PSA设计说明书

成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第1页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.设计说明书0版次REV说明DESCRIPTION设计人DESIGN校核人CHK'D审核人APPR.项目经理PM.日期DATE成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第2页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.目录第一节概述第二节工艺说明第三节公用工程第四节设备第五节自动控制第六节电气第七节分析化验第八节消防第九节环境保护第十节劳动安全卫生第十一节装置定员第十二节设计执行的主要标准规范成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第3页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.第一节概述1.设计依据1.1四川盛马化工股份有限公司与成都华西工业气体有限公司签订的催化干气PSA氢提纯装置合同技术附件。2.装置概况2.1规模及组成本PSA装置的设计原料：是催化干气供PSA原料气，采用变压吸附（VPSA）工艺分离提纯氢气的成套装置。2.1.1装置设计的规模装置公称产氢能力：600Nm3/h；生产方式：三年连续生产装置操作弹性(对产品气)：30~110%装置设计操作寿命：≥15年2.1.2本单元为6-1-3VPSA流程变压吸附氢提纯装置；2.2生产方案本单元采用成都华西工业气体有限公司的6-1-3VPSA流程变压吸附氢提纯技术，从原料气中提纯分离出纯度大于99.0%的氢气，然后送出界区去氢气压缩机。原料气在提纯氢后剩余的PSA装置解吸气送出界区。成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第4页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.2.3设计界区2.3.1界区示意图2.3.2界区边界条件表名称介质流量压力MPa（G）温度℃输送方式管道规格接口位置备注原料原料气2743.7Nm3/h0.940管道DN80,A1B管廊上,界区外1米产品氢气606.1Nm3/h0.840管道DN40,A1B管廊上,界区外1米副产品解吸气2137.6m3/h0.0240管道DN250,A1B管廊上,界区外1米放空可燃气体最大2743.7Nm3/h0.05常温管道DN100,A1B管廊上,界区外1米事故状态去火炬排污污水400Kg/h0.02常温管道DN40,A1B去地管公用工程净化风50Nm3/h0.4常温管道DN40,A1E管廊上,界区外1米仪表用氮气500Nm3/次0.4常温管道DN25,A1B管廊上,界区外1米置换用循环水20t/h0.434管道DN80,A1B管廊上,界区外1米冷却用脱盐水600Kg/h0.8管道DN40,A1B管廊上,界区外1米冷却用②③①6塔VPSA-H2解吸气产品氢气真空原料气成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第5页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.消防蒸汽1.1280管道DN50,A1B管廊上,界区外1米消防用2.4工艺技术特点本装置所采用的变压吸附工艺技术，具有如下优点：☆采用成熟的6-1-3VPSA流程，流程简单、运行可靠。☆在传统6-1-3VPSA流程的抽真空过程连续,真空时间长,吸附剂的再生彻底,能耗低。☆本装置先进的PSA专用软件在某个吸附塔出现故障时，可自动无扰动地将故障塔切除，转入5、4塔操作。在切塔后，可将切除塔隔离进行任意检修。因而大大地提高了装置运行的可靠性。☆作为关键设备的PSA程控阀，选用成都华西化工科技股份有限公司专利产品－气动平板阀。保证了装置长期运行的可靠性。☆采用华西所开发的专门用于催化干气PSA氢提纯的吸附剂，吸附剂动态吸附量大、脱除杂质精度高，可更有效地保证产品质量和回收率。☆本装置先进成熟的控制软件包可自动实现吸附时间的优化和吸附压力自适应调节,保证产品的合格和收率的最高。成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第6页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.第二节工艺说明1.生产流程1.1流程示意图:注：虚线框内为设计界区1.2工艺原理吸附是指：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：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。PSA制氢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，这种吸附是完全可逆的。变压吸附氢提纯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，可实现对含氢气源中杂质组②③①原料气6塔VPSA-H2解吸气产品氢气真空成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第7页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.分的优先吸附而使氢气得以提纯；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，达到连续分离提纯氢气的目的。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。正是吸附剂所具有的这种：吸附杂质组分的能力远强于吸附氢气能力的特性，使我们可以将混合气体中的氢气提纯。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，变压吸附氢提纯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、CO专用吸附剂等，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不断变化的，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。在变压吸附氢提纯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成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第8页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.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优良吸附剂。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。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。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。成都华西工业气体有限公司CHEGNDUHUAXIINDUSTRIALGASCo.，LTD设计阶段STAGE初步设计专业MAJOR工艺装置及工区UNIT&WORKAREA催化干气PSA氢提纯装置版次REV.0项目名称PROJECT重油深加工及产品质量升级项目项目号PRONO.HXIG10S12第9页共35页SHEETOF文件名称DOC.设计说明书文件号DOCNO.我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，如下图：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。吸附剂的这段特性正是变温吸附（TSA）工艺所利用的特性。从上图的B→A可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；变压吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-B段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在