第一篇：PSA變壓吸附技術制氫影響因素及優化措施

摘 要：本文介紹了變壓吸附工作原理，并分析了影響變壓吸附的主要因素，認為吸附時間與吸附壓力是影響變壓吸附最主要的因素； 同時，在變壓吸附操作中應盡量提高吸附壓力、降低解吸壓力、延長吸附時間、降低產品純度，以提高氫氣回收率進而提高裝置的經濟效益。

關鍵詞：psa變壓吸附 制氫 優化

變壓吸附氫提純工藝過程之所以得以實現是由于吸附劑在物理吸附中的具有的兩個性質： 一是對不同組分的吸附能力不同，二是吸附物質在吸附劑上的吸附容量隨吸附質的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的這些特性，可實現吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解析再生，從而構成吸附劑的吸附與再生循環，達到連續分離提純氫氣的目的。

由于變壓吸附（psa）氣體分離技術是依靠壓力的變化來實現吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節能型氣體分離技術。并且，該工藝過程簡單、操作穩定、對于含多種雜質的混合氣可將雜質一次脫除得到高純度產品。因而近二十年來發展非常迅速，已廣泛應用于含氫氣體中氫氣的提純，混合氣體中一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣和烴類的制取、各種氣體的無熱干燥等。而其中變壓吸附制取純氫技術的發展尤其令人矚目。

一、變壓吸附的操作原理

變壓吸附分離技術是以固定床吸附，在連續改變體系平衡的熱力學參數下，加壓氣體組份吸附，減壓被吸附組份解吸，放出該氣體組份，吸附劑得到再生。如果在吸附和解吸過程中床層的溫度維持恒定，利用吸附組份的分壓變化吸附劑的吸附容量相應改變，如圖 1，過程沿吸附等溫線t1進行，則在ab 線兩端吸附量之差 △q= qa-qb 為每經加壓（吸附）和 減壓（解吸）循環組份的分離量。如此利用壓力變化進行的分離操作就是變壓吸附。如果要使吸附和解吸過程吸附劑的吸附容量的差值增加，可以同時采用減壓和加熱方法進行解吸再生，在實際的變壓吸附分離操作中，組份的吸附熱都較大，吸附過程是放熱反應，隨著組份的解吸，變壓吸附的工作點從 e 移向 f 點，吸附時從f點返回 e 點，沿著ef 線進行，每經加壓吸附和減壓解吸循環的組份分離量 q= qe-qf為實際變壓吸附的差值。由此分析，要使吸附和解吸過程吸附劑的吸附量差值加大，對所選用的吸附劑除對各組份的選擇性要大以外，其吸附等溫線的斜率變化也要顯著，即等溫線的曲率要大，并盡可能使其壓力的變化加大，以增加其吸附量的變化值。

二、影響變壓吸附的主要因素

1.原料其組成對裝置吸附能力的影響

由于不同的制氫裝置所采用的轉化工藝、制氫原料等諸多方面存在差異，所以 psa 原料中溫變換氣中烴類及 co、co2的含量差別也較大，原料氣組成與吸附塔的處理的關系很大。psa 的氫氣吸附能力通常是以產氫量或原料量來衡量的，當原料氣中氫氣含量越高時，由于所需要吸附的雜質含量低，在吸附劑能力一定的情況下，吸附塔的處理能力越大； 反之，原料氣雜質含量越高，特別是凈化要求高的有害雜質含量越高時，吸附塔的處理能力越小。

2.原料氣溫度對裝置吸附能力的影響

在其他條件相同的情況下，原料氣溫度越高，吸附平衡曲線越靠下，吸附劑的吸附容量越小，吸附、解吸、再生的循環時間越短，吸附塔的處理能力越低。

3.操作壓力對裝置吸附能力的影響

psa 單元的吸附壓力一般為系統壓力變化過程中的最高壓力，在近年來的制氫裝置設計中，最高吸附壓力與中溫變換反應器出口壓力接近。一般來講，制氫轉化的壓力在 2.1mpa-3.1 mpa 之間，整個轉化中反應的系統壓力差越小，原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高，但由此增加的操作費用和設備投資會隨之增加。而解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動態吸附量越大，再次吸附效果好，吸附塔的處理能力越高。

三、psa變壓吸附制氫技術優化措施

1.產品純度的調整

變壓吸附工藝具有產品純度范圍寬，且易于調整的特點，由于產品純度與產品回收率是成反比關系的，即：在原料氣條件不變和吸附、解吸壓力一定的情祝下，產品純度越高，氫氣回收率越低：產品純度越低，氫氣回收率越高.因而，要保證裝置運行于最佳狀態，就必須將產品純度控制在即能滿足生產需要，又盡可能低的范圍內，修改吸附時間和修改操作系數，延長吸附時間、增大操作系數，則降低產品純度；縮短吸附時間，減小操作系數，則提高產品純度。

2.裝置參數的調節

2.1調整吸附時間

當裝置的處理量改變之后（或原料氣組成改變后），將有可能影響產品的純度，這時可調整操作系數以調整吸附時間，使產品純度重新運行于最佳范圍，或將tmadjust置為on讓計算機白動調整。

2.2產品氣升壓控制

產品氣升壓的速度的控制是通過產品氣升壓調節閥kvl621的隨動pid調節來實現的，kv1621的設定值由計算機自動計算產生，無需操作工進行修改，需要調節的只是kvl621的最大，最小開度和pdi參數。

2.3逆放壓力的調節與控制

本裝置逆放壓力的調節與控制是通過調節閥pv162a5、pv1625b來實現的，調節的目的是在保證逆放終壓達到設定值要求的同時使逆放過程盡量緩慢（減小逆放對解吸氣混合罐壓力造成的波動），調節方法是隨動pid調節，需要調節的只是改變pv1625a、pv1625b的最大！最小開度設定值和時間參數設置（在吸附時間不變的前提下，改變時間參數tl、t2、t3、t4的設定值。

2.4順放壓力的調節與控制

本裝置順放壓力的調節與控制是最為重要的，順放壓力降的大小！沖洗過程的均勻連續性對產品氫的純度和收率影響很大，pv1624調節的目的是在保證一定的順放壓力降的前提下，使沖洗過程盡量緩慢均勻，終壓達到設定值要求的同時使逆放過程盡量緩慢（減小逆放對解吸氣混合罐壓力造成的波動），調節方法是隨動pid調節，需要操作調節的也只是改變pv1624的最大，最小開度設定值。

參考文獻

[1]萬鴻斌.變壓吸附裝置的氣體分離技術[ m ].化工科技動態，1992.[2] 馬正飛.氣固吸附平衡與吸附動力學研究 [ d].南京：南京化工大學，1997.作者簡介：曹海鵬，性別：男，工作單位：陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司。

第二篇：制氫操作規程(變壓吸附部分)

甲醇重整制氫操作規程—變壓吸附

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第二部分 變壓吸附部分 主題內容

本操作規程描述了甲醇重整制氫的工藝控制、設備運行的操作規范，以及操作中的注意事項、異常情況的處理；通過實施本操作規程，確保甲醇重整制氫的質量和設備的正常運行，減少事故的發生。2 適用范圍

本操作規程適用甲醇重整制氫裝置的操作與控制。3 職責

3.1 生產部管理人員負責本工藝操作規程的編制、修改、監督與管理。3.2 制氫崗位操作人員負責執行本操作規程。4 工作程序 4.1 裝置概況 4.1.1 概述

本裝置采用變壓吸附（簡稱PSA）法從甲醇轉化氣中提取氫氣，在正常操作條件，轉化氣的處理量可達到800NM3--1200NM3/h。在不同的操作條件下可生產不同純度的氫氣，氫氣純度最高可達99，9995%。4.1.2 吸附劑的工作原理

本裝置采用變壓吸附（PSA）分離氣體的工藝，從含氫混合氣中提取氫氣。其原 理是利用吸附劑對不同吸附質的選擇性吸附，同時吸附劑對吸附質的吸附容量是隨壓力的變化而有差異的特性，在吸附劑選擇吸附條件下，高壓吸附除去原料中雜質組份，低壓下脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。整個操作過程是在環境溫度下進行的。4.1.3 吸附劑的再生

吸附劑的再生是通過三個基本步驟來完成的：（1）吸附塔壓力降至低壓

吸附塔內的氣體逆著原料氣進入的方向進行降壓，稱為逆向放壓，通過逆向放壓，吸附塔內的壓力直到接近大氣壓力。逆向放壓時，被吸附的部分雜質從吸附劑中解吸，并被排出吸附塔。（2）抽真空

吸附床壓力下降到大氣壓后，床內仍有少部分雜質，為使這部分雜質盡可能解吸，甲醇重整制氫操作規程—變壓吸附

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要求床內壓力進一步降低，在此利用真空泵抽吸的方法使雜質解吸，并隨抽空氣體帶出 吸附床。

（3）吸附塔升壓至吸附壓力，以準備再次分離原料氣 4.2 工藝操作

本裝置是有5臺吸附塔（T201A、B、C、D、E）、二臺真空泵（P203A、B）、33臺程 控閥和2個手動調節閥通過若干管線連接構成 4.2.1 工藝流程說明

工藝過程是按設定好的運行方式，通過各程控閥有序地開啟和關閉來實現的。現以 吸附塔T201A在一次循環內所經歷的20個步驟為例，對本裝置變壓吸附工藝過程進行 說明。（1）吸附

開啟程控閥KS205和KS201，原料氣由閥KS205進入，并自下而上通過吸附塔T201A，原料氣中的雜質組份被吸附，分離出的氫氣通過閥KS201輸出。當被吸附雜質的吸附前 沿（指產品中允許的最低雜質濃度）移動到吸附塔一定位置時，關閉KS205和KS201，停止原料氣進入和產品氣輸出。此時吸附器中吸附前沿至出口端之間還留有一段未吸附 雜質的吸附劑。

（2）第一次壓力均衡降(簡稱一均降)開啟程控閥KS203和KS216，吸附器T201A與剛結束隔離步驟的吸附器T201C進行第一次壓力均衡降，均壓過程中吸附器T201A的吸附前沿朝出口端方向推進，但仍未到達其出口端。當兩臺吸附塔壓力基本相等時，關閉閥KS216，一均降步驟結束（繼續開啟閥KS203，便于吸附器V201A下一步二均降進行）。（3）第二次壓力均衡降（簡稱二均降）

開啟程控閥KS222，繼續開啟閥KS203，吸附塔T201A與剛結束隔離步驟的吸附塔 T201D進行第二次壓力均衡降，均壓過程中吸附塔T201A的吸附前沿繼續朝出口端方向 推進，仍未到達其出口端。當兩臺吸附器壓力基本相等時，關閉閥KS222，二均降步驟 結束（繼續開啟閥KS203，便于吸附塔T201A下一步三均降進行）。（4）第三次壓力均衡降（簡稱三均降）

開啟程控閥KS228，繼續開啟閥KS203，吸附塔T201A與剛結束抽真空步驟的吸附 塔T201E進行第三次壓力均衡降，均壓過程中吸附塔T201A的吸附前沿剛好到達出口端 時，兩臺吸附塔壓力也基本相等，此時關閉閥KS203和KS228，三均降步驟結束。

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(5)逆向放壓（簡稱逆放）

開啟閥KS206和KS231、KS233，吸附塔T201A內逆放步驟的解吸氣通過閥KS206 和KS231經放空管放空，真空緩沖罐V202利用真空泵通過閥KS233進行抽真空。當吸 附塔T201A內壓力降至接近常壓時，關閉閥KS231，開啟閥KS232，利用真空泵和處于 負壓的真空緩沖罐V202對吸附塔T201A進行抽真空，降低吸附塔T201A中的雜質壓力，當吸附塔T201A的壓力降至規定值時，關閉閥KS233，逆放步驟結束（繼續開啟閥KS206 和KS232便于吸附塔T201A下一步抽真空步驟進行）。（6）抽真空

繼續開啟閥KS206和KS232，利用真空泵對吸附塔T201A進行抽真空，進一步降低 吸附塔T201A中的雜質壓力，使吸附劑得到充分再生。當吸附塔T201A的壓力降至規定 值-0.08MPa以下時，關閉閥KS206和KS232，抽真空步驟結束。（7）第一次壓力均衡升（簡稱一均升）

開啟程控閥KS204，繼續開啟閥KS209，吸附塔T201A與剛結束二均降步驟的吸附 塔T201B進行第一次壓力均衡升，均壓過程中吸附塔T201A的壓力升高。當兩臺吸附塔 壓力基本相等時，關閉閥KS204和KS209，一均升步驟結束。（8）隔離

此時與吸附塔T201A相連的程控閥均處于關閉狀態，吸附塔T201A壓力保持不變。（9）第二次壓力均衡升（簡稱二均升）

開啟程控閥KS204，繼續開啟閥KS215，吸附塔T201A與剛結束一均降步驟的吸附 塔T201C進行第二次壓力均衡升，均壓過程中吸附塔T201A的壓力升高。當兩臺吸附塔 壓力基本相等時，關閉閥KS215，二均升步驟結束。10：隔離

此時與吸附塔T201A相連的程控閥均處于關閉狀態，吸附塔T201A壓力保持不變。11：第三次壓力均衡升（簡稱三均升）

開啟程控閥KS204和閥KS221，吸附塔T201A與剛結束吸附步驟的吸附塔T201D進 行第三次壓力均衡升，均壓過程中吸附塔T201A的壓力升高。當兩臺吸附器壓力基本相 等時，關閉閥KS204，三均升步驟結束。12：最終升壓（簡稱終充）

開啟閥KS202，吸附塔T201A最后用產品氣通過手動調節閥限流，使其逐步達到吸

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附壓力。當吸附塔T201A的壓力與吸附壓力基本一致時，關閉閥KS202，終充步驟結束。至此，塔T201A的吸附、均壓和再生過程全部結束，緊接著進行下一次循環。

過程敘述中的步驟執行時間及過程壓力是說明性的，裝置在實際運行中可根據原料 氣流量、組成和壓力的變化隨時對時間和壓力進行調整。4.2.2 工藝指標

吸附塔壓力控制范圍：-0.09 ～0.9MPa 真空罐壓力控制范圍：-0.09 ～-0.06MPa 氫氣罐壓力控制范圍：0.7～0.8 MPa 重整氣金屬轉子流量計：90～900NM/h 氫氣金屬轉子流量計： 80～800NM/h 氫氣純度：≥99.999% 氫氣中：CO+CO2≦≤30PPm s≤0.1 PPm 4.2.3 工藝控制 4.2.3.1 原始開車 1：現場清理

安裝完工后，對現場要進行一次徹底的清理，清除一切與設備無關的東西，如安裝的剩余物品，安裝時的設施、雜物等。2：現場檢查

按照圖紙，對全系統的安裝進行逐項檢查。

1：檢查設備、管道、閥門、儀表、電氣是否符合工藝要求。

2：檢查安全設施是否就位，性能完好。如安全閥、阻火器、放空管、電氣防爆設施、避雷針、消防栓、滅火器。3：施工資料整理

對施工所用圖紙、技術資料、修改方案、配套設備的說明書、合格證、產品樣本等進行整理、歸檔。4：設備、管道清洗

在設備制造、運輸和管道、閥門的安裝過程中，不可避免的會有雜物、油污進入設備管道內部，因而必須進行清洗。5：系統吹掃

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系統吹掃應先制定方案，明確吹掃位置和如何吹掃的方法。

不需吹掃或不能吹掃的有關閥門、儀表、物料、流量計、液位計等要用盲板堵死或拆除。

本裝置應該逐步用儀表空氣或氮氣吹掃，吹掃壓力不能大于氣密試驗的壓力，吹掃時管內流速最好能大于20m/s。

吹掃檢驗可采用貼有白布獲白紙的木板對著空氣排出口放置5分鐘，未發現板上有污點時為合格 6：試壓

試壓的目的是檢查整個裝置的氣密性是否達到要求。檢查的范圍包括設備、閥門、儀表、連接法蘭、焊縫（所有）。

試壓方法：采用壓縮空氣或氮氣加壓至最高壓力的1.15倍，在測定壓力下，保持1 小時壓力不下降為合格。試壓結束后，應進行泄露率的測試，泄露試驗壓力為設計壓力，時間為24小時，泄露率≤0.5%為合格。試壓泄露率測試結束后的卸壓點為各設備的排 污口。7：單機試車

目的是檢查各主要設備性能及組裝質量。此項工作按設計要求，使用說明書進行，包括以下主要內容：

? 真空泵的運轉情況，檢測是否能達到標定壓力。

? 各調節系統的安裝質量、控制、調節檢測能力及調節特性是否完好。

? 所有儀表的安裝及指示控制性能，必要時進行刻度檢驗，包括：溫度、壓力、流量。? 檢查所有閥門的開關性能，檢查完畢全部處于關閉狀態。? 測定各儲料罐液面計刻度對應的體積。? 各安全閥調節。8：初次開車前的準備工作

在裝置安裝完畢，吸附塔裝填了吸附劑，完成了整個裝置的吹掃和氣密性試驗后，應對自控系統進行嚴格的檢查及調試，以保證整個裝置可隨時投入工作。但在投入原料氣前還必須用干燥、無油的氮氣對整個裝置的設備和管道進行置換，使含氧量降到0.5%（體積）以下，因為本裝置的原料和產品以及解吸氣均含有大量氫，如果不預先將裝置內的氧置換掉，那么在開車初期容易形成爆炸混合物而引起爆炸燃燒。以上工

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作完畢后應將全部閥門處于關閉狀態。9：正常開車

(1)打通整個流程，變壓吸附所有程控閥處于關閉狀態。關閉氫氣進氫氣儲罐手動閥，打開氫氣放空手動閥，將氫氣罐的壓控調節閥設于0.8MPa。

(2)制氫重整造氣部分已投料并處于穩定產氣狀態，重整緩沖罐手動放空，維持前系統壓力0.8～0.85 MPa。

(3)啟動真空泵，手動打開程控閥KS233，將真空罐壓力降至-0.08～0.09 MPa。關閉KS233。

(4)檢查各吸附塔壓力是否與吸附步驟第一步壓力相同，否則手動調節各吸附塔壓力與第一步相同。或將5個吸附塔壓力均壓至0.2MPa左右。

(5)將變壓吸附程控閥處于自動狀態，開啟變壓吸附，關閉重整氣放空手動閥，將重整器緩沖罐壓控調節閥PV201設置為自動狀態，壓力控制值設置為0.85MPa.(6)將新氫氫分儀投用。

(7)變壓吸附投入運行一個大循環后通知化驗室取新氫樣，氫氣中CO+CO2≦≤30PPm 后將氫氣改進氫氣儲罐，關閉氫氣放空手動閥。

(8)系統剛開車后新氫應每一小時取樣復檢，穩定運行后可每班取樣一次檢測。(9)氫氣罐壓力升至0.7MPa時，開新氫壓縮機給加氫系統升壓。4.2.3.2 正常停車

停車前確保氫氣罐壓力大于0.75MPa,以便前系統及加氫系統壓力較低時給系統補壓。1：吸附步驟在第一步時停止變壓吸附系統，重整氣手動放空。2：將重整氣緩沖罐壓控調節閥PV201設置為手動狀態并關閉。3：停真空泵

4：關閉新氫去氫分儀手動閥門，將新氫氫分儀切出。

5：關閉氫氣進氫氣儲罐手動閥門，關閉氫氣罐壓控調節閥前后手動閥門。6：關閉變壓吸附抽真空及放空手動閥。7：檢查各吸附塔壓力。4.2.3.3 崗位巡檢

4.2.3.3.1 定時巡檢各壓力、液位、溫度、流量是否正常，尤其各吸附塔的壓力的上限及下限是否為正常值，各吸附塔產氫氣量是否正常。

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4.2.3.3.2 定時巡檢新氫壓縮機的油壓、油溫、循環水壓力、進氣及排氣壓力、排氣溫度是否正常，壓縮機運轉是否有雜音。

4.2.3.3.3 定時巡檢各機泵的出口壓力是否正常，運轉時是否有雜音。4.2.3.3.4 定時巡檢氫氣分析儀的純度是否正常。

4.2.3.3.5 定期檢查泵的地腳螺栓堅固情況。4.2.4 正常運行調節

為了獲得良好的運行性能，在運行其間要檢查和調整下列項目： ● 吸附步驟

為了使裝置達到設計要求，吸附塔在設計壓力下運行是很重要的，吸附壓力的穩定 主要取決于吸附壓力自動調節系統的調節，即重整器緩沖罐壓控調節閥PV201的壓力設 定值，一般設定壓力為0.85MPa,使處于吸附狀態的吸附塔壓力穩定在給定值上。要改變 吸附壓力只需改變給定值即可達到目的。原料氣流量波動過大也會影響吸附壓力的穩定。● 均壓步驟

由于存在阻力的原因，兩個塔之間均壓后的壓力不完全一樣，要求均壓后的壓差在 0.05MPa以內，設定的均壓時間只要滿足實際均壓達到平衡所需的時間即可。● 逆放步驟

逆放終壓力越接近常壓，對減少真空泵的負荷就越有利，如要將吸附塔內壓力完全 放至常壓需要很長的時間。逆放時間太長，影響正常工況，因此逆放終壓力只要能達到 比常壓高0.02MPa左右即可。● 最終升壓步驟

最終升壓終的壓力應該在切換時正好基本上達到吸附壓力。如果終充量過小，終充 終時塔壓力未達到吸附壓力，在該塔轉為吸附步驟初期將有一短時間需要升壓而使原料 氣流量猛增，并引起吸附壓力波動。如果終充流量過大，那么在吸附步驟初期又將有大 量的產品被用于終充而致使短時間內無產品輸出。● 抽空步驟

抽真空步驟壓力要求達到-0.08MPa，如果抽真空步驟壓力與要求相比相差太大，則 可考慮裝置是否有較大的泄漏點，或真空泵需要檢修。● 產品質量

一個吸附塔具有固定的負載雜質能力，因此在一個吸附、再生循環里只能處理一 定數量的原料氣，如果循環時間過長，由于導入的原料氣過多會造成氫氣質量的降低； 而吸附時間過短，會造成吸附劑的利用率降低和氫的回收率降低。循環時間的調整必 須謹慎地進行，因為氫氣濃度的變化要滯后一段時間才能反應出來。

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4.3 設備維護與保養

4.3.1 經常檢查緊固件的緊固情況，定期檢查軸承的潤滑及真空泵皮帶磨損情況。4.3.2 生產中盡量避免設備的頻繁啟動。

4.3.3 開停真空泵及壓縮機時應嚴格按照操作規程操作，以免損壞設備，冬天停機時應將設備內循環水放凈。

4.3.4 設備運轉時觀察運轉狀況，如有異常及時處理，4.3.5 打掃設備衛生，保持設備本色。4.4 安全防護注意事項：

4.4.1 工作中，一定要穿工作服、工作鞋，佩戴工作帽，女工要把頭發置入工作帽內。4.4.2 遠離蒸汽管道，在開啟蒸汽閥門時，應側身操作，避免蒸汽泄出燙傷。4.4.3 嚴禁用身體任何部位接觸各運轉設備，防止發生人身安全事故。4.5 應急異常情況處理：

事故緊急停車包括以下幾個原因造成的。

1、停電：

（1）停電后，暫停變壓吸附順控。

（2）注意系統壓力，現場專人在重整氣緩沖罐放空閥處根據系統壓力放空，維持系統壓力0.8～0.85MPa。放空人員未到位之前可從重整氣緩沖罐處調節閥緊急放空。

（3）將重整氣緩沖罐壓控調節閥PV201設置為手動狀態并關閉。（4）停真空泵。

（5）關閉新氫去氫分儀手動閥門，將新氫氫分儀切出。

（6）關閉氫氣進氫氣儲罐手動閥門，關閉氫氣罐壓控調節閥前后手動閥門。（7）關閉變壓吸附抽真空及放空手動閥。（8）檢查各吸附塔壓力。

若短時間停電后來電，變壓吸附開車時吸附順控繼續運行即可，若長時間停電，將各塔壓力均壓至正壓，防止負壓塔由于密封不嚴造成進氧。

2、循環水故障：按照停電處理。

第三篇：PSA 變壓吸附制氮和故障處理探討

PSA 變壓吸附制氮和故障處理探討

一、概述氮氣是一種中性惰性氣體，非活化狀態下，氮氣可作為保護氣體用于防爆（惰化）或防止工作介質被氧化等場所，被廣泛用于石油化工、天然氣開采及加工、金屬熱處理、干燥和防腐保護等領域中。變壓吸附制氮是近來發展起來的高效節能的新型氣體分離技術。它利用空氣作原料，在有電能的條件下制取氮氣。國外 PSA 工業制氮應用是在 20 世紀 80 年代初期，經過近30 多年研究開發，變壓吸附裝置在降低能耗、降低投資、工藝流程簡化、提高可靠性方面，都有了很大的進步，得以廣泛應用。

二、基本流程和配置根據氮氣用量和使用要求，各裝置的流程略有差異，但是基本流程和配置為：空氣壓縮機→儲罐→管道過濾器→冷凍干燥機（或其他再生干燥塔）→（超）精過濾器→高效除油器→緩沖儲罐→吸附塔 A/B（兩塔流程）→粉塵過濾器→氮氣緩沖儲罐→氮分析儀→用戶。空氣經壓縮機壓縮至 0.8MPa，經空氣儲罐冷卻至常溫，再經管道過濾器油液分離進入冷凍式干燥機，流經精過濾器、超精過濾器和高效除油器除去油及液態水到達緩沖儲罐，再進入碳分子篩吸附塔組成的變壓吸附分離系統，壓縮空氣從容器底部進入后，空氣中氧氣、二氧化碳和水分被吸附劑選擇吸附，其余組份（主要為氮氣）則從出口端流出，經粉塵過濾器進入氮氣緩沖罐，經氮氣緩沖罐后作為產品氮氣輸出。之后，吸附塔經均壓、減壓至常壓等過程，脫除所吸附的雜質組份，完成碳分子篩的再生。兩吸附塔循環交替操作，連續送入空氣，連續產出氮氣。氮氣經計量及氮氣分析儀分析純度達標后進入氮氣輸送總管供使用。上述

過程，由 PLC 控制系統自動控制。氮氣純度可高達 99.99%，氮氣壓力基本設計在 0.6MPa 左右。

三、變壓吸附制氮與再生技術基本原理吸附劑是 PSA 制氮設備的核心部分，變壓吸附常使用碳分子篩（CMS），是一種非極性速度分離型吸附材料。常以煤為主要原料，紙張或焦油為粘結劑經過特殊加工而成活性碳，粒徑平均為 1.5nm，是一種半永久的吸附劑。分子篩在生產過程中添加磁性氧化鐵，可大幅提高其吸附性能。CMS 充滿微孔和空腔，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內部中來，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形狀直徑大小不同的分子、極性程度不同的分子、沸點不同的分子、飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。當氣體與多孔的分子篩接觸時，因分子篩表面分子與內部分子不同，具有剩余的表面自由力場或表面引力場，使氣相中的可被吸附的氧分子碰撞到分子篩表面后，即被吸附。隨著吸附的進行，吸附于表面的氧分子逐漸增加，吸附表面逐漸被氧分子覆蓋，分子篩再吸附的能力下降，最終失去吸附能力，即達到吸附平衡；利用分子篩吸附劑對不同氣體組分在吸附量、吸附速度（分子直徑小的氧分子比分子直徑稍大的氮分子在運動中的擴散速度要快十倍）、吸附力等方面的差異，以及吸附劑的吸附容量隨壓力的變化而變化，因此可在加壓條件下完成混合氣體的吸附分離過程，減低壓力解吸所吸附的雜質組份，從而實現氣體分離以及吸附劑的循環使用。變壓吸附制氮技術，一般采用 PSA 碳分子篩為吸附劑（巖谷生產的 1.5GN-H 型分子篩），碳分子篩對氧氮的吸附速度相差很大（如圖 1 所示），在短時間內（最佳吸附時間為 68 秒）加壓情況下，氧的吸附速度大大超過氮的吸附速度，氧分子被碳分子篩大量吸附，而氮分子吸附很少，利用該特性來完成氧氮分離。碳分子篩對氧的吸附容量隨壓力的降低而減少，減低壓力，被吸附的氧分子則從碳分子篩中逸出，通過塔的下部進入消音器后排出大氣，即可解吸，完成碳分子篩的再生。另外，碳分子篩對二氧化碳和水分也有吸附能力，且較易減壓解吸。通常 PSA 制氮機采用雙吸附并聯交替進行吸附產氮，解吸再生，實現氧、氮分離，連續供氣。為取得好的操作性能和長的壽命，分子篩使用一定時間后必須再生。正確再生后的分子篩同新鮮的一樣，其吸附性能和機械性能的衰減和老化非常低。分子篩再生方法有變溫和變壓兩種，常用改變相對壓力：保持吸附劑溫度不變，通過降低壓力和惰性氣體反吹，除去吸附質。再生同吸附逆向的，這可使被吸附床入口處的大部分吸附質不必通過整個床層，部分分子篩也可不與濕熱氣體接觸，從而提高分子篩使用壽命。再生氣應盡可能干燥，否則會影響吸附效率。

四、常見故障與處理 PSA 變壓吸附制氮裝置除了設計選型不合理、機組本身或儀表故障、誤操作之外，常見的故障現象和處理方法如下：

（一）各級過濾器分子篩吸濕能力極強，忌油和液態水，怕磨損，在進入吸附塔之前需要除去壓縮空氣中的油污和水分，在不同的位置采用各級過濾器，管道過濾器濾除大余 5 m 的顆粒及大部分水分，而細過濾器選用一次性可換芯的精過濾器，過濾精度達 0.1 m。粉塵過濾器主要過慮粉化的分子篩或微量的活性炭。主要故障是氣當中有液相、粉末夾帶。日常要檢查前面機組油氣分離效果、氣體溫度、油污液面高度、壓差指示儀；過濾器在使用一定階段后，需要吹掃或更換過濾器、過濾器底部的自動排污閥。

（二）冷凍干燥機冷凍式干燥機（型號為 J2K-125G）該產品主要部件如冷媒壓縮機等為進口元件，性能可靠，運轉平穩，噪音低，耗能少、安裝不需基礎，采用微電腦程序控制儀，對冷凍式干燥機的進氣溫度、露點溫度、蒸發溫度、冷凝溫度、冷卻水進口溫度等進行數據采集、分析和處理，可遠程測量和控制，確保進入變壓吸附分離系統的空氣含水量降至一定的水平。主要故障是制冷劑缺少、AD402-04 型自動排污閥失效、過濾網堵塞等，運行過程中加強監測和灰塵清除工作。

（三）高效除油器高效除油器，內部填充 15＃活性炭，屬氣相吸附。活性炭是一種多孔性的含炭物質，有高度發達的孔隙構造，是優良的吸附劑，是藉由物理性吸附力與化學性吸附力而成。活性炭的比表面積（BET）越大，吸附力也越大。使用初期的吸附效果很高。時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如水族箱中水質混濁，有機物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。所以，活性炭應定期清洗或更換。活性炭一般使用 3～5 年時間。

（四）緩沖過濾器系統中設置的緩沖過濾器起平衡氣壓及除去管道中粉塵的作用。常見故障為泄漏，用緊固或更換墊片的方法消除。

（五）PSA 吸附分離系統 PSA 吸附分離系統主要由二臺填裝了 1.5GN-H 型分子篩的吸附塔（底部有氧化鋁分子篩吸收水分）及一臺氮氣緩沖罐組成，還包括了一組氣動截止閥，該閥為管道式平衡氣動截止閥，具有啟閉速度快，切換壽命長等特點，其開啟時間僅需 0.015 秒，切換壽命為 100 萬次，特別適合于變壓吸附工藝的頻繁啟閉使用。分子篩的使用壽命和其本生的質量、裝填質量還有使用過程中的空氣預處理效率有關，一般情況下可用 5～8 年。PSA 吸附分離系統的控制由 PLC 完成，該 PLC 已完成程序錄入，能執行制氮裝置的各種運行參數控制。控制系統由可編程控制器，壓力變送器，溫度傳感器，閥位開關及二次儀表組成，主要負責現場各設備的機械動作及連鎖控制，可正確處理各種突發故障報警，同時設計上考慮了各級功能分隔，可全自動運行也可以人工操作運行。吸附塔組故障現象常有：

1．吸附器組的有關壓力指示不正常；維修保養或更換儀表。2．動作閥切換緩慢或關閉不嚴、不動作；電磁閥存在故障或粉末引起動作閥故障；更換閥門配件。

3．吸附器床層發生流化現象，造成分子篩摩擦沖擊嚴重產生粉末；進水、油分嚴重引起分子篩硬度減低加劇粉化或分子篩失效；尋找出油、水根源，加以排除，同時分子篩多次再生，仍然不合格就需要更換合格的分子篩。壓縮空氣含油量是分子篩失效的首要因素。4．程序控制的儀表系統，有時出現程序功能紊亂，主要體現在電磁閥開關順序或時間發生變化，需要定期校驗。5．氮氣的分析與計量。氮氣緩沖罐后在進入氮氣總管前設置有一取樣口，樣氣經 KY－2N 氮氣分析儀在線分析達到使用指標后，進入氮氣總管。氮氣的計量由渦街流量計完成，氮氣流量可實時顯示，并可實現累積流量顯示與控制。產品氣分析指示系統故障現象：（1）分析系統指示純度偏低，重新調試/校驗；（2）流量未達到設計指標，工藝調整。

五、使用中應注意的問題裝置調試交付后，用戶應會使用操作、會維護并了解裝置的原理流程。在掌握各配套機組的使用性能后，為了維護使用好吸附器這個核心裝置，特別強調分子篩忌水、忌油、怕磨損，因此在裝置運行當中要特別注意空氣的質量（含水、油量），在日常操作中經常檢查空壓機是否上油、濾油系統是否正常、冷干機制冷除水是否正常。還要經常檢查產品氣排出過濾器和解析氣放空口，是否有堆積或夾帶過多的分子篩粉末；定期檢查吸附器內分子篩的磨損量，并確定是否須增添等等，如有以上現象，應及時解決。如能正常操作和維護，使用壽命將會大大延長。

第四篇：變壓吸附(PSA)氫氣提純技術 Microsoft Word 文檔

工藝原理：

變壓吸附(PSA)技術是：利用不同吸附劑對不同物質的吸附能力，吸附速度和吸附容量的不同，以及吸附劑對混合氣體中各種組分的吸附容量隨壓力而變化的物理特性。采用自動控制閥門開關，自動實現升壓吸附、降壓解析的氣體分離過程。

應用領域：

PSA提純氫：

我公司成功地從合成氨廠的變換氣、弛放氣、精練氣，煉油廠的催化裂化氣、石油裂解氣，鋼鐵廠的焦爐煤氣、水煤氣，三氯氫硅合成尾氣、多晶硅還原尾氣和多種富氫混合（H2 大于25%，P大于0.6MPa）尾氣中提純出純氫和高純氫。

現已廣泛用于：電子、冶金、熱處理、通訊等行業作為保護氣。用于油脂、香料、糖醇、（山梨醇、木醇糠醇）雙氧水、煉油、染料等加氫。用于石化、醫藥農藥中間體、有機合成、等行業。

PSA：空氣分離，提取O2、N2

PSA：氨碳分離，提取NH3、CO2、CO等

第五篇：PSA變壓吸附制氮裝置操作規范及注意事項

PSA變壓吸附制氮裝置操作規范及注意事項

一、安裝要求

?設備與周圍環境之間的距離最好保持1米以上，以利于操作及維護保養；

?安裝場地必須通風良好、少灰塵、防雨、防太陽直射、且不能在腐蝕性的氣體環境中；

?如通風不暢且有空壓機在裝置旁的地方安裝，消聲器應安裝在室外（應有防雨設施）；

?電源應按標定的電壓（V）、電流（A）、相數配置，電壓應在交流±10%范圍內。電器必須有效接地。

二、操作 開機：

?啟動冷凍式干燥機，待冷干機空運轉3-5分鐘后，緩緩打開進氣閥門，等壓力平衡后全開此閥；

?打開制氮機前的截止閥讓經過干燥的壓縮空氣緩緩通入制氮機等壓力平衡后全開此閥，同時打開放空裝置中放空閥及關閉出氣閥；

?啟動制氮機；

?調節流量計前的調壓閥直至壓力達到需求值；

?調節流量計后的閥門使流量計的讀數達到實際流量值的一半，當純度達到要求值時再調整到正常值；

?氮分析儀純度達到要求值時，關閉放空閥，打開氮氣出氣閥，將合格氮氣送入用氣點。停機：

?關閉氮氣的出氣閥，停止供氣；

?按制氮機停止按鈕，關閉制氮機；

?關閉空壓機出氣閥門；

?按冷干機停止按鈕，關閉冷干機；

?打開凈化系統中各設備的排污閥，必須放盡各設備內的壓縮空氣；

?如果長時間停機，切斷電源所有設備電源。

三、注意事項

?設備應可靠接地；

?維修設備時，需放盡所有管路及容器內的壓力，否則會導致嚴重傷害；

?連接的密封墊應使用高密度的紙板，以防止氮氣的泄露；

?氮氣為無色無味無毒無氧氣體，人體直接吸入易造成窒息，排空氮氣時要遠離人的口鼻。