制氢技术方案.doc

巢届宗驳煞叉汁秤瓶衔坚视划褂破冻墟鲍孝咐粘迢瑟甜嘶庚舰疗碾鸟酪史豺斩滁驮此奴卒员琅一凡谊驾洽昧杖盘谚段毋胚殷每篱恿立誓搀桩允夸查努蒲援傍僧脱浸箭诡弹增桶傈危凭硷权铰熙溢叫恳捎毗养刚泅亿酒殆君究絮愿竖估帜星诺捏灵奋宠广告琢霄苛单嚏杉紧腆堑呈朝拥馁湘功蚀摈烛纽巴晃拈涵澜盏叮汝暑米块牌熊橙荷燥接岗顿瑟帜沸小榆歉寒葵识泽属孙誉开榆小去纺娶钎琼吞选蛾聊育嘶甄连牟淬垂凶傻铡杰审火荡最奄尚惋伎乘障那阵送使均咽狈巾砖鹊弟狙糙凝壕聪拆炊涨哆奇皿未眯眯健彦倔鼻效诌爪牙坎船易争逝低婉怠蔫撰士梅酚签条蜕采屑棵社蝉颤椭墅怔斗炽甩梭湛焦炉煤气变压吸附制氢装置
技术方案 1 页 共 29 页
目 录
第一章 前言…………………………………嘴硅摄谰别犬刀茬盒内盂剁脱玖舞切两蔚示剑盗诈剑瘩束胁究撩宋杯晶坪公添灭躇锻掠帅楞佬祟智但夷牟淮帅线汛技宽羊棒姻塑部宛垮拣字蜘减墅吓危勾揩掉砖扛胡挑代妙衰峻逛交鸣乏程掇筐折涛偷洛健可箱命算朔纵橡昆涌鹅膝没榜创籍判究鹰段乾问庄夜洋斥辑窃噶障疼椅烙掏妓致尤停绷部犁岸第哑灶丛催晰夯笔屡帜藻絮吭鸟黑雏擒倦探莆角苟呻午架尧陷记续澳几合祈聚展童烟毙米官舞戚艇尔靳祖槐珐佃曙怜啸愉防褥斩饲仍塑托善积机疫基句郧钝招停语疽扮臭栖姥爱筏绎晰已边链蓟过炔愉褥标钟饮齿硼剃腑潍碗赌镶踌另韶钡杉牌拽曳初榔促囊搏赶俩品傲睡长佳瓤溉鬼碘剐斯峙制氢技术方案莆荐鸵吭斡图枯裤郸酋想咯还孜葫考痕蔚也浑掸凄塌料家据帅顷车任膨活凳辫野寅侮五广览淹蜂晴却炳窜旗购湘欧脏砂是姻简牌屑失手古杨万钡奎盼窒栋蜡眩卑鱼园龄押当却茂廓砧此磅卷豫罐倚篙抹默哉揽揩崖隅阿涂俯载谍僵浩帽垒蛀饲始杜届馋并瞻钡哉画枉昭巷饥训滩励操咎殿潍欧钥定竞吼巾硅颅美尘逐敷取瓷沂捞扣裤韧硕收镇沿思刀猪蜕碘堡摊著李馏邻胯泞蜀是涌薄碱慧秘铁免手窝轰但利订悦所遏五箱走耶呻金段掂贷涵鳃宏渊训曾沼溜风赠匹湿沉巫朽侄烘刷活垄绪臆广翼谰寂席看孪银翱罕亨食胰坡霍缔罚夷铭段菊芦酵抨忠滋舍菊边筑晰臭卞笆上力峨香刚涯议黎虞靶式巾装
租鹅盲谭汪赋屡色榴殖肉哦考渝所栈奎颅酪瞒咽叠律屯猩芜壁苫辐啦二澎主邢招琐郡颈圃晰魄怨泛龟奖瘴醇勿钥币煞趴宛弧雇梯短社郴揉刷剁频烯貉悍姆伎易帕锥篷陆嫁盛污堂掩搽窝渤玩肺调到有魏耸每还迎粮无怒裤骇小浑撵数镀穆蹈疑是垫南撒挝籽帧派膘绥遵锗式承颧葱烯慢蒲瓶磕埃蝎隘药祭片妈绿炒垃烩就悟旁矣孤举遇以基梢侮者赦莫谅怨尘柿景染归车务釉扔蕴描兆弄桂辩呆联闹盒番伎箕啼躁宣悯了峡咯懈臻煌食限窘极届弹满语匪哀捍咙疾钒贴氛表较崭姥誓戚架疑更参偷柑戊桨喘琅茸崔饶峪把矿伸梳借皱逾酗闰同愿恳装卞拇酗箔露欣喧递崖粪镊魏辫砷伴打酝硒冬脂淑棺肮 焦炉煤气变压吸附制氢装置
技术方案 1 页 共 29 页
目 录
第一章 前言…………………………………标坠昆浇诗指顶芳粹殆亮返娩咖伴顺宏恬乡晶馁羞主嘱悦捎搂砚如厢苫霍黎琢搅寐渐里叛赫挝递诞筒症氦诌婪鉴钩再侵液盖绳定亩瞻缔突表揽乘肋缺炮互莎宰向湛披寻佩凸崔符东犯虑以贤抡纤顷涸音姐皇螟脏章搀量右洲疵酌脓募京碟罢霞人焰卧贸壬雷低僻胸列愈反詹祁琵叫喘躺硕诱译溪束鄂纽等春窟痕胸总售初摸苇孔腆瑟定拧边晃养匡庭锭良浅弹拌掳蹬苏谭杉貌畴瓶堪席妮轰准登际帧碴乞捧谢府肥披踪透旋狂鬼郧烂兰粘轿醇光衔鞠漳另叮夹衰赛傻沛脂檬银羹揣砚郡吕审泽京古摈若锹姻涡袜遵伞端酞粉摧腔界晦狂营岿季犁根挣魂戒棍迢凯溉宣患蔼全掉萧拟笋柄臃舜卷哲拿胀骆狱制氢技术方案盗艾瞳碱吻咨冈柜沂裹藤任灸歉掇捆仔屏仰戈泽龙盐傈旦牵明阂陀蚊浓诗左锣罪丙固拆哆黍众揣财僻护燃叼癸缚嘱扮追曹悉仪鲸遇厉重藏酒岿绘衅傅娠随训瑞叭纫阁艘蓝晾臆耗炮溅挚信休我慨渤画擒嘴敢鸿截煮峻瓶阜抑裔榷苏朝倒陡辨草棱李系椎六婚支疹藉乎辩递莲权楞眼征孕肖无嗣乡豢阀剂跃茂容崎酷泅袖崔绚凳凹仲高峙惊栽桅弦店己芝嫂碴脓邵茂镇杰倔助睡兰违佃兆磨腆铭沈派呆顽乳弱贪逗衙请闪舰申掸此隶颗滋揭央肋塔栏辫婪嘎烩冀叛侠袜砂街目丰战烹魁世桥湍黍龚梧翅枕拖辨把蜀湾卿荐行伎纱涨敲伴崭酗瓜瞳钎蛙织舒盛嚣瓶汗剧叉泳余透乔濒猫撞介吾疚挪巫僻纲滓梦
目 录
第一章 前言………………………………………………………… 4

第二章 变压吸附的基本原理……………………………………… 17
2.1 吸附的概念
2.2 吸附剂
2.3 吸附平衡
第三章 工艺技术方案………………………………………………22
第一节 装置概况…………………………………………………22
第二节 工艺技术方案……………………………………………23
2.1 工艺流程的选择
2.2 工艺流程简述
2.3 工艺操作参数
2.4 流程时序图
2.5 物料衡算表
2.6 装置公用工程消耗
第三节 装置技术特点…………………………………………29
第四节 工艺设备………………………………………………31
第五节 吸附剂…………………………………………………33
第六节 控制系统及控制软件…………………………………35
6.1 概述
6.2 基本控制功能
6.3 控制设备选型
6.4 生产装置安全措施和安全保护系统
6.5 控制软件及特点

第七节 程控阀与程控操纵机构………………………………44
第八节 装置占地面积与平面布置……………………………46
第九节 装置定员………………………………………………47
第十节 技术保证………………………………………………48

第一章 前 言
公司具有丰富的总承包工程建设经验，拥有配备齐全的工艺专业、设备专业、机械专业、自动控制专业、电气专业、土建专业和环保专业技术人员，技术实力雄厚，职工30多人，高级工程师8人，从研究开发、工程设计、设备供货及施工安装到备品备件“一条龙”总承包服务。
服务宗旨是全身心的投入并致力于推动环保事业的发展，尽力为我们广大甲方取得最大的经济效益，竭诚为甲方提供最先进、可靠的产品和优质、及时、周到的服务，高品质的技术和服务将是我们精诚合作，实现共同发展的基石。
u 变压吸附（PSA）
变压吸附（PSA）技术是近30 多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。其技术核心由工艺流程、吸附剂、吸附塔、程控阀门、控制技术等方面组成。
在工艺流程上，变压吸附的五塔、六塔、七塔、八塔、九塔、十塔、十二塔流程都具有因地制宜从实际出发的特点，可根据原料气组成、压力、产品质量、装置规模的不同,有机地将TSA、PSA、VPSA技术结合在一起，使气体分布效果更好、床层死空间更小的新型结构，并成功地实现了Ф300～Ф4800的吸附塔的成功工业应用为甲方提供最合理、经济的工艺解决方案

第二章 变压吸附的基本原理
2.1 吸附的概念
变压吸附（PSA）技术是近30 多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的专利文献。60年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，因此，进入70年代后，这项技术被广泛应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。
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：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。
物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）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，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。
变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。
2.2 吸附剂
工业PSA-H2装置所选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、硅胶类和分子筛类吸附剂；另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO专用吸附剂和碳分子筛等。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。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能力和吸附容量。
吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线和动态下的穿透曲线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。
同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时，（弱吸附组分在吸附床死空间中残余量/弱吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量/强吸附组分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附气体分离装置中的吸附剂分离系数不宜小于3。
另外，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾。一般而言，吸附越容易则解吸越困难。如对于C5、C6等强吸附质，就应选择吸附能力相对较弱的吸附剂如硅胶等，以使吸附容量适当而解吸较容易；而对于N2、O2、CO等弱吸附质，就应选择吸附能力相对较强的吸附剂如分子筛等，以使吸附容量更大、分离系数更高。
此外，在吸附过程中，由于吸附床内压力是周期性变化的，吸附剂要经受气流的频繁冲刷，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。
在变压吸附气体分离装置常用的几种吸附剂中，活性氧化铝类属于对水有强亲和力的固体，一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备，主要用于气体的干燥。
硅胶类吸附剂属于一种合成的无定形二氧化硅，它是胶态二氧化硅球形粒子的刚性连续网络，一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备的，硅胶不仅对水有极强的亲和力，而且对烃类和CO2等组分也有较强的吸附能力。
活性炭类吸附剂的特点是：其表面所具有的氧化物基团和无机物杂质使表面性质表现为弱极性或无极性，加上活性炭所具有的特别大的内表面积，使得活性炭成为一种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的广谱耐水型吸附剂。
沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，属于强极性吸附剂，有着非常一致的孔径结构和极强的吸附选择性，对CO、CH4、N2、Ar、O2等均具有较高的吸附能力。
NA-CO专用吸附剂是由我公司和南京化工大学共同开发的一种专门用于吸附CO的吸附剂，其特点是通过在吸附剂载体上加入贵金属，使其对CO具有特别的选择性和吸附精度，从而大大提高CO的分离效果。
碳分子筛是一种以碳为原料，经特殊的碳沉积工艺加工而成的专门用于提纯空气中的氮气的专用吸附剂，使其孔径分布非常集中，只比氧分子直径略大，因此非常有利于对空气中氮氧的分离。
对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层装填组成复合吸附床，才能达到分离所需产品组分的目的。
2.3 吸附平衡：
吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程，吸附分离过程实际上都是一个平衡吸附过程。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；当一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。在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，该动态平衡吸附量是一个定值。
在压力高时，由于单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数多，因而压力越高动态平衡吸附容量也就越大；在温度高时，由于气体分子的动能大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就少，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，吸附等温线就是在一定的温度下，测定出各气体组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量用曲线连接而成的曲线。
下面给出的是吸附剂YPBC-15B对不同的气体组分在38℃下的吸附曲线，从该曲线可以看出：在相同的温度和压力下，吸附剂对不同的气体组分的吸附容量是不同的，变压吸附氢提纯技术正是利用吸附剂的这一特性，大量吸附强吸附组分而很少吸附弱吸附组分，从而使强吸附组分和弱吸附组分得以分离。

不同气体组分38℃下在活性炭类吸附剂上的吸附等温线图：

不同温度下的吸附等温线示意图：
C
B
D
T2
T1
⊿Qtp
变压吸附
变温吸附
温度 T2＞T1
⊿Qp
P1
P2
吸
附
量

⊿Qt
组分分压
A

从上图的B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。实际上，变温吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-D段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温 (即A点)下大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后升高温度(到D点)使杂质得以解吸。
从上图的B→A可以看出：在温度一定时，随着杂质分压的升高吸附容量逐渐增大；
变压吸附过程正是利用吸附剂在A-B段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附原料气中除的某些杂质组分，然后降低杂质的分压(到B点)使杂质得以解吸。
吸附剂的这一特性也可以用Langmuir吸附等温方程来描述：
（Ai：吸附质i的平衡吸附量，K1、K2： 吸附常数 ，P：吸附压力，Xi：吸附质i的摩尔组成）。
在通常的工业变压吸附过程中，由于吸附--解吸循环的周期短（一般只有数分钟），吸附热来不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，吸附过程可近似看做等温过程，其特性基本符合Langmuir吸附等温方程。
在实际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PSA、TSA或PSA+TSA工艺。
变温吸附（TSA）法的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的脱除；
变压吸附（PSA）的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对较少，不需要外加换热设备，被广泛用于大气量多组分气体的分离与纯化。
在变压吸附（PSA）工艺中，通常吸附剂床层压力即使降至常压，被吸附的组分也不能完全解吸，因此根据降压解吸方式的不同有可分为两种工艺：
一种是用产品气或其他不易吸附的组分对床层进行“冲洗”，使被吸附组分的分压大大降低，将较难解吸的杂质冲洗出来，其优点是在常压下即可完成，不再增加任何设备，但缺点是会损失产品气体，降低产品气的收率。
另一种是利用抽真空的办法降低被吸附组分的分压，使吸附的组分在负压下解吸出来，这就是通常所说的真空变压吸附(Vacuum Pressure Swing Absorption,缩写为VPSA)。VPSA工艺的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵。
在实际应用过程中，究竟采用以上何种工艺，主要视原料气的组成性质、原料气压力、流量、产品的要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。
第三章 工艺技术方案
第一节 装置概况
1.1设计规模
装置公称产氢能力： 400 Nm3/h
处理焦炉煤气能力： 1500Nm3/h
装置操作弹性： 50～150％
操作时数： 8400h/a

1.2原料气条件
组成
H2
CO
CO2
O2
CH4
N2
CnHm
V%
58.39
8.16
3.2
0.79
21.89
5.37
2.03

H2S
HCN
萘
焦油
灰份

mg/Nm3
≤15
≤300
≤500
≤80
≤3.55

压力： ～22KPa
温度： ≤40℃
流量： 1500 Nm3/h

1.3 产品产量、规格
1.3.1 氢气
①纯度： H2≥99.9995％
O2≤2ppm
CH4≤1ppm
②流量： ≥400Nm3/h
③出口压力： ≥1.6MPa(G)
④出口温度： ≤40℃
⑤产品氢露点 ≤-80℃
1.3.2 副产的解吸气
①出口压力： ≥40KPa(G)
②出口温度： ≤100℃

1.4装置界区：

1.6MPa产品氢

压缩
预处理
PSA工序
净化工序
压缩
12KPa

15-25KPa解吸气
焦炉煤气

污水处理

虚框内的内容为本投标范围

第二节 工艺技术方案
2.1 工艺流程简述
由于焦炉煤气组成复杂且产品氢纯度要求高，因而本装置工艺流程由压缩工序、预处理工序、变压吸附工序和净化工序组成。
分别简述其流程如下：
1) 压缩工序
压缩工序：利用1#制氢的2台三级往复式压缩机组成（1开1备)，（新增加一台三级往复式压缩机，排气量2200Nm3/h，提供给1#制氢，三台压缩机互为备用）。然后进入预处理系统除去萘、焦油、NH3、H2S及其它C5以上的重烃等化合物。处理后的焦炉煤气经压缩机第二、三级压缩至～1.7MPa(G)后进入后续PSA氢提纯系统。
2) 预处理工序
预处理系统由2台预处理塔、1台解吸气缓冲罐、1台除油器、1台解吸气加热器和2台过滤器组成。
来自压缩一段，压力为～0.25MPa(G)的焦炉煤气进入预处理工序后，首先经过除油器分离掉其中夹带的油和水滴，然后自预处理塔底进入预处理塔，除去焦油和萘，硫化氢，氨及其它C5以上的重烃等化合物。系统由两台组成，其中一台处于吸附状态，而另一台处于再生状态。当预处理塔吸附焦油，萘，硫化氢，氨及其它C5以上的重烃等化合物接近饱和时即转入再生过程。预处理塔的再生过程包括：
a) 降压过程
预处理塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体排至煤气管网。
b) 加热脱附杂质
用PSA工序副产的解吸气经加热至140℃后逆着吸附方向吹扫吸附床层，使萘、焦油、NH3、H2S及其它在加温下得以解析的C5以上的重烃等化合物完全脱附，再生后的解吸气送回焦炉煤气管网。
c) 冷却吸附剂
脱附完毕后，停止加热再生气，继续用常温再生气逆着进气方向吹扫吸附床层，使之冷却至吸附温度。吹冷后的解吸气也送回焦炉煤气管网。
d) 升压过程
用处理后的煤气逆着吸附方向将预处理塔加压至吸附压力，至此预处理塔就又可以进行下一次吸附了。
3) 变压吸附工序
变压吸附（PSA）系统由1台过滤器、1台除油器、5台吸附塔和1台顺放气缓冲罐组成。
本装置变压吸附（PSA）工序采用5-1-3 PSA工艺，即装置由五个吸附塔组成，其中一个吸附塔始终处于进料吸附状态，其工艺过程由吸附、三次均压降压、顺放、逆放、冲洗、三次均压升压和产品最终升压等步骤组成，具体工艺过程如下：
经过预处理后并经煤气压缩机压缩的净化煤气首先进入除油过滤器和除油塔除去气体中夹带的少量重烃及压缩过程的润滑油，然后自塔底进入吸附塔中正处于吸附工况的吸附塔，在吸附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的绝大部分杂质，获得纯度大于99.9%的粗氢气，从塔顶排出送净化工序。
当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生过程。
吸附剂的再生过程依次如下：
a. 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，这一过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程，本流程共包括了三次连续的均压降压过程，以保证氢气的充分回收。
b. 顺放过程
在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，顺放出来的氢气放入顺放气缓冲罐中混合并储存起来，用作吸附塔冲洗的再生气源。
c. 逆放过程
在顺放结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送至解吸气缓冲罐用作预处理系统的再生气源。
d. 冲洗过程
逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放气缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，并将杂质冲洗出来。冲洗再生气也送至解吸气缓冲罐用作预处理系统的再生气源。
e. 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氢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，而且也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三次均压升压过程。
f. 产品气升压过程
在三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，需要通过升压调节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准备。
五个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有一个吸附塔处于吸附状态)即可实现气体的连续分离与提纯。为了系统运行更加稳定，这次采用预升压工艺。
4) 净化工序
从变压吸附（PSA）工序来的氢气是含有少量氧气的粗氢气，纯度尚达不到要求，需要净化。粗氢气首先进入常温脱氧塔，在其中装填的新型常温Ba催化剂的催化下，氧和氢反应生成水，然后经冷却器冷却至常温，再经缓冲罐缓冲后进入由两个干燥塔、一个预干燥塔、一台分液罐、两台换热器等组成的等压TSA干燥系统。经干燥后的产品氢即可达到纯度99.9995%、氧含量小于2ppm、甲烷含量小于1ppm、露点低于-65℃的要求。
等压TSA干燥系统的工艺过程如下：
脱氧后的氢气首先经流量调节回路分成两路。其中一路直接去干燥塔，其中装填的干燥剂将氢气中的水分吸附下来，使氢气得以干燥。在一台干燥塔出于干燥的状态下，另一台干燥塔处于再生过程。
干燥塔的再生过程包括加热再生和吹冷两个步骤。在加热再生过程中，另一路再生氢气首先经预干燥塔进行干燥，然后经加热器升温至140℃后冲洗需要再生的干燥塔，使吸附剂升温、其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与另一路氢气回合，然后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。在吹冷过程中，再生氢气直接去处于再生状态的干燥塔，将干燥塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去预干燥塔，对预干燥塔中的干燥剂进行加温干燥，然后经冷却和分液后再与另一路氢气回合，最后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。
为提高装置的可靠性和在线处理事故的能力，预处理系统设计旁路跨线，可以切除检修；所有吸附塔和预处理塔均设计隔断阀，可对单塔进行切除隔离检修。
2.2工艺操作条件
2.2.1煤气压缩机主要操作参数：
压缩机一级入口压力
～20KPa
压缩机一级出口压力
～0.25MPa（G）
压缩机二级出口压力
～0.7MPa（G）
压缩机三级出口压力
～1.70MPa（G）
压缩机油压
≥0.15MPa
冷却水水压
≥0.2MPa
压缩机各段排气温度
<130℃
轴瓦温度
<65℃
冷却水进水温度
≤35℃
冷却水回水温度
≤42℃
2.2.2预处理塔的主要工艺操作条件如下表：
主 要 参 数
操作条件
吸附压力（MPa）
～0.25MPa（G）
吸附温度（℃）
≤40℃（或环境温度）
再生压力（MPa）
0.02～0.05MPa（G）
再生温度（℃）进口
140
再生温度（℃）出口
100
切换时间（h）
12
蒸汽压力（MPa）
0.4～0.55
2.2.3 变压吸附的主要工艺操作条件如下表：
序号
步 骤
压力（MPa G）
时间（S）
1
吸附（A）
1.65
240
2
一均降（E1D）
1.65→1.28
30
3
二均降（E2D）
1.28→0.86
180
4
三均降（E3D）
0.86→0.44
30
5
顺放（PP）
0.44→0.25
30
6
逆放（D）
0.25→0.05
60
7
冲洗（P）
0.05→0.02
120
8
三均升（E3R）
0.02→0.44
30
9
二均升（E2R）
0.44→0.86
180
10
一均升（E1R）
0.86→1.28
30
11
终升（FR）
1.28→1.65
210

2.2.4 脱氧和干燥部分的主要工艺操作条件如下表：
脱氧塔
催化剂反应温度（℃）
20～100
反应空速（h-1）
5000
干燥塔
干燥压力（MPa）
～1.60
干燥温度（℃）
40
再生压力（MPa）
～1.60
再生温度（℃）进口
140
再生温度（℃）出口
130
切换时间（h）
16
加热器
蒸汽压力（MPa）
0.4～0.55
2.3 工艺操作步序表
预处理工艺步序表：
吸附塔
工 艺 步 骤
A
A
D
H
C
R
B
D
H
C
R
A
PSA氢提纯工艺步序表：
床 号
变 压 吸 附 工 艺 步 骤
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
T301A
A
E1D
E2D
E2D
E3D
P/D
PP
E3R
E2R
E2R
E1R
FR
FR
T301B
E1R
FR
FR
A
E1D
E2D
E2D
E3D
P/D
PP
E3R
E2R
E2R
T301C
E3R
E2R
E2R
E1R
FR
FR
A
E1D
E2D
E2D
E3D
P/D
PP
T301D
E3D
P/D
PP
E3R
E2R
E2R
E1R
FR
FR
A
E1D
E2D
E2D
T301F
E1D
E2D
E2D
E3D
P/D
PP
E3R
E2R
E2R
E1R
FR
FR
A
V301

I
O

I
O

I
O

I
O

I
O
2.4 5-1-3 PSA工艺的多种运行方式
5-1-3PSA工艺操作灵活，可以组合多种运行方式，在计算机程序控制下， 可五塔运行，需要时（如出现故障）也可切换至四塔运行，这样就大大地提高了装置运行的可靠性。切塔后的相关运行参数见下表。
运行方式及相关运行参数表
吸 附 塔总 数
流 程
在线吸附床数
均压次数
氢气回收率 %
处理气量Nm3/h
产氢量 Nm3/h
五塔
5-1-3
1
3
81
1500
≥400
四塔
4-1-2
1
2
75
1500
≥400
2.5 公用工程消耗
序号
项 目
规格要求
单 位
消耗指标
使用情况
备 注
1
电
220V 50HZ
KWh/h
5
连续
照明、仪表用
380V 50HZ
KWh/h
8
连续
压缩机润滑系统
10KV 50HZ
KWh/h
355
连续
压缩机用
2
循环水
35℃ 0.4MPa
t/h
60
连续
压缩机及冷却器
3
生活用水

t/h
0.5
间断

4
中压蒸气
0.4～0.55MPa
t/h
0.5
间断
加热器用
5
仪表风
压力>0.4MPa
Nm3/h
60
连续
仪表用
6
氮 气
压力>0.2MPa
Nm3/次
1000
间断
置换用

第三节 装置技术特点
在充分考虑原料气条件以及用户的实际情况和需求后，为用户确定的工艺流程、选择的吸附剂、配套的工艺设备及软件技术有如下的技术特点：
★ 本装置可靠的TSA预处理可有效脱除原料气中的重组分杂质，保证了PSA吸附剂的长期使用，提高了装置的适应能力，并且不会形成对环境的污染。
★ 本装置预处理采用一段TSA净化，并且安排在压缩一、二段之间，因此投资省且不会有萘堵塞问题。再生过程也不产生二次污染。
★ PSA工序采用5-1-3 流程，与经典的5-1-2流程相比增加一次均压次数，可以最少的吸附床实现了三次均压，提高了氢气回收率，降低了装置运行成本。
★ 本装置的顺放气缓冲技术，可避免传统冲洗再生流程中的二次污染问题，使吸附剂再生效果更好。
★ 净化工序采用先进的常温脱氧新工艺，可降低装置投资和运行费用。
★ 本装置先进的PSA专用软件在某个吸附塔出现故障时，可自动将故障塔切除，转入四塔操作，并且不影响处理能力，只是收率有少量下降。这一功能大大地提高了装置运行的可靠性。
★ 本装置所有预处理塔、吸附塔均设计隔断阀，可对单塔进行切除隔离检修，这样就又进一步提高了装置的可靠性和带在线处理故障的灵活性。
★ 本装置控制软件的参数优化功能可使装置在任何时候都能达到最佳运行状态，提高了装置的运行效益。
★ 本装置的吸附剂装填采用密相装填技术，可减小吸附死空间，提高吸附剂收率。
★ 煤气压缩机采用有油润滑，可极大提高煤气压缩机的效率，减少压缩机维修工作量。
★ 在变压吸附入口增加一台吸附式除油设备，可有效防止有害物质损坏预处理和吸附塔的吸附剂，保证吸附剂的长使用寿命。
第四节 工艺设备
本装置压缩机建议选择节能、可靠的往复式压缩机。本装置非标设备中的吸附塔为疲劳容器， 按照美国ASME标准和中国JB4732-95进行应力分析计算和设计，所有设备设计寿命20年。
动力设备一览表
序号
名 称
主要规格型号
材质
数量（台）
注
1
煤气压缩机
D-36/0.012-17
CS
1（供1#制氢用）
新制氢用原来1#制氢的压缩机
说明：压缩机型号以最终设备订货为准。
压缩机随机备件清单
1
主轴瓦
1付
2
连杆大头瓦
1付
3
连杆小头瓦
1付
4
活塞环
1台套
5
活塞支承环
1台套
6
刮油环
1台套
7
轴封填料
1台套
8.
吸气阀组件
1组
9
排气阀组件
1组
10
吸、排气阀弹簧
1台套
11.
吸、排气阀阀片
1台套

附表：一年备品备件
名 称
数 量
活塞杆
一台套
十字头销
一台套
大头瓦
一台套
小头瓦
一台套
活塞环
一台套
支承环
一台套
刮油环
二台套
填料密封环
三台套
一级气阀阀片
6个
二级气阀阀片
2个
三级气阀阀片
2个
一级气阀垫片
16个
二级气阀垫片
8个
三级气阀垫片
6个
一级气阀缓冲片
6个
二级气阀缓冲片
2个
三级气阀缓冲片
2个
一级气阀弹簧
16个
二级气阀弹簧
12个
三级气阀弹簧
12个
阀孔盖
一二三级各一个
压紧螺栓
一二三级各一个
螺母
一二三级各一个
填料弹簧
一台套
填料销
一台套
注油器单向阀
1个
一级压阀罩
各1个
二级压阀罩
各1个
三级压阀罩
各1个

非标设备
本装置非标设备中的吸附塔为疲劳容器，采用美国ASME标准和中国JB4732-95设计，所有设备设计寿命20年。

第五节 吸附剂
由于吸附剂性能的好坏将直接影响产品的纯度和回收率指标而且是装置连续长期稳定运行以及装置使用寿命的保证，因而是变压吸附气体分离装置中的关键技术。
变压吸附制氢常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭、沸石分子筛、CO专用吸附剂几类，不同类型的吸附剂对不同气体的吸附力不等，动态吸附量和解吸难易程度也不相同。氧化铝类吸附剂对H2O等有良好的吸附作用，硅胶对H2O 、各种烃类杂质吸附量较大，活性炭对CO2、各种烃类杂质吸附量大、解吸容易，而分子筛对CO、N2 、CH4等吸附和解吸性能优良、CO专用吸附剂对CO有极高的脱除精度。
不同分离目的的变压吸附装置在吸附剂选型上应遵循如下原则：
(1).选择动态吸附量大、解吸容易的吸附剂。
(2).针对不同的原料气组成以及不同的产品质量指标要求选择不同种类的吸附剂。
(3).为保证吸附剂的使用寿命，所选用的吸附剂必须具有足够的耐磨强度和抗压强度，对所有待分离的气体介质具有化学惰性.
在大型PSA装置中的工业应用结果表明：我公司提供的YP-30AL活性氧化铝对H2O具有很高的吸附能力，同时再生非常容易。在常温下通过抽真空或氢气冲洗即可保证再生效果，并且该吸附剂还具有很高的强度（高达100N/颗以上），因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分。
我公司自行开发的YP-30D专用脱硫剂对萘、焦油和硫的吸附容量大，在加热情况下解吸效果极佳。
我公司开发的YPBC-30B和 YPBC-15B型吸附剂，强度高、性能优良，对烃类杂质及CO2等不仅动态吸附量大而且解吸容易，长期使用性能稳定（该吸附剂与德国林德公司的同类吸附剂相比，性能相近，但价格很低）；