甲醇裂解制氢装置VPSA脱碳部分的操作规程一、VPSA部分介绍1.装置规模公称产氢能力：10000Nm3/h；装置操作弹性：60〜110%；年生产时数：8000小时2.装置组成本单元由10台脱碳吸附塔和3台真空泵等设备组成。

3.工艺流程来自甲醇裂解部分的甲醇裂解气自塔底进入脱碳吸附塔。

其中绝大部分CO2 及一些杂质气体被吸附下来，脱碳后的氢气等气体进入提氢单元。

吸附塔吸附的CO2等气体通过真空泵抽真空被解吸后高点排放。

4.原料气规格本装置的设计允许原料气组分和压力在较宽的范围内变化，但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化。

当原料气条件变化时，物料平衡也将发生相应的变化。

在原料气条件不变的情况下，所有的调节均可由计算机自动完成。

本单元设计的原料气为：甲醇裂解气其详细规格如下：5.产品规格本单元的主要产品为脱碳气，副产品为脱碳解吸气。

在实际生产中，脱碳气的纯度可通过改变PSA单元的操作条件进行调节，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：脱碳气脱碳气纯度：CO2 <3.98 v%脱碳气产量：13650Nm3/h脱碳气温度：40℃脱碳气压力：2.5MpaG脱碳解吸气脱碳解吸气温度：40℃脱碳解吸气压力：0.02MpaG二、工艺过程说明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。

其中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，吸附过程进行得极快，参与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。

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能力和吸附容量。

2.1本单元所用吸附剂的特性如下：1).A-AS吸附剂A-AS吸附剂对H2O具有很高的吸附能力，同时再生非常容易，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保护上层吸附剂。

2).HXSI-01 吸附剂本装置所用PSA专用HXSI-01吸附剂属于一种高孔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①2-4球状的吸附剂装于吸附塔中下部，用于吸附水分和CO2。

3.2吸附剂的处理几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是HX5A-98H吸附剂具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性，如果受潮，则必须作活化处理。

对于废弃的吸附剂，一般采用深埋或回收处理。

但应注意：在卸取吸附剂时，必须先用氮气进行置换以确保塔内没有有毒或爆炸性气体。

在正常使用情况下，PSA工段的吸附剂一般是和装置同寿命的。

4.3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能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。

由于吸附剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱，而对其它组分吸附能力较强，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。

下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序示意图吸附能力☆ 弱 ☆ ☆☆ ☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆☆☆ 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2.4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，最后吸附质组分氮气氢气氧气氩气氮气一氧化碳甲烷二氧化碳乙烷乙烯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。

对于物理吸附而言，动态吸附平衡很快就能完成，并且在一定的温度和压力下，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。

三、工艺条件与装置处理能力的关系原料气组成：吸附塔的处理能力与原料气组成的关系很大。

原料气中氢含量越高时，吸附塔的处理能力越大；原料气杂质含量越高，特别是净化要求高的有害杂质含量越高时，吸附塔的处理能力越小。

原料气温度：原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低。

吸附压力：原料气的压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。

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，吸附塔的处理能力越高。

产品纯度：产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。

四、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，因而吸附塔的处理能力越高，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。

不同工艺流程对氢气回收率的影响：在不同的工艺流程下，所能实现的均压次数不同，吸附剂再生时的压力降也就不同，而吸附剂再生时损失的氢气量随再生压力降的增大而增大。

一般来讲，PSA流程的均压次数越多，再生压力降越小，氢气回收率越高。

但从另一方面考虑，均压次数太多，容易将部分杂质带入下一吸附塔并在吸附塔顶部形成二次吸附，从而使该塔在转入吸附时因顶部被吸附的杂质随氢气带出而影响产品氢纯度。

因此在保证纯度的情况下，只有适宜的均压次数才是最佳的，通常操作压力越高，均压次数越多。

对于冲洗流程和真空流程来讲，冲洗流程需消耗一定量氢气用于吸附剂再生，而真空流程则是通过抽真空降低被吸附组分的分压使吸附剂得到再生，故采用冲洗流程时，氢气回收率较低，但真空流程的投资和能耗较高，同时解吸气稳定性差。

产品氢纯度与氢回收率的关系：在原料气处理量不变的情况下，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情况下，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，冲洗过程越均匀，冲洗气量越大，吸附剂的再生越彻底，在纯度不变的情况下，吸附时间越长，氢气回收率越高。

但是，由于冲洗气来自均压结束后的顺放过程，如冲洗气量过大，则顺放过程压力降太大，也可能引起部分杂质穿透，反而不利于冲洗。

因此应控制合理的冲洗气量。

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减少，再生过程损失的氢气也就越少，氢气回收率越高.但是，在同样条件下，吸附时间越长，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，吸附时间的改变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装置运行的经济性，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。

五、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，原料气流量的变化对纯度的影响很大，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，杂质也就越容易穿透，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。

解吸再生条件对产品氢纯度的影响：如前所述，解吸的压力越低，冲洗氢气越多，冲洗再生时间越长，冲洗气流越均匀，则吸附剂的解吸效果也就越好，吸附剂上的残余杂质越少，这样也就越容易保证更高的产品氢纯度。

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容易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容易被氢气带出，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、流量以及温度一定的情况下应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、延长吸附时间、适当降低产品纯度（在允许范围内）；在原料气流量发生变化时，应适当调整吸附时间以保证产品氢纯度。

六、工业吸附分离流程的主要工序吸附工序一在常温、高压下吸附杂质，出产品。

减压工序一通过一次或多次的均压降压过程，将床层死空间氢气回收。

顺放工序一通过顺向减压过程获得吸附剂再生气源（采用抽真空方式再生时无此工序）。

逆放工序一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。

（本装置脱碳部分采用抽真空再生，提氢部分采用冲洗再生）升压工序一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，为下一次吸附作好准备本单元吸附塔的工作步序包括：吸附、一均降、二均降、三均降、四均降、五均降、六均降、逆放、抽真空、六均升、五均升、四均升、三均升、二均升、一均升、产品脱碳气终升共十六个工艺步序。

七、工艺流程说明7.1流程简述脱碳部分采用10-1-6VPSA流程，即：装置的10个吸附塔中有1个吸附塔始终处于进料吸附的状态，其它9个吸附塔则处于再生的不同工作阶段。

其吸附和再生工艺过程由吸附、连续六次均压降压、逆放、抽真空、连续六次均压升压和产品脱碳气最终升压等步骤组成。

脱碳吸附塔的工作过程如下：1）吸附过程压力为2.6MPa.G,温度为40℃的甲醇裂解气自塔底进入正处于吸附状态的吸附塔（始终有1个吸附塔处于吸附状态）。