psa-培训

2020/4/14热烈欢迎各位领导和专家------成都华西化工科技股份有限公司上海华西化工科技有限公司2020/4/141、深冷：投资大、能耗高、开停车慢、可获得多产品。2、膜分离：投资小、操作简便、纯度低、压损大。3、化学吸收：压损小、收率高、纯度低、能耗高、操作麻烦。4、吸附分离：纯度高、压损小、能耗低、操作简便、收率低。2020/4/14PSA-H2提纯技术特点与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术之所以能得到如此迅速的发展是与其具有的下列特点分不开的。⑴产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎可除去其中的所有杂质，得到纯度大于99.9999%的高纯氢。⑵工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下变压吸附都可以一步将各种杂质脱除而获得纯氢。⑶原料气适应性强：对于氢含量从15～98%，杂质包括H2O、N2、O2、CO、CO2、烃类、硫化物、氮氧化物等多种组分的复杂气源，均可利用变压吸附予以提纯。⑷操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达30～120%⑸产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装置即可得到各种不同纯度的产品氢气以用于不同的目的。⑹操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全部是自动化操作，开停车一般只需0.5～2小时。⑺能耗低、运行费用小：变压吸附装置一般都在常温和中、低压力下进行，且正常操作下吸附剂可与装置同寿命。2020/4/14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。其实质就是在两相的交界面上，物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。PMTn=3.52×1022n=单位时间碰撞单位表面并停留的分子数M=气体的分子量P＝气体分子的分压（毫米汞柱）T＝温度0K单位表面积上浓聚的分子数：B=n.ZZ=分子在表面上停留的平均时间2020/4/141、化学吸附：有化学反应，有化合物生成。2、活性吸附：有络合化合物生成。3、毛细管凝缩：在吸附剂孔隙中有凝结现象。4、物理吸附：无化学反应，依靠分子力进行吸附，速度很快，吸附热很小，吸附过程完全可逆。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。2020/4/14分子间的作用力：f=C1/rm-C2/rn（mn)分子力分三种：1．极性分子与极性分子之间的定向极化作用；2．极性分子与非极性分子之间的变形极化作用；3．非极性分子与非极性分子之间的瞬时偶极矩。吸附力主要由吸附质分子与吸附剂分子的本身性质决定。2020/4/14各气体组分在沸石吸附剂上的吸附力减弱排列顺序示意：氦气☆弱氢气☆氩气☆☆氧气☆☆氮气☆☆☆甲烷☆☆☆☆☆一氧化碳☆☆☆☆☆二氧化碳☆☆☆☆☆☆乙烷☆☆☆☆☆☆乙烯☆☆☆☆☆☆☆丙烷☆☆☆☆☆☆☆异丁烷☆☆☆☆☆☆☆☆丙烯☆☆☆☆☆☆☆☆硫化氢☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆硫醇☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆甲苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆乙基苯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆苯乙烯☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆水☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆强2020/4/14吸附等温线Langmuir吸附等温方程来描述：PXiKPXiKAi211（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）。CBDT2T1⊿Qtp变压吸附温度T2＞T1⊿QpP1P2吸附量⊿Qt组分分压A2020/4/14制氢变换气PSA特点压力：1.2—2.5MPa.G组成：H2：68-76%，CO：0.3-3.0%CO2:18-23%,CH4:2-6%N2:0-5.0%,H2O:0.3-1.0%产品纯度:H299.9%,CO+CO220ppm2020/4/14PSA压力对回收率的影响0510152025x0.1MPa959085807570收率压力曲线1、根据用氢压力、转化率和净化的回收率三个因素进行选择。2、采用甲烷化净化工艺的流程压力一般在1.0-1.2MPa。其目的是提高转化率。但能耗高、氢纯度低、操作麻烦。3、采用PSA净化工艺的流程多数采用较高压力：1.5-2.5MPa，这样PSA氢回收率才高，流程特点是：能耗低、氢纯度高，但原料消耗高（燃料消耗低）。2020/4/14真空再生流程与冲洗再生流程的选择真空再生流程的特点：优点是操作压力低，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵和能耗。冲洗再生流程的特点：优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分产品氢气；究竟采用何种工艺，主要视原料气的组成、压力、回收率要求以及工厂的资金和场地等情况而定。对于从变换气中提纯H2的变压吸附装置，由于原料气的压力较高，原料气中的杂质含量高且均属于较容易解吸的杂质，而且解吸气需要以0.03MPa压力送往制氢转化炉作燃料，因而采用抽真空方式进行吸附剂再生的能耗过高，投资较大，解吸气的流量不稳定。因此采用冲洗方式进行吸附剂再生更为合理，所以通常都选择PSA流程2020/4/14均压次数的确定均压次数的选择主要取决于：原料气的压力原料气的组成是否采用抽真空再生对于变换气PSA-H2装置而言如果原料气压力大于2.0Mpa，一般选择四次均压较适宜；如果原料气压力小于2.0Mpa，一般选择三次均压较适宜，2020/4/14吸附剂冲洗方式的选择1、传统方式：吸附塔→吸附塔一次直接冲洗再生2、改进方式：分多次逐段进行冲洗再生3、最新方式：顺放缓冲冲洗再生PSA-H2流程设计技术的核心实际上就在于如何用最少的氢气实现最良好的吸附剂再生效果。吸附剂的再生过程是由逆放和冲洗过程组成的，其中最重要的是冲洗过程。因而如何改善冲洗的效果就成为了流程设计的重点。2020/4/14PSA解吸气的稳定1、解吸气的去向：一般直接用作制氢装置转化炉的燃料2、解吸气要求：压力、流量、热值三稳定。3、解吸气特点：解吸气的排放往往是间歇的，压力是脉动的；解吸气的组成在不同阶段是不同的。控制方案：两级缓冲，三级调节2020/4/14传统10-2-4PSA流程2020/4/14改进10-3-4PSA流程2020/4/14改进的8-2-4PSA流程2020/4/14吸附、再生过程示意图N2、COCH4、C02CO2C2.C3再生前的吸附塔状态传质区冲洗或抽真空解吸气氢气纯净区逆向减压解吸气传质区均压减压减压气饱和区传质区均压减压减压气传质区饱和区吸附末产品传质区饱和区原料纯净区吸附中产品饱和区原料纯净区产品原料吸附初纯净区传质区传质区纯净区2020/4/14吸附过程压力曲线示意图压力MPa0.030.250.511.011.891.432.35TIMERAE1DE2DE3DE4DP1P2P3DPPPE1RE2RE3RE4RFRA2020/4/14传统10-2-4PSA时序表步序1234567891011121314151617181920A2001AAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRA2001BE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RA2001CE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RA2001DP1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2A2001EP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DA2001FPP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2A2001GPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DA2001HE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DA2001IE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAA2001JAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAA：吸附E1D～E4D：一至四均降PP1～PP3：顺放1～3D：逆放P1～P3：冲洗1～3E1R～E4R：一至四均升FR：产品终升缺点是：a、吸附剂利用效率低，b、逆放不连续吸附塔工作状态表2020/4/14吸附塔工作状态表10-3-4流程步序1234567891011121314151617181920T001AAAAAAAE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRT001BE1RFRAAAAAAE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RT001CE3RE2RE1RFRAAAAAAE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RT001DPE4RE3RE2RE1RFRAAAAAAE1DE2DE3DE4DPPDDPT001EDPPE4RE3RE2RE1RFRAAAAAAE1DE2DE3DE4DPPDT001FPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRAAAAAAE1DE2DE3DE4DT001GE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRAAAAAAE1DE2DT001HE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRAAAAAAT001IAAE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRAAAAT001JAAAAE1DE2DE3DE4DPPDDPPE4RE3RE2RE1RFRAAA：吸附E1D～E4D：一均降压～四均降压PP：顺放D：逆放P：冲洗E1R～E4R：一均升压～四均升压FR：产品气升压特点：吸附剂利用效率高，逆放冲洗连续2020/4/14A：吸附E1D～E4D：一均降压～四均降压PP：顺放D：逆放P：冲洗E1R～E4R：一均升压～四均升压FR：产品气升压吸附塔工作状态表8-2-4流程状态123456789101112131415161718192021222324T2101AAAAAAAE1DE2DE2DE3DE4DPDPPPPPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRT2101BE1FRFRAAAAAAE1DE2DE2DE3DE4DPDPPPPPPE4ROE3RE2RE2T2101CE3RE2RE2RE1RFRFRAAAAAAE1DE2DE2DE3DE4DPDPPPPPPE4ROT2101DPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRAAAAAAE1DE2DE2DE3DE4DPDPPPPT2101EDPPPPPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRAAAAAAE1DE2DE2DE3DE4DPT2101FE3DE4DPDPPPPPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRAAAAAAE1DE2DE2T2101GE1RE2RE2RE3RE4RPDPPPPPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRAAAAAAT2101HAAAE1DE2DE2DE3DE4DPDPPPPPPE4ROE3RE2RE2RE1RFRFRAAA2020/4/14压力自适应调节模式变化的吸附时间参数压力给定值曲线PID输出阀门开度压力启止压力点（实测值）T2P2P1T1这种调节主要用于：1、产品气升压调节、可稳定产品压力和流量。2、顺放气罐顺放冲洗过程，可保证冲洗缓慢而平稳进行。3、逆放调节过程，可保证逆放过程的平稳。2020/4/14吸附时间自动优化调节模式原料气流量原料气组成计算产品收率产品纯度压力参数调整吸附时间精调吸附时间快调目的：自动追求产品刚好合格，而回收率最高的运行状态1、如果流量计准确，就可将吸附时间快调投入自动2、如果产品在线CO+CO2分析仪准确，就可将吸附时间精调投入自动。（尤其是CO在线分析准确）2020/4/14故障塔切除与恢复控制切塔过程：a.故障塔判断(压力、阀检)；产生报警和切塔提示；b.自动（或手动）切除故障塔，关断该塔所有程控阀，转入切塔后程序;c.程序自动建立正常运行