前言
變壓吸附提氫設備
是采用變壓吸附（PSA）法從富氫氣體中回收或提取氫氣。改變操作條件可生產不同純度的氫氣，氫氣*高純度可達99.999％以上。
變壓吸附提氫設備
采用氣相吸附工藝，因此，原料氣不含有任何液體或固體。
在啟動和運轉這套裝置之前，要求操作人員透徹地閱讀本操作運行說明書，因為不適當的操作會導致運行性能低劣和吸附劑的損壞。
本說明書中涉及到的壓力均為表壓，組分濃度均為摩爾百分數，流量除專門標注外均為標準狀態下的流量。
第二章 工藝說明
變壓吸附提氫設備
為五塔PSA制氫裝置，它的關鍵部分由五個吸附塔（以下簡稱A、B、C、D、E塔）和33個氣動閥組成。另外，為提高氫氣回收率和氫氣純度，本系統配備了兩臺真空泵（一開一備）和一臺真空緩沖罐；在系統出口管道上裝有一臺壓力調節閥，用以調節、穩定系統操作壓力。解析氣直接通過消聲阻火器放入大氣或輸入燃料系統作燃料。
一、工作原理和過程實施
變壓吸附提氫設備
采用變壓吸附（PSA）分離氣體的工藝，從甲醇重整氣（包括各種含氫氣體）中提取氫氣。其原理是利用所采取的吸附劑對不同吸附質的選擇吸附和吸附劑對吸附質的吸附容量隨壓力變化而有差異的特性，在吸附劑選擇吸附條件下，將原料氣在壓力下通過吸附床層，高壓吸附除去原料中雜質組分，低壓下脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。小分子的氫氣不被吸附而通過吸附床層,達到氫和雜質組分的分離, 得到產品氫氣。
整個操作過程是在環境溫度下進行。
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
首先是順著吸附的方向進行降壓（以下簡稱均壓），此時有一部分吸附劑仍處于吸附狀態；
２.逆向放壓
逆向放壓時，被吸附的雜質部分從吸附劑中解吸，并被排出吸附塔；
３.升壓
吸附塔升壓至吸附壓力，以準備再次對原料氣進行分離。
變壓吸附提氫設備
采用五塔三次均壓變壓吸附過程，即每個吸附塔在一次循環中均需要經歷吸附（Ａ）、一次均壓（1ED）、二次均壓（2ED）、三次均壓（3ED）、逆向放壓（D）、真空解吸（V）、一次升壓（3ER）、二次升壓（2ER）、三次升壓（1ER）以及*終升壓（FR）等十個步驟。五個吸附塔在執行程序的時間安排上相互錯開，構成一個閉路循環，以保證原料連續輸入和產品不斷輸出
整個過程主要由33個氣動程控閥來實現（見五塔吸附工藝流程圖）
程控閥的功能說明如下：
KV1——各塔進料閥
KV2——各塔產品輸出閥
KV3——各塔逆向放壓閥
KV4——各塔均壓閥
KV5——各塔終充閥
KV6——各塔升壓閥
K201——*終升壓調節閥
K202——均壓調節閥
現以A塔為例對工作進行說明：
1.吸附（A）
原料氣通過氣動程控閥KV1A進入A塔，A塔在工作壓力下吸附流入原料氣中的雜質組分，未被吸附的產品組分H
2，通過KV2A流出，其中大部分作為產品從本系統中輸出，少部分通過調節閥K201和氣動程控閥KV5B對B塔進行*終升壓。吸附過程直至輸出產品雜質濃度超過規定值是結束。
2.降壓平衡（1ED），簡稱一次均壓
操縱氣動程控閥KV1A和氣動程控閥KV2A，切斷進、出A塔原料氣，同時操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6C，使A塔與剛結束一次升壓步驟的C塔出口端相連，實行壓力平衡，均壓后A、C塔壓力基本相等，回收了A塔死空間的H
2。
3. 降壓平衡（2ED），簡稱二次均壓
操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6D，使A塔與已結束一次升壓步驟的D塔出口端相連，實行第二次壓力平衡，直至A、D兩塔壓力基本相等，又一次回收了A塔死空間的H
2。
4. 降壓平衡（3ED），簡稱三次均壓
操縱氣動程控閥KV4A和氣動程控閥KV6E，使A塔與剛結束真空解吸的E塔出口端相連，實行第三次壓力平衡，直至A、E兩塔壓力基本相等，又一次回收了A塔死空間的H
2。
5.逆向放壓（D），簡稱逆放
操縱氣動程控閥KV3A和氣動程控閥KS131，使A塔內剩余的氣體從塔的入口端排出放空，A塔進行解吸（脫附）。
6. 真空解吸（V）
A塔逆放后，常壓下殘存于分子篩內的雜質組分不易排出。此時通過操縱氣動程控閥KV3A（開）和氣動程控閥KS131（關）、氣動程控閥KS132（開）、氣動程控閥KS133（開），使A塔內殘存的氣體由真空泵從塔的入口端抽出放空，對A塔進行真空解吸。
7. 一次升壓（3ER）
真空解吸結束后，操縱氣動程控閥KV3A使A塔處于關閉狀態；再通過操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4B利用B塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等此時回收了B塔死空間的H
2，同時完成對A塔的一次升壓。
8. 二次升壓（2ER）
一次升壓結束后，操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4C，利用C塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時既回收了C塔死空間的H
2，同時完成對A塔的二次升壓。
9. 三次升壓（1ER）
二次升壓結束后，操縱氣動程控閥KV6A和氣動程控閥KV4D，利用D塔降壓平衡后的氣體，對A塔進行壓力平衡，直至兩塔壓力相等，此時既回收了D塔死空間的H
2，同時又完成對A塔的三次升壓。
10. *終升壓（FR）
A塔的*終升壓是利用產品氣來進行的。操縱氣動程控閥KV5A，使其與調節閥K201連通，E塔通過氣動程控閥KV2E輸出產品氣，同時向A塔實行*終充壓，在規定時間內*終升壓使Ａ塔壓力基本接近吸附壓力。通過這一步驟后，再生過程全部結束，緊接著便進行下一次循環。
其它四個塔的操作步驟與Ａ塔相同，只不過在時間上是相互錯開的。
同一時間內各塔依據吸附時序執行著不同步驟。
調節閥K102用于吸附塔均壓流量的調節，使塔內壓力在切換時達到規定值；調節閥K101用于*終升壓的流量調節，使其在切換時，升壓壓力接近吸附壓力。
兩調節閥配合氣動程序控制閥和真空泵，按規定的程序操作，使變壓吸附工藝過程能不斷凈化原料氣，輸出合格產品氣。
變壓吸附提氫設備
還可通過程序設置實現四塔二次均壓吸附過程，即：當五塔其中某一塔出現故障時，將其隔離；使用其它四塔繼續正常生產。在此不詳細敘述。
二、工藝流程中的主要設備：
1.吸附塔（A、B、C、D、E）
五個吸附塔是裝置中的關鍵設備。本吸附塔結構設計為直筒式，氣體部分采用下進上出方式，氣體進出口均設有氣體分布裝置，以利于進出氣體的分布并阻止吸附劑的外漏。
2.真空泵
本裝置配有真空泵兩臺（一開一備），用于吸附塔的真空解析。真空泵的使用可大大提高產品氣的純度，并可提高產品回收率，降低運行成本。
3.真空緩沖罐
變壓吸附提氫設備
真空緩沖罐是為真空泵而配置的。吸附工藝過程中，按程序設置，真空泵多數時間是在抽真空緩沖罐，與KS132和KS133程控閥相配合，利用真空緩沖罐容積大的特點，短時間內可將吸附塔的壓力抽空至較低狀態，滿足工藝生產要求。
4.壓力調節閥
為保證全系統的穩定操作，在變壓吸附裝置出口安裝有系統壓力調節閥，其壓力采樣點在重整制氫系統的重整氣緩沖罐上。調整壓力調節閥的設置，可改變系統的操作壓力。
一般情況下，系統操作壓力設置完成后，不要隨意進行改變。
三、工藝流程介紹（見帶控制點工藝流程圖）
從甲醇重整系統來的重整氣首先通過KV1A氣動程控閥進入吸附塔A進行吸附分離，分離后的產品氫氣通過KV2A氣動程控閥經計量后進入氫氣緩沖罐；吸附塔吸附完畢后，KV1A、KV2A氣動程控閥關閉，KV4A氣動程控閥打開，分別向吸附塔C、D、E一、二、三次均壓，以回收塔內的殘余H
2。均壓結束后，KV4A氣動程控閥關閉，并打開KV3A和KS131氣動程控閥逆向放壓進行A塔吸附劑的再生，至塔內壓力接近于常壓，解吸氣經阻火器排入大氣；然后關閉KS131氣動程控閥，打開KS132、KS133氣動程控閥進行真空解吸至規定時間結束。真空解吸結束后，關閉KV3A氣動程控閥，并打開KV6A氣動程控閥，分別在規定時間內由B、C、D三塔對A塔進行一、二、三次升壓；然后關閉KV6A氣動程控閥，并打開KV5A氣動程控閥對A塔進行*終充壓。*終充壓結束后A塔進入下一輪吸附分離過程。
其它四塔吸附過程與此相同。
五個塔的吸附順序依A、B、C、D、E分別進行。五塔依次吸附一次則一輪循環結束。每一輪循環共有20個步序，每一步序的時間可通過計算機輸入并修改。吸附時間的修改，由技術人員根據工藝對產品氫氣的純度的要求進行修改，其他任何人不得擅自修改操作參數。
在運行過程中，由于種種原因可能導致產品氫氣不合格。經再線氫氣分析儀檢測發現后，須通過操縱進氫氣緩沖罐前的放空閥K203進行限流放空，直至合格為止，然后繼續進氫氣緩沖罐。
第三章 變壓吸附系統啟動投運
變壓吸附提氫設備
裝置啟動分初次開車和正常開車。初次開車前應做好一系列準備工作；而正常開車時只要按規定的操作步驟進行啟動。
一、初次開車前的準備工作：
變壓吸附提氫設備
在裝置安裝完畢后，對整個裝置應進行吹除和氣密性試驗，合格后對吸附塔裝填吸附劑。
用戶在使用前應對程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運行。
在投入原料氣之前，還必須用干燥、無油的氮氣（或抽真空）對整個裝置的設備和管道進行置換，使氧含量降到0.5％以下，因為本裝置的原料氣、產品氣和解析氣均含有大量的氫氣，如果不預先將裝置內的氧置換掉，那么在開車時容易引起爆炸燃燒。
二、投料啟動
在經過整個裝置的工藝、儀表檢查及確定置換合格后，裝置已處于隨時可投料運行狀態。
當裝置啟動前，先將計算機操作畫面置于變壓吸附自動-手動操作畫面，然后點擊自動操作按鈕，觀察變壓吸附系統處于哪一個工作狀態；再點擊手動操作按鈕，使變壓吸附系統處于備用狀態。
吸附工序啟動步驟如下：
1.啟動空壓機，并將其壓力控制在0.6-0.7MPa；
2.開重整系統流量計旁通閥，關小重整氣放空閥，向變壓吸附系統充氣，并通過調節重整氣放空閥維持重整系統壓力；
3.開K201、K202閥；
4.點擊計算機變壓吸附系統自動操作按鈕，開始向吸附塔充氣；
5.開并調節吸附系統放空閥K203,維持吸附系統壓力在0.2-0.3MPa，進行低壓運行，調整并對系統進行置換；
6.調節吸附系統放空閥K203,維持吸附系統壓力在0.6-0.7MPa，進行中壓運行，調整并對系統進行置換；
7.調節吸附系統放空閥K203，維持吸附系統壓力在0.9-1.0MPa，在正常操作壓力下運行，調整并對系統進行置換；
8.啟動在線分析儀，對產品氣進行分析，若合格即可將其切換進入氫氣緩沖罐。
9.打開并設置氣體壓力調節閥在1.0MPa，將產品氣送入氫氣緩沖罐并對其進行置換。置換氣由氫氣緩沖罐底部排污閥排出進入大氣。
由于此時排出的氣體已基本是純氫了，操作中應采取低壓、小量、多次的方式進行，嚴防出現爆炸燃燒情況。
置換過程中，隨時調整重整氣放空閥和吸附系統放空閥，以控制兩套系統操作壓力，保持操作系統的穩定運行。
裝置投入正常運行后，產品流量計的工作壓力恒定在吸附工作壓力，故流量計不需要壓力變化的修正。流量計出廠時以將工作流量換算成標準狀態下的流量，使用時可直接讀數。
產品純度：一個吸附塔具有吸附雜質的能力（即在一個吸附—再生循環里能提純一定數量的原料氣）。所以循環時間過長或原料氣流量過大，產品純度會下降；循環時間過短，原料氣流量過小，產品純度很高，會引起床層未能充分利用，使產品組分的損失增大。本裝置通過調整循環時間的方法可生產出不同純度的產品，其純度控制范圍通常控制在98—99.99％之間。
裝置的回收率：本裝置不同純度的產品氣，對應著不同的回收率。產品純度越高，產品組分的回收率越低。所以在操作中不應單純追求產品的純度，需要根據實際需要出發，選擇適當的純度以獲得較高的效益。本裝置采用三次均壓，即多了一次產品氣死體積的回收，其回收率得到較大提高，一般情況下，可達到85—90％。
以上介紹的裝置啟動步驟，適合裝置的開車和停車時間較長后再啟動時使用。如停車時間較短，啟動時可加快升壓速度。
第四章 停車和停車后再啟動
停車分為三種情況：
1. 正常停車—有計劃的停車；
2. 緊急停車—突然停電或裝置出現故障要立即停車；
3. 臨時停車—因故不超過1小時的停車。
一、正常停車：
正常停車是有計劃的停車，停車前通知本裝置前后有關工序，然后按下述步驟實施正常停車：
1. 關閉裝置原料氣入口閥。
2. 關閉裝置產品氣出口閥，使系統保持全封閉狀態。
3. 停控制器電源，停氫分儀電源，關取樣閥。
4. 系統保壓（各吸附塔均應保持正壓）
二、緊急停車：
1. 迅速關閉裝置原料氣入口閥
2. 迅速關閉裝置產品氣出口閥
3. 根據現場具體情況，可參照正常停車步驟處理。
三、臨時停車：
1. 點擊控制器停止按鈕，關閉所有程控閥，使吸附系統工作步驟保持在當前狀態；
2. 根據需要，關閉原料氣入口閥；
3. 根據需要，關閉產品氣出口閥。
四、長期停車
1. 同正常停車1、2操作步驟；
2. 將各吸附塔壓力按手動操作逐步放空至壓力為零為止；
3. 在原料氣入口通入置換氮氣；
4. 按手動操作控制按鈕，對各吸附塔進行氮氣置換，直至塔內含氫量在安全區（小于3％H2）
5. 同正常停車3、4操作步驟。
五、停車后再啟動
1. 正常停車或長期停車后再啟動
按第三章方法執行。長期停車，在啟動前整個裝置是否需要氮氣置換應視具體情況而定。
2. 緊急停車后啟動
緊急停車后，各塔基本上都保持在正常工作狀態，因停車后控制器具有記憶功能，控制器應處于停車時的程序步驟。打開控制器的電源，直接點擊啟動按鈕裝置即可啟動。
3. 臨時停車后啟動，只要各吸附塔壓力狀態與控制器處于的程序步驟是一致的，直接點擊啟動按鈕裝置即可啟動。
4. 如果在停車時關閉了原料氣入口閥和產品氣出口閥，應在開車前打開。
第五章 故障與處理方法
發生故障是指外界條件供給失常或吸附系統本身在運行過程中操作失調某一部分失靈，引起產品純度下降。
在故障原因未查明前裝置不需停車，可繼續觀察，待故障查明后決定視情況而定。常見故障如下：
一、界外條件供給失常
1. 原料氣帶水
原料氣中的機械水進入吸附塔會導致吸附劑逐漸失效。此時應停車，檢查帶水原因及程度，做出相應處理。
2. 停電
停電時，程控器無輸出，裝置處于停車狀態，可按第四章緊急停車處理。
3. 儀表空氣壓力下降
本裝置要求儀表空氣壓力不低于0.5MPa，否則氣動閥將無法正常操作。導致各吸附塔工作狀態混亂，產品質量下降，此時應停車處理。
二、操作失調
吸附系統運轉過程是否正常，關鍵是各吸附塔的再生狀況是否良好。系統操作失調會立即或逐步使塔的再生惡化。由于吸附過程是周期循環過程，因此只要其中一個吸附塔再生惡化，就會很快波及和污染到其它吸附塔，*終導致產品質量下降。
1. 原料處理量與循環時間
吸附塔內的吸附劑對雜質的吸附能力是定量的，一旦處理量改變，就應該對其吸附時間進行調整。
原料處理量大，塔內氣速則快，氣體容易穿透床層，應縮短循環時間；
原料處理量小，塔內氣速則慢，氣體不容易穿透床層，應延長循環時間；
2. 順放氣量
吸附時間延長或縮短，而均壓閥K102未能及時調整，當均壓氣量過多時，正在均壓得那個吸附塔的吸附前沿提前突破，不僅污染了正升壓的那個吸附塔，也使均壓吸附塔本身出口部分吸附劑提前被污染，在實施二次、三次均壓時，被升壓的那個吸附塔污染更嚴重；均壓氣量過少，吸附塔的氫利用率降低，逆放初壓力偏高，，也會降低氫氣的回收率。
三、吸附系統故障
吸附系統故障是指在運轉過程中某一部分失靈，引起產品純度下降；工作程序混亂，嚴重的使裝置無法運行。
可能發生的故障有以下幾種：
1. 故障現象：現場各塔的壓力指示與程控器顯示的工作狀態不一致，例如：該均壓的不均壓；均壓后兩個塔壓力同時上升；該逆放的不放空；均壓后的氣體全部放空；均壓塔的壓力不降等。
故障原因：程控閥該開的未開，該關的未關。
⑴、程控閥本身卡死
⑵、無輸出信號，使程控閥不動作
故障處理方法：
⑴、如屬于程控閥自身問題，為不影響生產，可先將其更換，拆下后將其進行修理；
⑵、如程控閥不動作，可從控制管路開始查，其順序為：管路（包括氣源） 電磁閥 線路 程控機有無輸出，并做相應處理。
2. 程控機故障
其故障表現在無信號輸出、程序不切換、停留于某一狀態或程序執行紊亂。
出現此種情況時及時通知供應商進行維修。
四、產品純度的調整方法：
產品純度下降表明吸附塔在吸附步驟中雜質祖墳以達到吸附塔的出口端，其原因主要是操作調節不當，或是自控系統發生故障。一旦找出原因，經處理后應盡快恢復至正常操作狀態。調整的有效方法一是低負荷（小的處理量）運轉一段時間；二是縮短循環時間。如果二者結合起來更好，產品純度恢復更快。但注意縮短循環時間要保證均壓和終充所需的時間。
第六章 安全篇
一、概述
安全生產是關系到人的生命、國家財產安全的大事，是國家的根本性政策，也是一項群眾性的工作。因此操作人員應該掌握有關的安全生產基本知識，自覺遵守有關的規章制度、文明生產。
本裝置產品為氫氣，按GB4968-85火災分類法屬C類火災；按火災危險性分類的規定，本界區為甲類；按爆炸危險場所劃分的規定，本界區設備和程控閥布置區為Q－3級場所（正常情況下不能形成、在不正常情況下形成爆炸性混合物可能性較小的場所）。
二、氫氣的基本特性
分子式為H2，分子量2.0158，系無色、無味的可燃氣體，氣體密度0.0899Kg/M
3，熔點-259.18℃，沸點-252.8℃（760mmHg柱），自燃點400℃，爆炸極限：4.1-74.2％，極微溶于水、醇、乙醚及各種液體，常溫穩定，在高溫下有催化劑時很活潑，極易燃、易爆，能與很多金屬和非金屬化和。氫氣不能供給呼吸，故在高濃度下能使人窒息。
三、裝置的安全措施
本裝置盡可能應安放于室外，如考慮在室內，要保證通風良好，采取一定的安全措施；排放氣匯集放空總管，*后經阻火器于戶外高處排空。程控系統在設計上已考慮到一旦遇到突然停電，裝置能自動處于安全狀態；裝置設計中工藝管道、閥門和管件的選用都滿足含氫介質輸送的特殊要求且符合相關規定。
四、氫氣系統運行安全要點（摘錄于GB4962-85《氫氣使用安全技術規程》第四章）
1. 輸入系統的氫氣中含氧量不得超過0.5％；
2. 氫氣系統運行時，不準敲擊，不準帶壓修理和緊固，不得超壓，嚴禁負壓。
3. 管道、閥門凍結時，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴禁使用明火烘烤。
4. 設備、管道和閥門等連接點泄漏檢查，可采用肥皂水或攜帶式可燃氣體防爆檢測儀，禁止使用明火。
5. 不準在室內排放氫氣、吹洗置換。放空降壓，必須通過放空管排放。
6. 當氫氣發生大量泄漏或積聚時，應立即切斷氣源，進行通風，不得進行可能發生火花的一切操作。
7.新安裝或大修后的氫氣系統必須做耐壓試驗、清洗和氣密性試驗，符合有關的檢驗要求，才能投入使用。
8. 氫氣系統吹洗置換，一般可采用氮氣（或其它惰性氣體）置換。
⑴. 氮氣中氧含量不超過0.5％。
⑵. 置換必須徹底防止死角未殘留余氣。
⑶. 置換結束，系統內氧含量必須三次分析合格。
9. 氫氣系統動火檢修，必須保證系統內部和動火區域的氫氣*高含量不超過0.4％。
10. 防止明火和其它激發能源，禁止使用電爐、電鉆、火爐、噴燈等一切產生明火、高溫的工具余熱物體；不得攜帶火種進入禁火區；選用銅質或包銅合金工具；穿棉質工作服和防靜電鞋。
五、消防（摘錄于GB4962-85《氫氣使用安全規程》第六章）
1. 供氫站應按有關規定設置消防用水，應根據需要配備“干粉”、“1211”和“二氧化碳”等輕便滅火器材，蒸汽滅火系統。
2. 氫氣著火應采取下列措施：
⑴. 切斷電源；
⑵. 冷卻、隔離，防止火災擴大；
⑶保持氫氣系統正壓，以防回火。
六、安全生產基本注意事項
1. 操作人員必須按操作手冊規定操作，凡新來人員必須經過安全教育和操作法學習。未經安全技術和操作法考試合格者，不準進行獨立操作。
2. 操作人員在上班時必須著裝整齊，不準攜帶易燃易爆物品進入現場，嚴格遵守勞動紀律，嚴格進行交接班，嚴格進行巡回檢查，嚴格控制工藝指標，嚴格執行操作規程，嚴格執行有關安全規定。
3. 本裝置界區內應隨時保持清潔，不應堆有易燃易爆物質，尤其在交通要道上不得堆放物品，保證交通要道暢通。
4.本裝置界區內應置有消防器材，操作人員應知道消防器材的放置地點和使用方法，平時嚴禁亂動；消防器材每年定期檢查。
5.設備在未卸去壓力時，絕對禁止修理工作有焊接、擰緊螺絲，并禁止使用鐵器敲擊設備。
6. 設備使用的壓力表必須檢驗合格并打上鉛封。如壓力表指針不回零或誤差大于其級數時，不得繼續使用。每年必須校驗壓力表一次，并打上鉛封。
7. 嚴禁在本裝置區內吸煙和動火。凡有爆炸及燃燒氣體的容器和管道檢修需動火前，應報請廠相關部門同意，先用氮氣置換、吹掃后，經現場分析合格，并采取了安全措施，領取動火證后方可動火。
沒有批準動火證，不與生產系統隔離，不進行清洗置換合格，不把易燃易爆物消除，不按時做動火分析，沒有消防措施及無人監護，嚴格禁止動火。
8. 確保設備、管道、閥門的氣密性，檢修后還應試漏、置換，合格后方能開車。使用過程中應杜絕氣體泄漏現象。
9. 儀表系統發生故障時，應由儀表人員進行修理。儀表人員應與工藝操作人員密切配合，在停車檢修后再啟動時，必須注意吸附塔內的壓力，以防發生高壓逆放現象。
蘇公網安備32050702012747號