛用于大气量多组分气体的分别与纯化。

本装置的流程为PSA流程。

在工业变压吸附(PSA)工艺中，吸附剂通常都是在常温柔较高压力下，将混合气体中的易

吸附组分吸附，不易吸附的组分从床层的一端流出，然后降低吸附剂床层的压力，使被吸附

的组分脱附出来，从床层的另一端排出，从而实现了气体的分别与净化，同时也使吸附剂得

到了再生。

但在通常的PSA工艺中，吸附床层压力即使降至常压，被吸附的杂质也不能完全解吸，

这时可采纳两种方法使吸附剂完全再生：一种是用产品气对床层进行“冲洗”以降低被吸附杂

质的分压，将较难解吸的杂质置换出来，其优点是常压下即可完成，但缺点是会多损失部分产

品气；另一种是利用抽真空的方法进行再生，使较难解吸的杂质在负压下强行解吸下来，这

就是通常所说的真空变压吸附(VacuumPlessureSwingAdsorption,缩写为VPSA或VSA)O

VPSA工艺的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是须要增加真空泵，装置能耗相对较高。

在实际应用过程中，原委采纳以上何种工艺，主要视原料气的组成条件、流量、产品纯度及

收率要求以及工厂的资金和场地等状况而确定。

本装置采纳冲洗方式可对吸附剂进行再生。

1.4.2工艺条件与装置处理实力的关系

原料气组成：

吸附塔的处理实力与原料气组成的关系很大.原料气中氢含量越高时,吸附塔的处理实

力越大；原料气杂质含量越高，特殊是净化要求高的有害杂质含量越高时，吸附塔的处理实力

越小。

原料气温度：

原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理实力越低。

吸附压力：

原料气的压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理实力越高。

解吸压力：

解吸压力越低，吸附剂再生越彻底，吸附剂的动态吸附量越大，吸附塔的处理实力越高。

产品纯度：

产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理实力越低。

1.4.3氢气回收率影响因素

由于PSA装置的氢气损失来源于吸附剂的再生阶段，因而吸附塔的处理实力越高，则再

生的周期就可以越长，单位时间内的再生次数就越少，氢气损失就越少，氢回收率就越高。

产品氢纯度与氢回收率的关系：

在原料气处理量不变的状况下，产品氢纯度越高,穿透进入产品氢中的杂质量越少，吸附

剂利用率越低，每次再生时从吸附剂死空间中排出的氢气量越大，氢气回收率越低。

吸附压力对氢气回收率的影响：

吸附压力越高，吸附剂对各种杂质的动态吸附量越大。在原料气处理量和产品氢纯度不变

的状况下，吸附循环周期越长，单位时间内解吸次数越少，氢气回收率越高。

冲洗过程对氢气回收率的影响：

由于被吸附的大量杂质是通过产品氢的回流冲洗而解吸，故冲洗时间的长短、冲洗气量的

大小、冲洗速度的快慢都将影响氢气的回收率。一般来讲，冲洗时间越长，冲洗过程越匀称，

冲洗气量越大，吸附剂的再生越彻底，在纯度不变的状况下，吸附时间越长，氢气回收率越高。

但是，由于本装置的冲洗气来自均压结束后的顺放过程，如需加大冲洗气量，则顺放过程压力

降太大，将会引起部分杂质穿透，反而不利于冲洗。

吸附时间（或吸附循环周期）对氢气回收率的影响：

在原料气流量和其他工艺参数不变的条件下，延长吸附时间就意味着单位时间内的再生次

数削减，再生过程损失的氢气也就越少，氢气P1收率越高.但是，在同样条件下，吸附时间越氏,

进入吸附剂床层的杂质量越大，因吸附剂动态吸附量不变，故穿透进入产品氢的杂质量将增大,

这势必会使产品氢纯度下降.由此可见,吸附时间的变更将同时影响产品氢的纯度和收率.在

PSA制氢装置的实际操作过程中，为了提高PSA装置这行的经济性,我们应在保证产品氢中杂质

含量不超标的前提下，尽可能的延长吸附时间以提高氢气回收率.

产品氢纯度的影响因素

原料气流量对纯度的影响：

在气体工艺条件及工艺参数不变的条件下，原料气流量的变更对纯度的影响很大，原料气流

量越大，每一循环周期内进入吸附塔的杂质量越大,杂质也就越简洁穿透，产品氢纯度越低.相反,

原料气流量减小,则有利于提高产品氢纯度.

解吸再生对产品氢纯度的影响：

如前所述,在常压冲洗再生的状况下，因要消耗部分产品气用于吸附剂再生，氢气回收率

较低，同时也削减了部分杂质转入下一个吸附步骤，这有利于产品氢纯度的提高；冲洗再生相

对越彻底，吸附剂动态吸附量越大，因而若原料气流量不变,则产品氢纯度提高。

均压次数对产品氢纯度的影响：

原料气处理量和吸附循环周期不变，均压次数越多，均压过程的压力降越大，被吸附的杂

质也就越简洁穿透进入下一吸附塔并在吸附剂床层顶部被吸附，致使该塔在转入下一次吸附时

杂质很简洁被氢气带出，影响产品氢纯度。

综上所述，为了提高氢气回收率进而提高装置的经济效益.在原料气组成、流量以及温度

肯定的状况下应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、延长吸附时间、降低产品纯度（在允许范

围内）；在原料气流量发生变更时，应适当调整吸附时间以保证产品氢纯度.

1.5工业吸附分别流程的主要工序

吸附工序-在常温、高压下吸附杂质，出产品。

减压工序--通过一次或多次的均压降压过程，将床层死空间氢气回收。

顺放工序-通过顺向减压过程获得吸附剂再生气源。

逆放工序--逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分再生

冲洗（抽真空）工序一用产品氢冲洗（或抽真空）降低杂质分压，使吸附剂完成最终的再生。

升压工序-通过一次或多次的均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压力，为

下一次吸附作好打算

本装置主流程的工序包括：吸附、一〜四均降、顺放一、顺放二、逆放、冲洗、四^—均

升、产品氢终升共十四个工艺步序。

其次节工艺流程说明

2.1流程简述

本装置采纳8-2(1)-4PSA流程，即装置的8个吸附塔中有2(1)个吸附塔始终处于

进料吸附的状态。其吸附和再生工艺过程由吸附、连续四次均压降压、逆放、冲洗、连续四次

均压升压和产品最终升压等步骤组成。

吸附塔的工作过程依次如下：

a.吸附过程

原料气经水分罐分别掉其中的游离水并经过流量调整后进入吸附塔，在高压下，其

中的HQ、CO?、N2,CH„CO等被多种吸附剂吸附，未被吸附”等组分从塔顶排出，经过

缓冲罐缓冲后进入后工序。

当被吸附同0、CO?、弗、CH,、CO的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一

位置时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。吸附床起先转入再生过

程。

b.均压降压过程

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再

生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间产品气的过程,

本流程共包括了四次连续的均压降压过程，因而可保证产品气的充分回收。

c.顺放过程

在均压过程结束后，吸附前沿还未达到床层出口。这时，顺着吸附方向先将吸附塔压

力降至约0.25Mpa(G),此时的顺放气进入顺放气缓冲罐，然后经调整阀调整后作为吸附塔再

生时的冲洗气，然后接着顺着吸附方向将吸附塔压力降至约O.lOMpa(G),该部分气体可作为

其它气源运用。

d.逆放过程

在顺放过程结束后，吸附前沿已达到床层出口。这时，逆着吸附方向将吸附塔压力降

至接近常压，此时被吸附的CO?、CH..CO起先从吸附剂中大量解吸出来，逆微解吸气进逆放

解吸气缓冲罐，然后经调整阀调整后再送解吸气混合罐。

e.冲洗过程

逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放罐中气体逆着吸附方向对吸附床层

进行冲洗，进一步降低杂质气体组分的分压，使吸附剂得以彻底再生。冲洗解吸气经调整阀

调整后再送解吸气混合罐。

f.均压升压过程

在冲洗再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力产品气依次对该吸附塔进行升压，

这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间氢

气的过程，本流程共包括了连续四次均压升压过程。

g.产品气升压过程

在4次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度

在这一过程中不发生波动，须要通过升压调整阀缓慢而平稳地用产品氢气将吸附塔压力升

至吸附压力。

经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了

打算。

8个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作（始终有2（1）个吸附塔处于吸附状态）即

可实现原料气的连续净化。

（8•个吸附塔分两列布置，每列4台，在故障时，装置可自动切换至7塔、6塔、5塔、

4塔操作，以便不停车在线检修故障。这一功能大大地提高了装置的牢靠性。）

2.2程控阀门编号说明

吸附塔的整个吸附与再生过程都是通过程控阀门按肯定的工艺步序和依次进行开关来实

现的。为便于识别这些程控阀门，我们按肯定的规律对程控阀进行了编号：

XV—□□

工一吸附塔号：A〜H

----------阀门编号（功能、作用）

-------------------------表示程序限制阀

3.2.1装置的主要操作条件表

序号步序操作压力温度

1吸附（A）2.2MPa常温

2一次均压降压（E1D）2.2MPa-*l.77MPa常温

3二次均压降压（E2D）1.77MPa^l.34MPa常温

4三次均压降压（E3D）1.34MPa->0.91MPa常温

5四次均压降压（E4D）0.91MPaf0.48Mpa常温

6顺放一(PP1)0.48MPa-*0.20MPa常温

7顺放二(PP2)0.33MPa-*0.lOMPa常温

8逆放(D)0.18MPa-0.05MPa常温

9冲洗(P)0.05MPa-0.03MPa常温

10四次均压升压(E4R)0.03MPa->0.48MPa常温

11三次均压升压(E3R)0.48MPa^0.91MPa常温

12二次均压升压(E2R)0.91MPaT34MPa常温

13一次均压升压(E1R)1.34Pa->l.77MPa常温

14产品气升压(FR)1.77MPa-2.2MPa常温

2.3限制功能说明

本装置的基本限制与管理功能包括：程控阀开关限制、模拟量检测与调整、故障报警与记

录、历史数据记录、流量累计等功能。

分别介绍如下：

2.3.1程控阀开关限制功能

本装置的吸附与分别过程都是依靠于程控阀门的开关来实现切换的，因而程控阀门的开关

限制是本装置最重要的限制部分。

本装置的程控阀开关限制过程示意图如下：

程控阀开关限制过程说明：

DCS系统依据工艺要求(见工艺阀态表)制订出程序，然后按肯定的时间依次将DC24V开

关信号送至气动电磁换向阀，电磁换向阀将气源送至程控阀的驱动气缸，驱动程控阀门按程序

开、关。

同时，安装在程控阀门上传感器将其开、关状态反馈给DCS系统，用于状态显示和监控,

并通过与输出信号的对比实现阀门故障的推断与报警。

驱动气源的作用是为程控阀门供应开、关的动力和限制手段。

程控阀门说明：

本装置程控阀门的牢靠性是本装置整体牢靠性的关键，其工艺要求特点是密封性能要求

高、开关次数频繁，其中开关最常见的程控阀每年开关次数可达50万次以上，并且要求开启

速度可调。

故本装置的程控阀执行了严格的材质标准，保正了阀门的高密封性能和超长寿命。

(程控阀门的结构及维护详见程控阀门运用说明书)

2.4工艺参数的设定

变压吸附的工艺参数主要包括吸附时间、压力和处理量。其设定的原则与方法如下：

2.4.1吸附时间参数的设定

吸附时间参数是变压吸附的最主要参数，其设定值将干脆确定装置产品氢的纯度和氢气回

收率。

因而，PSA部分的吸附时间参数应尽量精确，以保证产品纯度合格，且氢气回收率最高。

吸附时间的设定总原则：产品纯度过高则延长吸附时间，产品纯度过低则缩短吸附时间

吸附时间参数设定表：

8-2(1)-4主流程)时间参数

时间序号含义预设值设定原则

Timel•均、三均时间3()秒保证两塔的压力能均至相等

Time2二均、四均、逆放时间60秒保证两塔的压力能均至相等

注：单塔总吸附时间=2X(Time1+Time2)

单塔抽真空时间=2X(Timel+Time2)

单塔终升时间二Time2

在吸附时间不变且能保证均压时压力相等的状况下，应尽可能延长Time2,以保证终升、

逆放过程尽量平稳。

以上的预设值为满负荷预设值，且与最终开车后的整定值可能有差异。

由于吸附塔的大小和装填的吸附剂量是固定的，因而在原料气组成和吸附压力肯定的状况

下，吸附塔每一次所能吸附的杂质总量就是肯定的。所以随着吸附过程的进行，杂质就会渐渐

穿透吸附床，起初是恒量，渐渐就会超过允许值，这时就必需切换至其它塔吸附。因而，当原

料气的流量发生变更时，杂质的穿透时间也就会随之变更，吸附时间参数就应随之进行调整。

在保证产品纯度的前提下，为尽可能提高氢气回收率：流量越大则吸附时间就应越短，流量越

小则吸附时间就应越长。这样才能保证在各种操作负荷下均能充分地利用吸附剂的吸附实力，

获得最高的氢气回收率。

2.5报警、联锁功能说明

2.5.1报警一览表

报警仪表报警内容报警值处理方案

程控阀门请检修人员检查，如影响到吸附

阀位传感器

开关错误压力或产品纯度，则切塔或停车

驱动气源压报告生产指挥中心。如程控阀门

气源压力低

力变送器不能正常开关，紧急停车。

第三章装置的操作

第一节装置的开车

1.1.系统置换

在装置正式投料前还应用干燥、干净的氮气对整个装置进行彻底置换使整个系统的含氧量

低于0.5%（体积）。置换方法可按正常运行步骤进行，即以氮气做为原料气通入，启动系统程控

阀后直到产品气出口和解吸气出口氧含量均小于0.5%为止（至少三次取样分析均合格才能视为

合格）。如氮气量不足，则可分阶段逐塔逐管通入氮气进行置换。

1.2首次开车

在全部设备、仪表、微机都已打算完毕并经过了严格检查，系统也已完成置换后，即可进

入装置的首次投料、开车过程。

其步骤如卜:

1）确认系统己氮气置换合格。

2）确认原料气组成已合格，不带油水。（液态）

3）拆除进出界区的全部工艺气管线盲板，并作记录。

4）限制系统及全部仪表通电，并投入操作状态。

5）在DCS操作画面上，设定好全部调整系统的操作参数。（具体见其次章）

6）确认驱动气源压力正常。

7）在DCS操作画面上，用将PSA系统运行按钮置为RUNNING状态，使程控阀起先投入

运行。

7）缓慢打开原料气进口阀，潮渐向系统内投料，投料速度不宜过快，应保持在每分钟吸附塔

压力上升O.IMPa左右。

8）当吸附塔压力升至2.0MPa后，打开手动产品气放空调整阀，将不合格的产品气放入燃气

管网。

9）当运行一段时间PSA出口氢气纯度达到要求，关闭产品气放空调整阀PV62O3B同时将

PV6203A投自动并打开产品气出界区阀门。

至此，整个装置即转入正常运行状态。

1.3正常开车步骤

由于正常停车后氢提纯装置处于正压封闭状态，因而再次开车时无须再置换开车过程将比

首次开车简洁。具体步骤如下：

1）限制系统及全部仪表通电，并投入运行。

2）驱动气源压力正常，启动PSA系统运行按钮。

3）渐渐向系统缓慢投料，当吸附塔压力升至2.0MPa后，打开产品气放空调整阀将不合格的

产品气放入燃气管网（开车初期系统内的氮气通过现场放空管放空）。

3）氢气纯度指标合格后，关闭产品气放空调整阀PV6203A同时打开产品气出界区阀门。系

统转入正常运行。

1.4开车阶段的调整

由于开车阶段系统的正常压力系统尚未建立起来，因而在开车的初期应用30〜50%的负荷

缓慢加量。并选择较短的吸附时间。使产品纯度快速合格。

其次节装置的运行

变压吸附氢提纯装置在正常运行过程中的操作是特别少的，几乎全部的调整均由计算机自

动完成，操作人员只需留意产品纯度是否在最佳范围，和装置是否有报警即可。

2.1产品纯度的调整

变压吸附工艺具有产品纯度范围宽、且易于调整的特点。由于产品纯度与产品回收率是成

反比关系的，即：在原料气条件不变和吸附、解吸压力肯定的状况下，产品纯度越高、氢气回

收率越低；产品纯度越低、氢气回收率越高。

因而，要保证装置运行于最佳状态，就必需将产品纯度限制在即能满意生产须要，又尽可

能低的范围内。

调整产品氢纯度的方法就是：

缩短吸附时间、提高产品纯度；延长吸附时间、降低产品纯度

具体的修改方法见其次章其次节的2.4

2.2装置参数的调整

2.2.1调整吸附时间

当装置的处理量变更之后（或原料气组成变更后），将有可能影响产品的纯度，这时可调整

“操作系数”以调整吸附时间，使产品纯度重新运行于最佳范围。

产品气升压限制

产品气升压的速度的限制是通过产品气升压调整阀KV6201实现的，须要操作人员设定一

个须要的限制值，然后，转入自动调整。

逆放压力的调整与限制

本装置逆放压力的调整与限制是通过调整阀KV6202来实现的，调整的目的是在保证逆放

终压达到设定值要求的同时使逆放过程尽量缓慢（减小逆放对富CO混合罐压力造成的波动）,

调整方法是随动PID调整。须要操作工调整的只是变更KV6202最大、最小开度设定值、PID

参数和时间参数设置（在吸附时间不变的前提下，变更时间参数Tl、T2的设定值）。

顺放压力的调整与限制

本装置顺放压力的调整与限制是最为重要的，顺放压力降的大小、冲洗过程的匀称连续性

对产品氢的纯度和收率影响很大。PV6204调整的目的是在保证肯定的顺放压力降的前提下，

使冲洗过程尽量缓慢匀称，调整方法是随动PID调整。须要操作工调整的是：在顺放时间不变

的状况下，通过变更PV6204的最大、最小开度设定值来调整顺放量（顺放过程吸附塔压力降）

及通过修改PV6204的PID参数使其“SP”值与“PV唯能很好的“吻合

值得留意的是:为保证足够的冲洗气量,顺放过程的吸附塔压力降应限制不低于0.25MPa。

2.3吸附塔的切除

由于PSA氢提纯装置是由8台吸附塔组成。因而为提高装置的牢靠性，本装置编制了一

套切塔与复原程序。即：当某一台吸附塔出现故障时，可将其脱出工作线，让剩余的吸附塔接

着生产。

1）切塔步骤

a.故障塔推断；

当出现下列三种状况（产品氢纯度大幅下降、某吸附塔的压力异样、程控阀检出错）之

二时，就认为此塔故障，应予以切除。此时DCS将提示操作人员。（吸附塔变成红色）

b.切塔操作；

经操作人员确认故障属实后，干脆在DCS上选中故障塔的切除键，然后将其置“ON”。

则程序将自动关断该塔的全部程控阀，将故障塔切出工作线。

c.限制机自动将程序切入与切塔前相对应的点，保证切除时各吸附塔压力无大的波动。

e.切塔后，在装置正常运行状况下，请检修人员检修故障塔

f.假如在己切除一台吸附塔后乂有吸附塔故障出现，则重复以上的操作即可接着切塔运

行。

留意：本装置只允许依次切除，不允许同时切除两个塔。

PSA装置的绝大多数故障均出现在仪表和限制系统上，因而通常切塔后的检修无需拆

工艺管线和设备。

但被切除塔在检修时，如须要拆开连接的工艺管道或设备，则必需先停车，再将塔内气

体排入燃气系统并进行置换。

2）切除塔复原

当被切除塔故障解除后，须要将其重新投入正常运行，但假如投入的时机、状态不对，将

引起较大的压力波动和产品纯度变更，甚至可能出现故障和平安事故。为此，本装置设计的自

动复原软件能够自动找出最佳状态复原，使系统波动最小。在复原之前，必需确认被复原塔的

压力数据精确，否则，会造成压力波动大，甚至造成平安事故!

复原过程如下：

a.操作人员发出塔复原指令；

在限制机上干脆点动要复原塔的切除键，将其置“OFF”然后确认。

b.计算机自动等待合适的时间将故障塔复原至运行程序；

程序依据各塔的压力状态，自动确定复原后应进入的最佳运行步序，然后自动等待

到该步序的最佳切入时机，切入新程序。

2.4操作留意事项

1）系统严禁将水带入PSA单元，否则将损坏吸附剂。

2）在生产过程中，如须检修与工艺气接触的任何设备均应先进行置换。

3）操作工应定时现场巡检，排放导淋。

4）在作切塔、放空等会影响后工段的处理前，应确定故障的真实性，并通知后工段。

5）逆放、均压、产品气升压的速度均不宜太快，应坚持这样的原则：在保证能达到压力要求

的条件下应尽量缓慢进行。否则可能影响再生效果和吸附剂运用寿命。

6）在吸附时间肯定时，冲洗和逆放的时间应尽量长且应缓慢匀称进行。

第三节装置的停车

装置停车一般可分为三种状况即：正常安排停车、紧急停车和临时停车。

3.1正常停车

在接到生产调度的停车通知后即可进行正常停车操作。

正常停车步骤：

1）关闭原料气进气阀、产品气出口阀，使氢提纯系统与界区外隔断。

PSA程序接着运行，使各塔压力基本相等并且都处于较高的正压。关闭逆放气向界区

外输送阀。

注：如安排停车时间很长，车间应依据状况确定是否于PSA单元进出界区的阀门上加盲

板以完全隔离PSA单元。

2）停止PSA装置运行。

至此，就完成了整个正常停车过程。停车后，氢提纯系统处于正压状态，且与界区隔断。

因而，系统可较长时间地处于平安停车状态。但由于停车后系统内仍旧是易燃、易爆气体，

所以整个界区仍旧是防爆界区，严禁动火。

在正常停车后，装置各吸附塔的压力相同，因而再次开车时应按正常开车步骤操作。

3.2紧急停车

当本装置出现事故或前后装置出现事故时，需紧急停车其停车步骤如下：

停止PSA程序，关闭程控阀门。同时，程序将自动记住停车时的状态。

这时系统即已处于紧急停车状态。

3.3临时停车

如因T作须要做短时间的停车（不超过I小时）.则可■进行临时停车，其步骤与紧急停车相

同。

紧急停车或临时停车后的重新投运

由于程序仍记录着停车时的状态且各吸附塔的压力也与停车时一样，所以这时可从停车时

的状态干脆投运，让系统无扰动地复原到正常工作状态。对产品纯度影响很小。步骤如下：

1）确认各吸附塔的压力与DCS上显示的暂停状态相符。

2）看吸附塔压力历史记录，确认压力未发生大的变更°

3）在DCS上将暂停按钮的状态由PAUSE置为RUNNING,系统即转入正常运行。

特殊留意：采纳这种方法复原运行前，必需确认各吸附塔的压力与停车锁存

的状态是一样的。否则，一旦启动将可能使高压塔的气体串入低压的解吸气系统

造成事故！

假如吸附塔压力与显示的状态不符，则必需先点动阀门将吸附塔压力渐渐放

掉，或用原料气补压到要求压力，然后重新启动系统。

卸压的方法一般是将气体放到放空总管排出，留意不造成超压。补压的方法

是将原料气进气阀XV6201打开,再用手动阀限制升压速度，用原料气将吸附塔压

力补充到要求压力，留意不行在原料气管内压力与塔内压力差大于0.2Mpa时打

开原料气进塔程控阀对塔快速升压。

第四章平安规程

5.1概要

PSA装置最大的危急来自爆炸性气体和有毒气体（如H2、CH,、CO及烧类）的泄漏、火灾与

爆炸。因此，该装置中各部件的密封性是装置设计和运行中的最重要的问题。

假如设备承受压力过大或对设备进行马虎大意的操作及修理都能使密封性能遭到破坏。假

如设备遇到不利的因素，设备将承受过大的压力。这类因素包括：压力、温度、腐蚀或磨损，

还有机械力、振动或热膨张等。

只要象压力、温度和流量这样的过程参数稳定在规定的范围内，操作过程才是平安的，也

不会对环境造成危害。应涯密的监视、记录和调整超出正常工况的较大误差。

操作人员应记住，各种故障都可能导致操作失常，所以在可能发生严峻后果的地方，应安

装自动报警和联锁系统。

全体操作人员必需经受良好的培训，已判明报警，并刚好实行必要措施以免发生危急。

5.2超压爱护

装置内的全部设备通均常在肯定压力下运行。这个压力通常由自动限制系统来保证。

然而，一旦过程计算机、限制回路及公用设施故障，装置所不能承受的高压就有可能产

生。因此，除报警和联锁系统外，还应安装平安泄放设备，以便爱护操作人员和设备。

☆平安设计基础

—ASME（美国机械工程师学会）压力容器规范第YIII章第一节。

—《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92

—《爆炸和火灾危急环境电力装置设计规范》GB50058-92

—《石油化工企业职业平安卫生设计规范》SH3047-93

—《工业企业噪声限制设计规范》GBH87-85

——《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044-85

—《工业企业设计卫生标准》TJ36-79

——《生产设备平安卫生设计规范》GB5083-85

☆吸附床的爱护

整个PSA装置的吸附塔通过平安阀释放高压而得到爱护。而高压一般是由上游高压气源

或外部“火源”导致吸附床内气体膨胀而产生的。假如某只吸附床受到旁边的火源的热辐射，便

可产生上述状况。这时应用消防水冷却该容器的表面，以防这个容器过长时间地遭遇热冲击。

☆尾气系统的爱护

尾气系统必需爱护