氫氣提純

變壓吸附（PSA）氣體分離與提純技術(shù)成為大型化工工業(yè)的一種生產(chǎn)工藝和獨立的單元操作過程，是本世紀60年代迅速發(fā)展起來的。一方面是由于隨著世界能源的短缺，各國和各行業(yè)越來越重視低品位資源的開發(fā)與利用，以及各國對環(huán)境污染的治理要求也越來越高，使得吸附分離技術(shù)日益受到重視；另一方面，60年代以來，吸附劑也有了重大進展，如性能優(yōu)良的分子篩吸附劑的研制成功，活性炭吸附劑、活性氧化鋁和硅膠性能的不斷改進等等，這些都為連續(xù)操作的大型吸附分離工藝奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

根據(jù)石化原油一次加工能力10.5Mt/a，催化加工能力5.7Mt/a，為了充分利用干氣資源，建設(shè)了0.1Mt/a催化干氣制乙苯/苯乙烯聯(lián)合裝置。經(jīng)聯(lián)合裝置排出的烴化尾氣和脫氫尾氣含有非常可觀的氫氣，如果將其作為燃料燒掉，每年要燒掉純氫約3500t，十分可惜。如果將烴化尾氣和脫氫尾氣中的氫氣提純出來，用于滿足當(dāng)時在建的加氫精制裝置的需要，既能充分利用資源，又可避免采用輕油或煉廠氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制氫所具有的投資高、能耗大的缺點。

處理能力20000烴化尾氣PSA氫提純裝置，它以催化裂化干氣或烴化尾氣、脫氫尾氣和加氫尾氣為原料，生產(chǎn)出合格氫氣產(chǎn)品。該裝置于1999年4月25日首次投料，26日生產(chǎn)出合格氫氣產(chǎn)品。經(jīng)過一年多的運行，于2000年6月18日對裝置進行了一次標(biāo)定，標(biāo)定時間為24h，標(biāo)定期間裝置操作平穩(wěn)，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常。

技術(shù)成熟

采用成熟、先進的變壓吸附氫氣提純技術(shù)，利用煉廠氣副產(chǎn)品，生產(chǎn)出純度高達99%的氫氣產(chǎn)品，實現(xiàn)了資源的綜合利用，既減少了污染，又為企業(yè)增加了經(jīng)濟效益。

成本低

實踐證明，烴化尾氣變壓吸附氫提純技術(shù)在工業(yè)上是可行的，它完全可以滿足裝置處理多種復(fù)雜原料氣的需要，且吸附壓力較低，無須增設(shè)加壓設(shè)備，降低了裝置的投資。

自動化程度高

該裝置操作靈活，自動化程度非常高，無須單獨設(shè)置操作員，且具有聯(lián)鎖功能，為裝置的安全運行打下了良好基礎(chǔ)。

變壓吸附過程是利用裝在立式壓力容器內(nèi)的辛化硅膠，活性炭、分子篩等固體吸附劑，對混合氣體中的各種雜質(zhì)進行選擇性的吸附。由于混合氣體中各組分沸點不同，根據(jù)易揮發(fā)的不易吸附，不易揮發(fā)的易被吸附的性質(zhì)，將原料氣通過吸附劑床層，氫以外的其余組分作為雜質(zhì)被吸附劑選擇性地吸附，而沸點低、揮發(fā)度最高的氫氣基本上不被吸附，以大于98v%左右的純度離開吸附床，從而達到與其它雜質(zhì)分離的目的。

一是由于大連石化分烴化尾氣制氫裝置原料氣品種繁多，正常情況下使用乙苯裝置來的烴化尾氣、苯乙烯裝置來的脫氫尾氣、加氫裝置返回的加氫尾氣及部分催化干氣，在乙苯裝置停車時單獨使用催化干氣；二是組分特別復(fù)雜，除H2外，還含有一定量的N2、C2H4、及C5 等烴類組分；三是吸附壓力低，僅有0.50MPa左右。為了保證裝置的可靠性和產(chǎn)品氫的質(zhì)量與回收率，因此就決定了該裝置采用了先進可靠的“前處理 TSA VPSA 脫氧”工藝流程。原料氣首先經(jīng)前處理除去少量液滴和部分C6，再經(jīng)變溫吸附（TSA）除去C5 以上組分，最后經(jīng)變壓吸附（VPSA）和脫氧過程，實現(xiàn)H2與N2、O2和C2 等雜質(zhì)組分的分離。

變溫吸附的基本原理是利用吸附劑對不同組分的吸附容量隨溫度的不同而有較大差異的特性，在吸附劑選擇吸附的條件下，常溫吸附原料氣中的高沸點雜質(zhì)組分，高溫脫除這些雜質(zhì)，使吸附劑得到再生。TSA系統(tǒng)由2個吸附塔（A、B）組成，運行時一塔始終處于吸附狀態(tài)，而另一塔始終處于再生狀態(tài)，兩塔交替操作，每個塔每次工作要經(jīng)歷吸附、降壓、加熱抽空、冷卻、加壓等5個循環(huán)步序，以保證連續(xù)凈化原料氣，凈化后的混合原料氣進入VPSA部分。以A塔為例說明其工藝過程。

原料氣經(jīng)前處理塔后進入A吸附塔，在塔內(nèi)飽和水和C5以上組分被吸附劑吸附。吸附到一定程度，開始逆向放壓，當(dāng)塔內(nèi)壓力降至0.02MPa時，用VPSA部分排出的真空解吸氣經(jīng)加熱器加熱到120~170℃左右后，逆著吸附方向沖洗吸附床層，使其中的雜質(zhì)得以脫附，所脫附的雜質(zhì)被真空泵抽入真空解吸氣緩沖罐。脫附完畢后，停止加熱解吸氣，繼續(xù)逆著吸附方向，直接用常溫下的真空解吸氣沖洗吸附床層，使之逐漸冷卻至常溫，該真空解吸氣同樣被真空泵抽入真空解吸氣緩沖罐中，最終它們和VPSA部分的真空解吸氣一起被尾氣壓縮機排入低壓瓦斯管網(wǎng)。冷吹結(jié)束后，用經(jīng)過凈化的B塔原料氣對A塔進行充壓，使A塔壓力與原料氣壓力接近。至此，A塔完成一次循環(huán)，可以進行下一周期吸附過程

變壓吸附原理是利用吸附劑對氣體的吸附容量隨壓力的不同而有差異的特性，加壓吸附原料氣中的某些組分使其分離，減壓下脫除這些組分使吸附劑獲得再生，采用多個吸附床循環(huán)操作，使氣體分離過程連續(xù)進行。VPSA系統(tǒng)有6個塔，采用6－2－3方式工作，即始終有2個塔處于吸附狀態(tài)，4個塔處于再生狀態(tài)，工藝步序完全相同，只是在各步序的運行時間上依次錯開1/2個吸附時間。若某一塔出現(xiàn)故障時，啟動自動切塔與恢復(fù)程序，可將其脫出工作線。

經(jīng)過TSA系統(tǒng)處理過的凈化氣自下而上進入吸附塔床層，一次性除去氫以外的絕大部分雜質(zhì)（僅剩少量N2、CH4、O2），獲得純度大于98%的粗氫氣，大部分進入產(chǎn)品脫氧部分，只有一小部分作為其它塔的最終充壓用氣。當(dāng)吸附塔吸附到一定程度時，就要對吸附劑進行再生。本工藝采用均壓降壓、逆放、抽真空、均壓升壓、產(chǎn)品氣升壓的方法，實現(xiàn)吸附劑的再生。圖1示意說明了一個吸附塔吸附、解吸的全過程。

變壓吸附氫提純裝置工藝流程見圖2。來自乙苯/苯乙烯和加氫裝置的各種尾氣經(jīng)冷卻器冷卻后進入原料氣緩沖罐，除去其中的大部分反烴化料液體，再進入前處理塔，吸附掉氣體中夾帶的少量液滴和部分C6，然后進入TSA系統(tǒng)，在常溫下除去混合原料氣中C5以上的組分。之后進入VPSA系統(tǒng)，在6個塔循環(huán)操作、交替吸附的作用下生產(chǎn)出粗氫氣再進入脫氧塔，若氧含量滿足工藝要求，可不經(jīng)脫氧塔直接進氫氣壓縮機壓縮后送出裝置。TSA和VPSA再生時用真空泵抽真空，排出的解吸氣經(jīng)尾氣壓縮機送入低壓瓦斯管網(wǎng)。

氫氣提純裝置設(shè)計能力為6000到20000Nm3/h，本次標(biāo)定的原料氣量為15200Nm3/h，采用6塔三均方案，由于加氫裝置沒有向氫提純裝置返加氫尾氣，故無加氫尾氣量。沒有投用脫氧塔的情況下，氧氣雜質(zhì)含量遠低于100μg/g的設(shè)計要求。裝置能耗較小，其中蒸汽占近66%，而這主要是由尾氣壓縮機（蒸汽透平）所消耗的，蒸汽加熱器間歇工作，只占很小一部分。標(biāo)定期間的氫氣回收率為90.47%。（氫回收率=（產(chǎn)品氫氣量×純度）/（原料氣量×氫氣含量）×100%）

標(biāo)定條件及物料平衡

項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù)

TSA系統(tǒng)工藝參數(shù) 逆放壓力/MPa 0.02

吸附壓力/MPa 0.53 抽真空壓力/MPa -0.07

吸附溫度/℃ 40 產(chǎn)品氫加壓/MPa 0.46

再生壓力/MPa -0.07 操作系數(shù) 1.06

再生溫度/℃ 170 烴化尾氣量/Nm3.h-1 14000

切換時間/h 8 脫氫尾氣量/Nm3.h-1 1200

操作系數(shù) 1.06 氫氣量/Nm3.h-1 4500

VPSA系統(tǒng)工藝參數(shù) 解吸氣量/Nm3.h-1 10700

吸附壓力/MPa 0.50

（1）本裝置比傳統(tǒng)流程增加了TSA原料氣預(yù)處理部分，能脫除大部分C5以上雜質(zhì)，有效地保證了后續(xù)PSA吸附劑的壽命，并對原料組分的變化起緩沖作用。

（2）VPSA部分采用6－2－3技術(shù)，即六個吸附塔始終有兩個處于吸附狀態(tài)，每循環(huán)中三次均壓，真空解吸。

（3）采用常溫脫氧催化劑，簡化工藝流程。

（4）自動化控制水平高，具有事故自檢，聯(lián)鎖處理功能，提高了裝置運行的可靠性。

（5）PSA程控閥選用專利產(chǎn)品，具有體積小，動作快，密封性能好，壽命長優(yōu)點。 2100433B

氣體提純系統(tǒng)氣體凈化提純系統(tǒng)將沼氣通過初步除水后，進入脫硫系統(tǒng)，脫硫后的氣體除塵后加壓進入吸收塔，在特定的吸收劑和反應(yīng)條件下，調(diào)整氣體中甲烷濃度到90%，同時全部或部分除去氨、氮氧化物、硅氧烷等多種雜質(zhì)。

氣體提純系統(tǒng)氣體凈化提純系統(tǒng)將沼氣通過初步除水后，進入脫硫系統(tǒng)，脫硫后的氣體除塵后加壓進入吸收塔，在特定的吸收劑和反應(yīng)條件下，調(diào)整氣體中甲烷濃度到90%，同時全部或部分除去氨、氮氧化物、硅氧烷等多種雜質(zhì)。氣體得到調(diào)整和凈化后，經(jīng)冷卻、分離送入天然氣管網(wǎng)；溶液經(jīng)自凈系統(tǒng)將雜質(zhì)分離出來，并在再生系統(tǒng)解吸出純度大于等于95%的二氧碳氣體。

氫氣回收是指把工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的氫氣進行除塵、除油、除氧、除水等處理，使氫氣質(zhì)量重新達到生產(chǎn)要求，二次循環(huán)使用的系統(tǒng)統(tǒng)稱。

將排出含有固體雜質(zhì)和氣體雜質(zhì)的氫氣，經(jīng)過過濾器除大部分固體雜質(zhì)，進入淋洗塔用水除去氣體雜質(zhì)、氨氣，進入冷卻系統(tǒng)進行熱量交換，氫氣的露點由出爐時43~47℃下降到15℃，氫氣在淋洗過程和冷卻過程中除去90%左右的水份。水份由汽水分離器分離出來。氫氣中剩余的水份進入干燥塔，經(jīng)硅膠和分子篩吸附后，達到需要的露點。最后將凈化后的氫氣循環(huán)使用。

主要部件有：淋洗塔、平衡裝置汽水分離器、自動排水器氫氣壓縮機、緩沖罐、羅茨風(fēng)機、冷卻器、冷凝器、純化裝置、冷水機組、控制加氫裝置、微氧分析儀表、微水分析儀表、電控柜等組成。2100433B