甲醇裂解制氫PSA工段的課件

1、 制氫站PSA工段1工 藝 流 程 圖變 壓 吸 附 提 氫（PSA）第一部分 常用氣體分離方法介紹低溫分離法：利用氣體組份間沸點(diǎn)的差異，采用低溫精餾實(shí)現(xiàn)混合氣體組份的分離的方法。已有100多年的歷史，主要用于大規(guī)?？辗种芆2、N2。其局限性在于： (1)工藝中要先除去CO2和H2O等高沸點(diǎn)組份，預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜； (2)需消耗大量的冷量，能耗高； (3)設(shè)備復(fù)雜，開(kāi)停車(chē)不方便，開(kāi)車(chē)數(shù)小時(shí)才能得到合格產(chǎn)品； (4)產(chǎn)品純度低，沸點(diǎn)相近的組份要分離得到高純度產(chǎn)品很困難。1.低溫分離法變壓吸附法：利用不同氣體在吸附劑上吸附性能的差異，以及同種氣體在吸附劑上的吸附性能隨壓力的變化而變化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)混合

2、氣體的分離。其特點(diǎn)在于： (1)產(chǎn)品純度高； (2)工藝簡(jiǎn)單，原料氣中的H2O、H2S、CO2等雜質(zhì)組份可一步除去，不需進(jìn)行預(yù)處理； (3)操作簡(jiǎn)便，能耗低。一般在常溫和不高的壓力下操作，設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； (4)吸附劑壽命長(zhǎng)，為半永久性使用，每年只需少量補(bǔ)充，正常操作條件下吸附劑一般使用10年以上。3.變壓吸附法2.膜分離法膜分離法：利用氣體組份在中空纖維膜上滲透速率的差異實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。是一種較新的氣體分離方法，目前主要用于制H2。其局限性在于： (1)處理系統(tǒng)復(fù)雜，膜對(duì)NH3、硫化物很敏感，要求原料氣中NH3和H2O等均小于1ppm； (2)得到的產(chǎn)品純度不高，混合氣

3、體中的每種組份均可滲透； (3)壓力為氣體滲透的動(dòng)力，因此需要較大的壓差，并且透過(guò)氣體沒(méi)有壓力，能量損失較大。低低 高 裝置投資較小中較大 裝置占地面積 數(shù)分鐘 數(shù)分鐘數(shù)十分鐘 數(shù)小時(shí)數(shù)十小時(shí) 裝置出產(chǎn)品時(shí)間容易容易 較難 生產(chǎn)可調(diào)性 3.0 15.0或更高 0.5 3.0 1.0 8.0 操作壓力，MPa9092 6092 90 95 氫氧氣回收率% 較低低 高 能耗 98 9899.999 9099氫氣純度()技術(shù)開(kāi)發(fā)階段 成熟 成熟技術(shù)情況 膜分離法(Memb.) 變壓吸附法(PSA)低溫精餾法(ASU)比較項(xiàng)目3種氫氣分離方法比較第二部分 吸附的基本概念吸附固體表面原子的剩余引力對(duì)氣體

4、分子的吸著現(xiàn)象。當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到固體表面時(shí)，由于固體表面原子的剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會(huì)暫時(shí)停留在固體表面上，形成這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣體分子在固體表面的吸附。吸附相被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層稱(chēng)為吸附相。其分子密度非常大，可能接近于液體。脫附固體表面上被吸附的分子又重新返回氣體相的過(guò)程稱(chēng)為脫附或解吸。 1、吸附、吸附相、脫附2、吸附劑、吸附質(zhì)、吸附熱、解吸熱吸附劑吸附物質(zhì)的固體稱(chēng)為吸附劑。吸附質(zhì)被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)。吸附熱伴隨吸附過(guò)程所釋放的熱量稱(chēng)為吸附熱。解吸熱脫附或解吸過(guò)程所需要吸收的熱量稱(chēng)為解吸熱。 表面有內(nèi)表面和外表面之分，吸附主要發(fā)生

5、在內(nèi)表面，外表面與內(nèi)表面相比相當(dāng)小，而內(nèi)表面積大是固體作為吸附劑的先決條件。以下為幾種常用吸附劑的表面積的大小：硅膠 SG500600 m2/g活性炭 Ac7001100 m2/g分子篩 MS7001000 m2/g（其外表面積僅為2.6710-4 m2/g3、表面的含義4、吸附的分類(lèi)吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附也稱(chēng)范德華吸附，是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力產(chǎn)生的吸著現(xiàn)象，是可逆的表面吸附。變壓吸附過(guò)程屬于物理吸附?；瘜W(xué)吸附吸附過(guò)程中伴有化學(xué)反應(yīng)的吸附，是不可逆的吸附，吸附過(guò)程發(fā)生了質(zhì)變。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯的過(guò)程屬于化學(xué)吸附。 5、吸附平衡 吸附平衡：吸附剛開(kāi)始時(shí)，吸

6、附劑存在大量的活性表面，被吸附的吸附質(zhì)分子數(shù)大大超過(guò)離開(kāi)表面的分子數(shù)；隨著吸附的進(jìn)行，吸附劑表面鑄件被吸附質(zhì)分子遮蓋，其再吸附的能力下降，直到吸附速度等于解吸速度時(shí)，就表示吸附達(dá)到了平衡。吸附平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。假設(shè)吸附速率為v1，解吸速率為v2，則：v1v2時(shí)，為吸附過(guò)程v1v2時(shí)，為解吸過(guò)程v1v2時(shí)，為吸附平衡狀態(tài)6、吸附量吸附量：吸附達(dá)到平衡時(shí)單位重量吸附劑所吸附的氣體量。也稱(chēng)為平衡吸附量。測(cè)量方法如下：先抽真空，得到彈簧秤讀數(shù)W0引入氣體，平衡后得到讀數(shù)W吸附量qWW0 q= (毫升/克) M 吸附劑重量第三部分吸附劑介紹1、吸附劑的共性有比較大的吸附容量，要求有很大的比表面積、大的

7、孔容，并且微孔要多。吸附劑的選擇性要好，即組份間的分離系數(shù)要大。要求有較高的機(jī)械強(qiáng)度，以免在高強(qiáng)氣流沖刷下粉碎。2、變壓吸附裝置中常用吸附劑種類(lèi)硅膠：簡(jiǎn)寫(xiě)為SG，是堅(jiān)硬的多孔結(jié)構(gòu)的玻璃狀顆粒。主要用于提純CO2、脫碳、干燥和烴類(lèi)分離等.活性氧化鋁：簡(jiǎn)寫(xiě)為Al2O3，是無(wú)定形凝膠和氫氧化物晶體構(gòu)成的白色顆粒，對(duì)水有較強(qiáng)的聚合力。主要用于各種類(lèi)型裝置中脫水?；钚蕴浚汉?jiǎn)寫(xiě)為Ac，是木炭、果殼、煤等含炭原料經(jīng)炭化、活化后制成。PSA工業(yè)中主要用于各種類(lèi)型裝置中CO2的脫除、硫化物及其它高沸點(diǎn)組份的脫除等。碳分子篩：簡(jiǎn)寫(xiě)為CMS，實(shí)際上也是一種活性炭，但其微孔孔徑均勻分布在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)。目前主要用于

8、空分制富氮裝置。沸石分子篩：簡(jiǎn)寫(xiě)為MS，是硅酸鈉和鋁酸鈉等與NaOH水溶液反應(yīng)制得的膠體經(jīng)干燥后而成，有均勻的孔徑，具有分子篩的作用。PSA工業(yè)中主要用于制氫、提純CO、空分制富氧、提純甲烷、精度脫水和CO2等。第四部分 變壓吸附工藝1.工 藝 描 述 PSA提純氫氣裝置是由五臺(tái)吸附塔（C0201AE，下簡(jiǎn)稱(chēng)A、B、C、D、E塔）、一臺(tái)氣液分離緩沖罐(F0201)、 一臺(tái)產(chǎn)品氫氣緩沖罐(F0202) 、兩臺(tái)氫氣緩沖罐(F0203A、B)和一系列程控閥組成。壓力1.2Mpa的甲醇裂解轉(zhuǎn)化氣(原料氣)進(jìn)入吸附塔(C0201A、B、C、D、E)進(jìn)行吸附，得到的產(chǎn)品氣經(jīng)過(guò)產(chǎn)品氫氣緩沖罐(F0202)和

9、氫氣緩沖罐(F0203A、B)的緩沖之后，再經(jīng)過(guò)計(jì)量和調(diào)節(jié)到用戶(hù)去。雜質(zhì)氣體即廢氣放空。 2.PSA工作原理 采用PSA分離氣體工藝技術(shù)從甲醇裂解轉(zhuǎn)化氣中提純氫氣的原理是利用吸附劑對(duì)不同吸附質(zhì)的選擇性和吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附容量隨壓力變化而有差異的特性，在高壓下吸附原料中的雜質(zhì)組分、低壓下脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。整個(gè)操作過(guò)程均在環(huán)境溫度下進(jìn)行。吸附（A） 開(kāi)啟閥KV0201a;由甲醇裂解工段來(lái)的原料氣通過(guò)閥KV0201a自下而上進(jìn)入A塔，在工作壓力下吸附雜質(zhì)組份，未被吸附的產(chǎn)品組份，通過(guò)閥KV0202a流出，其中大部分作為產(chǎn)品從本系統(tǒng)中輸出，剩余部分通過(guò)閥HV-0202、KV0205b向

10、B塔進(jìn)行最終升壓。吸附完畢,關(guān)閉閥KV0201a，同時(shí)閥KV0202a亦無(wú)產(chǎn)品氣輸出，自動(dòng)關(guān)閉。一均降（E1D） 開(kāi)啟閥KV0205a；A塔停止吸附后，與結(jié)束二均升步驟的C塔以出口端相連，即通過(guò)閥KV0205a、KV0205c與C塔進(jìn)行第一級(jí)壓力平衡，A塔壓力降低,均壓后A、C塔壓力基本相等。 關(guān)閉閥KV0205a。二均降（E2D） 開(kāi)啟閥KV0204a； A塔完成一均降步驟后，與剛結(jié)束三均升步驟的D塔以出口端相連，即通過(guò)閥KV0204a、KV0204d與D塔進(jìn)行第二級(jí)壓力平衡，A塔壓力再一步降低,均壓后A、D塔壓力基本相等。順?lè)牛≒P） 繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0204a；A塔完成二均降步驟后，塔內(nèi)剩

11、余氣體經(jīng)過(guò)閥KV0204a順著出口方向通過(guò)調(diào)節(jié)閥HV-0201及閥KV0206e沖洗剛完成逆放步驟的E塔。當(dāng)A塔壓力降至規(guī)定值后，進(jìn)行下一步驟。三均降（E3D） 繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0204a； A塔完成順?lè)挪襟E后，A塔內(nèi)剩余的氣體通過(guò)閥KV0204a、KV0204e與E塔以出口端相連，進(jìn)行第三級(jí)壓力平衡，A塔壓力再進(jìn)一步降低,直至兩塔壓力基本相等。 關(guān)閉閥KV0204a。逆放（D） 開(kāi)啟閥KV0203a； A塔完成三均降步驟結(jié)束后，將塔內(nèi)剩余的氣體從塔的入口端排出塔外，并通過(guò)開(kāi)啟閥KV0207放空，直至A塔壓力降到接近常壓。沖洗（P） 繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0203a； A塔完成逆放步驟后，尚殘留在塔內(nèi)的

12、雜質(zhì)是利用B塔順?lè)艢?，通過(guò)閥KV0204b、HV-0201和KV0206a從A塔出口端進(jìn)入A塔，自上而下地對(duì)A塔床層進(jìn)行沖洗，繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0207放空使塔內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)一步脫附,使吸附劑得到再生。 關(guān)閉閥KV0203a；關(guān)閉閥KV0207；三均升（E3R） 開(kāi)啟閥KV0204a； A塔完成沖洗步驟之后，與剛結(jié)束順?lè)挪襟E的B塔以出口端相連，即通過(guò)閥KV0204a、KV0204b與B塔進(jìn)行第三級(jí)壓力平衡，A塔壓力得到升高。均壓后A、B塔壓力 在工藝中每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中均需經(jīng)歷吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、順?lè)牛≒P）、三均降（E3D）、逆放（D）、沖洗（P）、三均升（E3R）、二

13、均升（E2R）、一均升（E1R）以及終充（FR）等十一個(gè)步驟。五個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯(cuò)開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)閉路循環(huán)，以保證原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出。各塔相互工作關(guān)系如表 3.PSA工作過(guò)程二均升（E2R） 繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0204a； A塔完成三均升步驟之后,與剛結(jié)束一均降步驟的C塔以出口端相連,即通過(guò)閥KV0204a、KV0204c與C塔進(jìn)行第二級(jí)壓力平衡，A塔壓力再一步升高。均壓后A、C塔壓力基本相等。 關(guān)閉閥KV0204a;十、一均升（E1R） 開(kāi)啟閥KV0205a； A塔完成二均升步驟之后,與剛結(jié)束吸附步驟的D塔以出口端相連,即通過(guò)閥KV0205a、KV0205d與D塔進(jìn)行第一級(jí)壓力

14、平衡，A塔壓力再進(jìn)一步升高。均壓后A、D塔壓力基本相等。十一、終充（FR）繼續(xù)開(kāi)啟閥KV0205a；A塔的終充是利用產(chǎn)品氣進(jìn)行的，產(chǎn)品氣經(jīng)手動(dòng)遙控閥HV-0202及KV0205a，由出口端進(jìn)入A塔，最終使A塔壓力基本接近吸附壓力。通過(guò)這一步驟后，再生過(guò)程全部結(jié)束，緊接著便進(jìn)行下一次循環(huán)。 3.PSA工藝控制吸附壓力 吸附壓力是決定裝置能力的主要參數(shù)，在本裝置設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，提高吸附壓力，裝置能力增大。通過(guò)吸附壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（PICA0201）在裝置允許范圍內(nèi)盡量保持較高的吸附壓力。 均壓時(shí)間 由于存在阻力、吸附解吸速度等多種因素，兩個(gè)吸附塔均壓時(shí)要達(dá)到壓力完全平衡，需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。為此規(guī)定進(jìn)行

15、均壓（一均或二均）的兩個(gè)吸附塔，其壓差小于0.05Mpa，即為完成均壓過(guò)程。 順?lè)艜r(shí)間和順?lè)帕髁?一個(gè)吸附塔進(jìn)行吸附步驟的時(shí)間主要由順?lè)艜r(shí)間確定。增加原料處理量或提高產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)當(dāng)縮短順?lè)艜r(shí)間；反之，則可增加順?lè)艜r(shí)間。然而，在改變順?lè)艜r(shí)間的同時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)順?lè)帕髁窟b控閥（HV0201）的開(kāi)度，使順?lè)挪襟E結(jié)束時(shí)，吸附塔壓力達(dá)到規(guī)定范圍。 沖洗壓力 沖洗步驟應(yīng)當(dāng)在過(guò)程的最低壓力下進(jìn)行，此壓力越低，對(duì)吸附劑解吸雜質(zhì)越有利。為此，在沖洗后期程控閥KV207開(kāi)啟，使沖洗階段保持在最低壓力下進(jìn)行終充流量 吸附塔在再次進(jìn)行吸附步驟之前，利用產(chǎn)品通過(guò)終充流量手操遙控系統(tǒng)（HIC0202）的遙控閥（HV0202），對(duì)

16、吸附塔進(jìn)行充壓。調(diào)節(jié)遙控閥的開(kāi)度，使在最終升壓步驟結(jié)束時(shí)，被充壓的吸附塔剛好達(dá)到規(guī)定的吸附壓力，這樣不僅保持吸附壓力穩(wěn)定，而且降低了原料處理量和產(chǎn)品輸出的波動(dòng)。 產(chǎn)品純度 一個(gè)吸附塔具有固定的負(fù)載雜質(zhì)的能力，在一個(gè)吸附-再生循環(huán)里能提純一定數(shù)量的原料氣。循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或原料氣流量過(guò)大，產(chǎn)品純度下降；循環(huán)時(shí)間過(guò)短，產(chǎn)品純度很高，床層未充分利用而引起產(chǎn)品組分的損失增大。 本裝置通過(guò)調(diào)整循環(huán)時(shí)間的方法可生產(chǎn)出不同純度的產(chǎn)品，其純度控制范圍通常在99.999.99%之間。純度越高，產(chǎn)品組分回收率相應(yīng)降低，所以操作中不必單純追求產(chǎn)品的純度，而要根據(jù)實(shí)際需要出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)臍浼兌纫垣@得較高的效益。PSA啟動(dòng)

17、 1.甲裂工段開(kāi)車(chē)正常，轉(zhuǎn)化氣化驗(yàn)合格，系統(tǒng)壓力達(dá)到1.1-1.2MPa。 2.漸開(kāi)進(jìn)氣閥，中控啟動(dòng)PSA運(yùn)行，控制進(jìn)氣閥的開(kāi)度將原料氣流量控制在每一吸附周期使吸附塔壓力升高0.2Mpa的速度，維持甲裂工段壓力在1.1-1.2MPa，多余的轉(zhuǎn)化氣由變壓吸附前段放空管放空。 3.當(dāng)吸附塔壓力升至吸附壓力時(shí),可將吸附壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PICA-0201)投入自動(dòng)操作。 4.產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求后，通知后續(xù)工段準(zhǔn)備接受純H2產(chǎn)品。操作參數(shù)PSA停車(chē)正常停車(chē)是有計(jì)劃的停車(chē)，停車(chē)前通知本裝置前后有關(guān)工序，然后按下述步驟實(shí)施正常停車(chē)： 1、關(guān)裝置界區(qū)原料氣入口閥； 2、關(guān)裝置界區(qū)產(chǎn)品出口閥； 3、程序控制順?lè)?/p>

18、時(shí)間設(shè)定值隨著吸附壓力下降逐漸減小，使各吸附器壓力逐漸降至0.2MPa左右（各塔均能保持在正壓狀態(tài)）。 4、?？刂破麟娫?； 5、停儀表盤(pán)其它儀表電源； 6、關(guān)裝置界區(qū)解吸氣輸出閥。 當(dāng)突然停電、停水或裝置出現(xiàn)故障時(shí)，則需要緊急停車(chē)，其步驟如下： 1、切斷電源，所有程控閥關(guān)閉（如遇突然停電，所有程控閥自動(dòng)關(guān)閉）； 2、迅速關(guān)閉總進(jìn)氣閥和出氣閥； 3、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，參照正常停車(chē)步驟處理。長(zhǎng)期停車(chē)應(yīng)用氮?dú)庵脫Q裝置，并用所有吸附塔充氮并保持壓力在0.1Mpa安全知識(shí)以及節(jié)能降耗甲醇化學(xué)名稱(chēng)為甲醇，別名甲基醇、木醇、木精。分子式CH3OH，分子量32.04。是有類(lèi)似乙醇?xì)馕兜臒o(wú)色透明、易燃、易揮發(fā)的液體。20 時(shí)相對(duì)密度0.7928，熔點(diǎn)-97.80，沸點(diǎn)64.65，20時(shí)粘度0.547厘泊，閃點(diǎn)11，自燃點(diǎn)470，在空氣中爆炸范圍6.7236.5%。甲醇是最常用的有機(jī)溶劑之一，能與水和多種有機(jī)溶劑互溶。甲醇屬劇毒品，其蒸汽對(duì)呼吸道及視神經(jīng)影響很大，嚴(yán)重時(shí)可引起失明，不慎食用可致人死亡。氫氣分子式H2，分子量2.0158，系無(wú)色無(wú)味的可燃?xì)怏w。氣體密度0.0899kg/m3，熔點(diǎn)-259.14，沸點(diǎn)-252.8(760mmHg柱），自燃點(diǎn)400，爆炸極限4.174.2%