制氫裝置的PSA資料

制氫裝置的PSA資料，里面講的PSA吸附機理和吸附劑方面的知識。希望能對學習制氫裝置的朋友有所幫助。什么是吸附分離？答：吸附是化工生產中對流體混合物進行分離的一種方式。是利用混合物中各組分在多孔性固體吸附劑中被吸附力的不同，使其中的一種或數(shù)種組分被吸附于吸附劑表面上，從而達到分離的目的。根據(jù)吸附劑表面和被吸附物質之間作用力的不同，可分為物理吸附和化學吸附兩種類型。什么是變壓吸附？答：變壓吸附簡稱PSA，是對氣體混合物進行提純的工藝過程，該工藝是以多孔性固體物質（吸附劑）內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，在兩種壓力狀態(tài)之間工作的可逆的物理吸附過程，它是根據(jù)混合氣體中雜質組分在高壓下具有較大的吸附能力，在低壓下又具有較小的吸附能力，而理想的組分H2則無論是高壓或是低壓都具有較小的吸附能力的原理。在高壓下，增加雜質分壓以便將其盡量多的吸附于吸附劑上，從而達到高的產品純度。吸附劑的解吸或再生在低壓下進行，盡量減少吸附劑上雜質的殘余量，以便于在下個循環(huán)再次吸附雜質。何謂PSA的氫回收率？怎樣計算氫回收率？答：回收率是變壓吸附裝置主要考核指標之一，它的定義是從變壓吸附裝置獲得的產品中被回收氫組分絕對量占進入變壓吸附裝置的原料氣中氫組分絕對量的百分比。計算方法：方法一：已知下列條件：⑴.進入變壓吸附裝置的原料氣流量（F，Nm3/h）⑵.原料氣中氫組分含量（XF，%）⑶. 從變壓吸附裝置獲得的產品氫氣流量（P，Nm3/h）⑷. 產品中被回收氫組分的含量（XP，%）被回收組分的回收率（R）為：R=P?XP/F?XFx100%方法二：已知下列條件：⑴.原料氣中氫組分含量（XF，%）⑵. 產品中被回收氫組分的含量（XP，%）⑶.解吸氣中的氫組分含量（XW，%）被回收組分的回收率（R）為：R=XP（XF-XW）/XF（XP-XW）x100%采用PSA提純氫氣的工藝有何特點？答：⑴. 產品氫純度高，可達99.9%以上。⑵.工藝流程短，自動化程度高、可靠性和靈活性好，開停車方便。⑶. 動設備減少，消耗低，易于管理與維修。⑷.由于排放的廢氣可作為轉化爐的燃料使用，可降低生產綜合費用。什么樣的混合氣體才能用PSA進行分離？答：適用于采用PSA進行分離的混合氣體應具備如下特點：混合氣體中各組分必須是在相同的吸附壓力下具有不同的吸附能力，不希望的組分應當是在較高的壓力下具有較大的吸附能力，而在較低的壓力下，又具有較小的吸附能力。吸附能力相差越大便越容易分離。而希望的組分應當是非吸附性的，或吸附能力很小，且隨壓力變化吸附能力變化不大。PSA裝置最常用的吸附劑是什么？它們對一般氣體的吸附順序如何？答：PSA最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。分子篩對一般氣體的吸附順序是：H2<<N2<CH4<CO<CO2活性炭對一般氣體的吸附順序是：H2<<N2<CO<CH4<CO2簡述活性氧化鋁和硅膠在PSA裝置中的作用。答：活性氧化鋁是一種在物理和化學上都很穩(wěn)定的高純度多孔氧化鋁，其特點是耐磨，對所有腐蝕性氣體和液體都是惰性的，并且有極好的熱穩(wěn)定性。在PSA工藝上活性氧化鋁可作為一種輔助的吸附劑裝填在吸附劑的底部，首先接觸進料用于脫除進料中的水蒸汽和芳烴。硅膠是一種無定型二氧化硅，呈化學惰性無腐蝕的特點，在PSA工藝上一般是裝填在吸附器的底部用來凈化重烴類和酸性氣。為什么說PSA運行效果的好壞關鍵是吸附劑？答：PSA工藝是以吸附劑內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎的可逆的循環(huán)工藝過程，而實現(xiàn)這一循環(huán)工藝過程，最基本要求就是吸附劑具有良好的吸附性能，再生性能以及具有較長的使用壽命。但在裝置運行過程中，吸附劑極易受到如進料帶水，升降壓速度過快，雜質過載等多種因素的損害，從而使吸附劑失去上述性能，由此導致PSA裝置失去對PSA原料氣的提純作用，所以說PSA裝置運行效果的好壞的關鍵是保護好吸附劑。分子篩和活性炭吸附性能的比較。答：活性炭對二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量隨壓力的升降變化十分明顯，是二氧化碳的良好的吸附劑，分子篩則不然，它在低壓下就大量吸附二氧化碳，而且隨壓力升高吸附量變化不明顯，在低壓下脫附困難，故不能作二氧化碳的吸附劑?；钚蕴亢头肿雍Y都可用作一氧化碳的吸附劑，活性炭的高壓吸附量比分子篩的大，低壓脫附容易，但是分子篩的吸附能力更強，適用于要求產品中一氧化碳很低的情況。分子篩和活性炭都適于在PSA中吸附甲烷，它們在壓力變化幅度相同時，平衡吸附量的變化基本相同，而分子篩對甲烷的吸附能力更強。新鮮的吸附劑應如何保存？答：由于新鮮的吸附劑對水分子有很強的親合力，而且吸附了水以后脫附是很困難的，這將嚴重影響PSA裝置的性能，所以新鮮的吸附劑應妥善保管好，應采取以下幾點防護措施：⑴.吸附劑的容器應當保存在室內，以防止遭受雨水或受潮。⑵.裝有吸附劑的桶不可以刺破，嚴重撞凹或破壞桶的密封。⑶.吸附劑直到被立即裝填以前，其容器必須是不開封的。吸附劑是怎樣裝填的？答：提純回收氫氣的PSA所用的吸附劑通常是由活性炭和分子篩兩種的組合。根據(jù)活性炭和分子篩對雜質組分二氧化碳、甲烷、一氧化碳和水的不同吸附特性，一般活性炭做為主吸附劑裝在下層，約占吸附劑總量的四分之三。分子篩作為輔助吸附劑裝在吸附器上層。如果為了脫水和防止芳烴使吸附劑中毒，通常在床層底部裝一些活性氧化鋁。吸附劑的裝填步驟及要求：(1)檢查吸附器內部結構合格后，首先裝入活性炭。將活性炭從容器中傾入卸料漏斗，提升到吸附器頂部后轉移到接收漏斗中，吸附劑通過管子流到連接的裝填元件上，通過裝填元件，吸附劑均勻地降落在吸附劑床層的表面這樣吸附劑才能獲得均勻一致的最大的堆積密度，并且使吸附劑的下沉和移動最小。⑵.活性炭裝填完畢后，應平整料面，使床層基本水平。然后按同樣的裝填方法裝入分子篩。裝填完畢后，平整料面，使吸附劑床層的頂部水平。裝好吸附器頂部分布器，封好吸附器上、下打開的法蘭。⑶.通過同樣的方法裝填全部吸附器，以使經過每個吸附器的氣體流量均勻一致。⑷.在所有吸附劑裝填操作期間，必須最大限度地縮短吸附劑在空氣中的暴露時間，絕對防止暴露在濕氣中。在下雨期間絕對不許裝填。怎樣延長吸附劑的壽命？答：⑴.吸附劑壓力的快速變化能引起吸附劑床層的松動或壓碎從而危害吸附劑。所以，在操作過程中要防止使吸附器的壓力發(fā)生快速變化。⑵.進料帶水是危害吸附劑使用壽命的一大因素，所以進料氣要經過嚴格脫水，避免發(fā)生液體夾帶。⑶.進料組分不在設計規(guī)格的范圍內也會造成對吸附劑的損害，嚴重時可能導致吸附劑永久性的損壞。所以，當進料氣出現(xiàn)高的雜質濃度時，應縮短吸附時間，以防止雜質超載。⑷.進料溫度過高影響吸附劑的吸附能力，易造成雜質超載，溫度過低影響再生，所以要保證進料溫度在要求的范圍內。⑸.合理調整吸附時間，及時處理故障報警，防止發(fā)生雜質超載。雜質超載嚴重時，可導致吸附劑永久性損壞。簡述吸附劑對水的吸附性能。答：分子篩對大小相近的分子，優(yōu)先吸附極性分子，尤其是水分子，分子篩一旦吸附了水分子后，對其它分子的吸附能力明顯下降，而且難于脫附，所以如果進料中帶水易造成分子篩的致命損害?；钚蕴繉λ肿拥奈侥芰艽?，而且容易脫附，所以在PSA中總是將活性炭置于分子篩的下面，使進料中的微量水和絕大多數(shù)的二氧化碳被吸附分離。吸附劑吸潮后如何處理方可使用？答：吸附劑一旦吸潮后即失去活性，通常變壓吸附工業(yè)裝置要求分子篩含水量須小于1%,活性炭含水量須小于2%,否則會影響吸附的性能需重新活化。分子篩活化在通氣吹除的情況下活化溫度控制在360°C左右，不通氣情況下活化溫度控制在500°C左右，活性炭活化溫度控制在150C左右?；罨瘯r間通常控制恒溫時間4小時以上。吸附劑吸潮后由于使用廠家一般不具備活化的條件，故都送到吸附劑生產廠家去活化。PSA進料中為什么要充分脫水？怎樣防止進料帶水？答：由吸附劑對水的吸附性能可知，吸附劑極易吸水，而且脫附困難，同時吸附劑吸水之后，對其它分子的吸附能力下降。所以必須對進料氣進行嚴格脫水，以防止損害吸附劑。為了防止進料帶水，通常在進料線上增設進料氣水分離器，同時，為防止冬季飽和氣體在管線中發(fā)生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進料管線進行伴熱或保溫。16.吸附劑在使用中受潮引起性能下降如何處理？答:吸附劑在使用中受潮如果不是很嚴重，可以用干燥的氣體進行吹除或用抽真空方式抽吸，降低水的分壓，使吸附劑恢復部分活性，維持生產使用，但吸附性能難以恢復如初。如果受潮嚴重只有按照吸附劑活化處理辦法重新活化。吸附器充分吸附雜質后，各雜質在吸附劑上如何分布？為什么？答：當吸附器充分地吸附了雜質以后，雜質界面最前沿為氮氣、一氧化碳，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底層是微量的水。雜質在吸附劑中的分布規(guī)律與吸附劑對各雜質組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關。在吸附器中，活性炭作為主要的吸附劑裝填在下部，分子篩作為輔助吸附劑裝填在上部。進料氣由吸附器底部進入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對雜質的吸附能力的大小次序為：H2<<N2<CO<CH4<CO2<H20，所以吸附過程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下來。剩余的雜質N2又被上部分子篩吸附，從而獲得高純度的氫氣。在PSA工藝中，對進料氣中的高級烴含量有何限制？為什么？如何解決進料氣中高級烴含量多的問題？答：當PSA工藝被用于直接從煉油廠尾氣中回收氫氣時，就出現(xiàn)了對進料氣中高級烴含量限制的問題。這是因為大分子烴類吸附在吸附劑上容易液化，降壓脫附時難于完全脫附出去，久而久之會使吸附劑的吸附能力下降，因此要限制PSA進料氣中大分子高級烴的含量，一般要求高于碳三的烴類總含量不能大于1.0%。當PSA進料氣中碳三以上烴類含量較高時，不能直接進變壓吸附，需要在前面增加設備，有的先用變溫吸附脫除碳三以上的重烴，然后再進PSA單元。簡述均壓過程和意義。答：被吹掃后的吸附器內吸附劑再生完成，但吸附器內壓力很低，與進料壓力的壓差太大，不能直接進行吸附，需要先升壓。而完成吸附步驟的吸附器壓力較高，同時吸附劑顆粒之間，存留一部分氫氣應當回收。均壓過程即是吸附之后的高壓吸附器與再生之后的低壓吸附器進行壓力均衡，高壓吸附器內部的氫氣流入低壓吸附器。均壓過程重，高壓吸附器壓力降低，部分雜質脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質界面上移。所以均壓過程使得再生后低壓吸附器的壓力升高，并充分利用高壓吸附器內部存留氫氣，提高氫回收率。為什么順流卸壓過程中吸附器內的雜質界面上移？答：變壓吸附是物理吸附，壓力降低時，被吸附的雜質可以脫附，所以當吸附器順流卸壓時，隨著壓力的降低，部分雜質逐漸脫附，并隨著物流上移，同時又被床層上部尚未吸附雜質的吸附劑重新吸附下來。因而順流卸壓過程中吸附器內雜質界面逐漸上移。簡述排放和被吹掃過程及其作用。答：排放是吸附器從供吹掃終止壓力下降到廢氣壓力的逆流卸壓過程，排放位置在吸附器底部，隨著壓力的不斷降低，雜質不斷脫附并排入廢氣系統(tǒng)，雜質前沿界面逐漸下移，所以排放過程使吸附器內大部分雜質脫附排出。排放結束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進入進行逆流吹掃，使殘留雜質不斷脫附并隨物流排入廢氣系統(tǒng)，從而使絕大多數(shù)的吸附劑實現(xiàn)再生。所以，排放和被吹掃的作用就是排除吸附器內的雜質，使吸附劑實現(xiàn)再生。廢氣緩沖罐又什么作用？答：PSA運轉過程中產生的廢氣，其壓力、流量和組成都發(fā)生周期性的變化。而作為轉化爐的燃料氣應當具有穩(wěn)定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設置了廢氣緩沖罐，其作用就是為轉化爐提供流量、壓力和組成接近均勻一致的燃料氣。進料組成變化對PSA有何影響？答：進料中氫含量增加時，產氫量何氫收率提高。當氫含量低于設計值時，進料中雜質增加，產氫量和氫收率降低。如進料中雜質濃度增高而未能及時縮短吸附時間（或者降低進料流量），則能造成雜質超載，使產品純度下降，影響PSA的操作性能。進料流速變化對PSA有何影響？答：進料流速降低時，因減少了傳質區(qū)的長度而改善了分離效果，應延長吸附時間以充分利用吸附劑，獲得較高的氫收率。當進料流速提高時，加長了傳質區(qū)的長度，分離效果變壞，應縮短吸附時間，保證產品純度，保護吸附劑，雖然氫收率下降（活產品純度下降），但因處理量增加產氫量還是提高了。進料溫度變化對PSA有何影響？答:變壓吸附是物理吸附過程，進料溫度的高低直接影響吸附劑的吸附性能。進料溫度太高，吸附劑的吸附能力下降，因而造成氫收率下降，同時還影響產品純度和吸附劑的使用壽命。而溫度太低了再生困難，如果因此造成吸附劑再生部完全，則惡性循環(huán)的后果將導致雜質超載的現(xiàn)象而損害吸附劑。由聯(lián)碳公司提供的資料可知，常溫下，10~30C范圍內幾乎有相等的氫收率，進料溫度太高或太低，氫收率都有所下降。吸附壓力是否越高越好？為什么？答：變壓吸附是物理吸附過程，其吸附量隨壓力的增加而增加。開始近乎直線增加，而后增加緩慢，當壓力增加到一定值時，吸附量趨于一穩(wěn)定的極大值。在較高壓力下，氫氣的吸附量也增加，所以損失加大；加上再生工藝的特點，使得氫收率有所下降。由此可見，在一定的壓力范圍內，隨壓力的升高雜質的吸附量增加而氫收率提高。而吸附壓力過高氫收率反而下降。所以吸附壓力并非越高越好。用于氫氣提純的PSA裝置的吸附壓力一般設計值為2.3Mpa左右。吹掃壓力是否越低越好？為什么？答：吹掃壓力即廢氣壓力，吹掃壓力越低，氫回收率越高，吸附劑再生越好。反之，吹掃壓力越高，氫回收率越低。但考慮到廢氣要能直接送到轉化爐做燃料，故廢氣緩沖罐出口壓力最低保持0.03Mpa（表）。什么是雜質超載？有哪些危害？答：在一定的工藝條件下，每個循環(huán)中被吸附劑吸附的雜質量超出最大設計允許吸附量時稱為雜質超載。雜質超載的發(fā)生不僅使產品純度下降，而且還損害吸附劑。造成雜質超載的原因有哪些？如何防范？答：⑴.每周期循環(huán)時間過長，使每周期吸附的雜質量超出允許值，造成雜質超載。所以應根據(jù)實際進料流量的大小及時調整吸附時間。⑵.不適當?shù)厥褂?手動步進”方式，人為地延長了每周期循環(huán)時間，也能造成雜質超載，因此在使用"手動步進”方式時要避免裝置停留在手動步進方式的周期時間超長。⑶.閥門泄漏也能引起雜質超載。所以應及時發(fā)現(xiàn)閥門故障并及時切換到替換運行程序。⑷.進料雜質超出規(guī)格要求。如果雜質濃度高，則應及時降低進料量并縮短吸附時間，若雜質的成分特殊，則應及時切出PSA。⑸.液體夾帶不僅降低了吸附劑對正常雜質的吸附能力造成雜質超載，而且脫附困難，嚴重損害吸附劑。所以進料氣要經過嚴格地脫水分離。⑹.進料溫度過高吸附劑的吸附能力下降，也能造成雜質超載。所以應控制進料溫度在要求的范圍內。吸附器壓力的快速變化對吸附劑會造成什么危害？答：吸附器壓力的快速變化將引起吸附劑床層的松動或壓碎。使經過吸附器的壓降增加。由于吸附劑的壓碎而產生的粉塵將通過吸附器中的攔截篩網(wǎng)漏出，并且還可能損壞工藝閥門閥座，堵塞儀表管線，而使裝置的操作性能變壞，甚至會導致停車。為什么要根據(jù)進料流量的大小調整吸附時間？答：每個吸附器在一定的產品規(guī)格要求和一定量吸附劑的條件下，吸附劑對雜質的允許吸附量是一定的。所以每個吸附步驟只能提純一定量的進料氣。在一定的進料流速下，如果吸附時間過長，則吸附劑過多地吸附了雜質造成雜質超載，不僅使產品純度下降，而且使PSA操作性能變壞。若吸附時間太短，則不能充分利用吸附劑，達不到應有的氫收率，造成浪費。所以應根據(jù)實際進料流量的大小合理地調整吸附時間，充分利用吸附劑，在保證產品純度和保護好吸附劑的前提下，獲得高的氫收率。簡述吸附時間控制方式的應用。答：吸附時間的控制方式有自動和手動（或能力和局部）兩種控制方式。自動方式控制時，吸附時間作為進料流率的一個函數(shù)自動計算。因此吸附時間可以隨進料流率的變化而及時地自動調整；而且可以通過調整控制系數(shù)使得吸附時間與進料流量相匹配，使氫回收率保持在一個高水平上。所以，在正常生產中自動（或能力）控制方式是優(yōu)先選擇的操作方式。手動（或局部）控制方式時，吸附時間的控制由操作員利用控制臺鍵盤輸入新的吸附時間來實現(xiàn)。所以局部控制方式一般應用于開停車或者進料組成急劇變化和懷疑進料流量計有故障等異常情況下，操作員根據(jù)需要或實際進料量的大小，輸入合適的吸附時間，以便盡快地得到合格產品和防止雜質超載的現(xiàn)象發(fā)生。如何使低的產品純度恢復正常？答：要使低的產品純度恢復正常，通常采用縮短吸附時間的操作來實現(xiàn)。首先要找出使產品純度下降的原因，并給予糾正，如果需要切換則應及時切換到相應的替換運行程序，然后縮短吸附時間?？赏ㄟ^局部控制方式人為地輸入一個較小的吸附時間，也可在能力控制方式下通過減小控制系數(shù)來縮短吸附時間。如果吸附時間設定到最小而產品純度仍未恢復時，則有必要降低進料流量，使每循環(huán)周期的處理量更少，以便盡快地恢復產品純度。產品純度恢復正常后，應緩慢地增加吸附時間以提高氫回收率，并根據(jù)實際需要調整進料流量。由替換運行程序切回到主運行程序前，應做好那些準備工作？答：在六床PSA中，通常把六床循環(huán)過程稱為主運行