目录
前言 (3)
第一节吸附工艺原理 (5)
1.1 吸附的概念 (5)
1.2 吸附的分类 (6)
1.3 吸附力 (7)
1.4 吸附热 (9)
1.5 吸附剂 (10)
1.6 吸附平衡 (12)
1.7 PSA-H2工艺的特点 (15)
第二节PSA-H2流程选择分析 (17)
2.1 TSA与PSA流程的选择 (17)
2.2 真空再生流程与冲洗再生流程的选择 (18)
2.3 均压次数的确定 (18)
第三节PSA-H2流程描述 (20)
3.1 工艺流程简图 (20)
3.2工艺流程简述 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
2．3．1工艺方案的选择 (20)
2．3．2本装置工艺技术特点 (21)
2．4工艺流程简述 (22)
2．4．1预净化工序100#（参见图P0860-32-101） (22)
2．4．2压缩及预处理工序200#（参见图P0860-32-201、P0860-32-202） (23)
2．4．3变压吸附提氢工序300#（参见图P0860-32-301） (24)
2．4．4脱氧干燥工序400#（参见图P0860-32-401） (24)
2．5装置布置（参见图P0860-33-01） (25)
2．6主要工艺控制指标 (25)
第四节PSA-H2操作参数的调整 (27)
4.1 相关参数对吸附的影响 (27)
4.2 吸附压力曲线及其控制方式 (27)
4.3 关键吸附参数的设定原则及自动调节方式 (28)
4.4 提高PSA-H2装置可靠性的控制手段 (29)
第五节PSA-H2装置注意事项 (30)
5.1 吸附剂装填注意事项 (30)
5.2 生产注意事项 (30)
前言
吸附分离是一门古老的学科。早在数千年前，人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选择性较差，因而难以大规模用于现代工业。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为化学工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程，是在本世纪六十年代迅速发展起来的。这一方面是由于随着世界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，以及各国对环境污染的治理要求也越来越高，使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益受到重视；另一方面，六十年代以来，吸附剂也有了重大发展，如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功，活性炭、活性氧化铝和硅胶吸附剂性能的不断改进，以及ZSM特种吸附剂和活性炭纤维的发明，都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。
由于变压吸附(PSA)气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的，因而再生速度快、能耗低，属节能型气体分离技术。并且，该工艺过程简单、操作稳定、对于含多种杂质的混合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品。因而近三十年来发展非常迅速，已广泛应用于含氢气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氩气和烃类的制取、各种气体的无热干燥等。
而随着我国对油品质量的要求越来越高，企业燃油产品柴汽比的提高、进口原油加工量的增加和对节能、环保的越来越重视，石化行业对氢气的需求在近几年内增长速度极快，变压吸附氢提纯（简称PSA-H2）技术作为一种高效、节能的高纯氢提取技术也得到了越来越广泛的重视。
自一九六二年美国联合碳化物公司(UCC)第一套工业PSA制氢装置投产以来，UCC公司、Haldor Topsoe公司、Linder公司等已先后向各国提供了近千套变压吸附制氢装置。与国外相比，国内的变压吸附技术起步较晚，特别是在PSA装置大型化技术方面较为落后，以至在七、八十年代，我国的大型变压吸附装置完全依赖进口。为
改变这种状况，我们进行了坚持不懈的努力，终于成功地完成了变压吸附计算机集成操纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀的开发工作，并研制成功了比国外制氢分子筛吸附容量更大、强度更高的新型5A制氢分子筛。从而实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突破，达到了国外同类装置的先进水平。
第一节吸附工艺原理
1.1 吸附的概念
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。
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。
由于分子是在运动的。因此，作为吸附质的任何一个分子，当它在空间漫游时，既可能相互碰撞，也可能碰撞在固体（吸附剂）的表面上。这种碰撞分弹性和非弹性碰撞。前者停留时间极短，且反射角等于入射角。而非弹性碰撞分子则贴在表面上一些时间，然后离开，但离去的方向与来时的方向无关。在大多数的情况下，碰撞表面的吸附质分子要在表面上停留一些时间，其时间长短取决于多种因素，如分子碰撞在表面上的位置、表面的性质、分子的性质、表面的温度、分子的动能等等。从一个单位面积的表面来看，我们可以推定在一定条件下，单位时间内碰撞表面的分子数是有一个动态平衡的。因此，当表面上浓聚（停留）一些分子时，此种现象就被我们称为“吸附”。
在单位表面积上浓聚的分子数B取决于碰撞表面的分子数n及其在表面上停的时间Z：
B=nZ I/cm2
根据maxwele的统计学说，可以推导出：
NP
n =
2πMRT
此外，气体常数R＝8.315×107尔格／0K一克分子
阿佛加德罗常数N＝8.025×1023
M=气体的分子量
P＝气体分子的分压（毫米汞柱）
T＝温度0K
∴
举个例来说，在20℃时，湿度为1% 的空气中，水蒸气的分压是0.17㎜汞柱，这已是相当干燥了。但根据上式计算，在平衡时，每秒钟还有8.46×1018个水分子碰撞到1㎝2的表面上。因此，n的巨大数值使吸附现象可以很大的速度进行，即几乎是瞬间地进行。但是应该说清楚，在存在吸附剂（例如硅胶等干燥剂）时，则仅是接近表面的一层气体才有这样大的速度。当紧靠表面的空气中的水分子被吸附以后，吸附过程就显著减慢。这有两方面的原因：
1．吸附剂的活性表面少了；
2．水分子的进一步供应要从远方的空气中来，这就取决于水分子在空气中的扩散速度。
可以设想，当气体分子落在表面上以后，就与组成表面的原子交换能量，当停留时间足够长时，它们之间还将达到热平衡。与此同时，被吸附的分子也会从表面的热能涨落中，取得足够的能量（因为组成表面的原子或分子是在不断振动的，这在热能涨落中，有部份的能量会重新转给吸附的气体分子）而重新离开表面，这样就组成了吸附的动态平衡。
1.2 吸附的分类
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。
化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。
活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。这种表面络合物的特点是：与被吸附的分子结合物的吸附剂的表面分子，仍留在吸附剂的结晶格子上。其解吸过程一般也较困难。
毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸汽时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。一般需加热才能完全再生。
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，吸附过程进行的极快，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。物理吸附的吸附热不大（每克分子量吸附质约自十分之一仟卡至几仟卡），其数值范围与汽化热或凝结热相同。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。
变压吸附气体分离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基本性质：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，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；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，达到连续分离气体的目的。
1.3 吸附力
吸附剂表面之所以有吸附能力是由于处在两相边界的分子的特殊状态。
在同一个相的内部，每一个分子所经受的被吸往其他分子的吸力在各个方向上是相等的。而在两相边界上，分子所经受的引力则不同。因为吸引它的分子位于不同的相中，而不同的相各自内部的分子引力是不相同的。作用在边界分子上力量的这种不平衡现象，使得这些分子具有与相内部的分子不同的特质。如果吸力的合力是向该相的内部，则该相表面的状态便表现为表面层收缩的能力，如通常所说，能够吸附与它相接触的另一相中的分子。
气体的分子能在吸附剂的表面停留一些时间，如前所述，主要是由于吸附力的存在，即分子间的作用力的存在。这种作用力可以分成三种：
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。
归纳来看，分子间的作用力主要是由于带电粒子之间的静电作用而形成的，一般称为范德华力。根据理论推算，范德华力是与分子间的距离的七次方成反比的（1／r7），所以，吸附现象可以模拟为这样：当气体分子与表面的距离愈近时（r↓）吸引力就愈来愈大，但当两个分子接近到它们的电子云相互重叠时，就在产生一种相互排斥的力，当分子继续接近时，排斥力的增长比吸引力的增长快得多。
因此，真正的分子引力：
f = C1/r m-C2/r n
对范德华力来说，m=9~13,n=4~7，右边第一项是引力，第二项是斥力，净吸引力就是二者之差，这两种力的平衡使气体分子在吸附剂表面一段时间放出能量以后又随着固体分子的振动再获得一定能量，以后就离开吸附区，回到气相。
由此可知：
1．吸附力与气体（吸附质）分子、吸附剂分子的本身性质有关（例如：极化率、活性表面积等）；
2．吸附平衡与气体分子浓度，作用场的温度有关；
3．吸附作用与吸附剂的使用情况有关（再生得好不好，活化处理得好不好等）。
除了吸附力以外，有的吸附剂（如分子筛、沸石灰还有晶格“筛分”的特性，气体分子的平均直径必须小于其微孔的直径，才能抵达吸附表面。利用这种筛分作用，有时可使气体混合物得到更有效的分离。
常用的吸附剂从吸附力来分可以分成四大类，如图1所示：
图1．吸附剂分类（按吸附力分）
1.4 吸附热
在吸附和解吸过程机理中，吸附热是表征物理吸附和活性吸附的重要标志之一。
气体或液体混和物和吸附剂相接触时，吸附质被吸附剂所吸附，伴随着吸附过程发生能量效应，是吸附质进入吸附剂表面和毛细孔的重要特征。吸附热可以准确地表示吸附现象的物理或化学（活性）本质以及吸附剂的活性，对于了解固体表面的结构和非均一性都有帮助。不同的吸附剂对不同的组份的吸附热均不相同，水分的吸附热一般较大。
吸附热的产生将使吸附剂和气流温度升高，产生对吸附不利的影响，特别对于吸附质浓度高，吸附量大的吸附过程，影响更大，因此对于吸附质浓度高，吸附量大的吸附过程，必须把吸附造成的床温升高因素考虑在内。
在变温吸附（即加热再生工艺）中，吸附时释出的吸附热，需要传出，以使吸附区的温升降到最小，在再生时，则要求外热能迅速完善的传入，加速再生操作的完成。而对于变压吸附(不加热再生工艺)装置，由于循环周期短，吸附剂导热系数小，吸附热来不及散失，正好供解吸热使用，故床温变化不大，可近似看作等温吸附，又称绝热吸附。
1.5 吸附剂
吸附剂是吸附分离过程得以实施的决定性物质之一。吸附操作对吸附剂的性质依赖性极大。为了从混合物（气体或液体）中除去或回收某种（某些）物质，如果吸附剂选用不当，则不能达到满意效果。如果吸附剂选用错了，甚至会出现完全无效的情况。因此，吸附剂的性质和选用对吸附分离操作过程至关重要。
吸附剂的种类很多，它们都应具有的共性是：高吸附容量、高选择性、足够高的机械强度和足够高的化学安定性。
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；另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO专用吸附剂和碳分子筛等。
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：吸附其他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和动态下的穿透曲线来评价的。
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，变压吸附气体分离装置中的吸附剂分离系数不宜小于3。
下表列出了部分常见主要组分对氢的分离系数：
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周期性变化的，吸附剂要经受气流的频繁冲刷，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。
在变压吸附气体分离装置常用的几种吸附剂：
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广谱耐水型吸附剂。
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CO、CH4、N2、Ar、O2等均具有较高的吸附能力。
NA-CO专用吸附剂是由我公司和南京化工大学共同开发的一种专门用于吸附CO 的吸附剂，其特点是通过在吸附剂载体上加入贵金属，使其对CO具有特别的选择性和吸附精度，从而大大提高CO的分离效果。
碳分子筛是一种以碳为原料，经特殊的碳沉积工艺加工而成的专门用于提纯空气中的氮气的专用吸附剂，使其孔径分布非常集中，只比氧分子直径略大，因此非常有利于对空气中氮氧的分离。
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。
下表列出了几种常见气源提纯时常用的吸附剂：
1.6 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，最后吸附质在吸附相和气相、两相中的分布达到平衡的过程，吸附分离过程实际上就是一个平衡吸附状态的变化过程。
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。
我们用不同温度下的吸附等温线来描述吸附与压力和温度的这一关系，吸附等温线就是在一定的温度下，测定出各气体组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量用曲线连接而成的曲线。
下面给出的是活性炭类吸附剂HXBC-15B对不同的气体组分在38℃下的吸附曲线，从该曲线可以看出：在相同的温度和压力下，吸附剂对不同的气体组分的吸附容量是不同的，变压吸附氢提纯技术正是利用吸附剂的这一特性，大量吸附除氢以外的其它气体组分、很少吸附氢气，从而使氢气得以提纯。
不同气体组分在38℃下的吸附等温线图：
下面是不同温度下的吸附等温线示意图：
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。实际上，变温吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-D 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温 (即A 点)下大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后升高温度(到D 点)使杂质组分得以解吸。
从上图的B →A 可以看出：在温度一定时，随着组分分压的升高吸附容量逐渐增大； 变压吸附过程正是利用吸附剂在A-B 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A 点)下大量吸附原料气中除的某些杂质组分，然后降低杂质的分压(到B 点)使杂质得以解吸。
吸附剂的这一特性也可以用Langmuir 吸附等温方程来描述：
P
Xi K P Xi K A i ??+??=211 A i ：吸附质i 的平衡吸附量
K 1、K 2： 吸附常数
P ：吸附压力
Xi ：吸附质i 的摩尔组成
从公式中也可以看出：吸附质的分压越高，平衡吸附量越大，最终将趋近于最大值：K 1/K 2
在通常的工业变压吸附过程中，由于吸附--解吸循环的周期短（一般只有数分钟），吸附热来不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，吸附过程可近似看作等温过程，其特性基本符合Langmuir 吸附等温方程。
在实际应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择PSA （变压吸附）、TSA （变温吸附）或PSA+TSA 工艺。
变温吸附（TSA ）法的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的脱除；
变压吸附（PSA）的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对较少，不需要外加换热设备，被广泛用于大气量多组分气体的分离与纯化。
在变压吸附（PSA）工艺中，通常吸附剂床层压力即使降至常压，被吸附的组分也不能完全解吸，因此根据降压解吸方式的不同有可分为两种工艺：
一种是用产品气或其他不易吸附的组分对床层进行“冲洗”，使被吸附组分的分压大大降低，将较难解吸的杂质冲洗出来，其优点是在常压下即可完成，不再增加任何设备，但缺点是会损失产品气体，降低产品气的收率。
另一种是利用抽真空的办法降低被吸附组分的分压，使吸附的组分在负压下解吸出来，这就是通常所说的真空变压吸附(Vacuum Pressure Swing Absorption，缩写为VPSA)。VPSA工艺的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵。
在实际应用过程中，究竟采用以上何种工艺，主要视原料气的组成性质、原料气压力、流量、产品的要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。
1.7 PSA-H2工艺的特点
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99.999%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。
变压吸附的弱点是在某些情况下氢气回收率较其它方法低一些。因此，变压吸附技术的研究与开发一直都围绕着如何提高吸附剂性能和吸附床死空间（除吸附剂外的空间）气体的回收利用进行，使回收率有了显著提高。
第二节PSA-H2流程选择分析
吸附分离法能否在工业上实现，除了决定于所选用的吸附剂是否有良好的吸附性能以外，吸附剂的解吸是否良好，解吸条件是否苛刻特别重要，因为只有解吸效果好，吸附剂才有可能长期重复地进行连续的吸附和再生操作。而且其解吸方式对整个工艺的经济性也起着决定性的作用。所以，在PSA-H2装置的设计中，一旦吸附剂选定后，其流程的选择与设计，实际上主要就是对再生方式的选择。流程选择的目标是要在能耗尽可能小，时间尽可能短，产品损失尽可能小的情况下把吸附剂的残余杂质降低到很低的程度。
原则上讲，可用升温或降压两种方法使吸附剂吸附的杂质解吸出来。至于何种流程更合理，主要是看原料气的条件和产品要求。
2.1 TSA与PSA流程的选择
按照吸附平衡关系可知，使吸附剂温度升高，就可使吸附容量下降，使吸附质脱附（解吸），然后经过冷却降温后，重新开始吸附，这样的吸附分离流程就叫变温吸附（TSA）。升温的方式一般是利用热再生气体通过吸附器内直接加热。同时带走脱附出来的物质。也有间接加热的，但吸附床层结构复杂，而且床层受热不匀，不如直接加热方便，故通常多采用直接加热方式。
由于TSA的再生彻底，因此适合于难解吸杂质的再生，但由于吸附剂的导热系数小，加热和冷却的时间都较长，从而使操作周期变得较长。在加热和冷却过程中，不仅是吸附剂本身，其它如吸附容器、管道、保温层等都要随之加热和冷却。因此，作为提供热源和冷源的投资很大。此外，吸附剂反复经升温和降温，有时会受到热应力而破碎。因此TSA只适合于用于微量杂质的脱除；
按照平衡关系可知，吸附剂的吸附容量随吸附质的分压力（总压×浓度）的降低而下降，利用这一原理，通过降低压力完成解吸过程的流程就称为变压吸附（PSA），这一方法的最大优点是：循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对较少，无需外加换热设备，因此适合于大气量多组分气体的分离与纯化。
显然，对于催化干气的PSA-H2装置而言，由于原料气杂质含量高，采用PSA流程是适宜的。
2.2 真空再生流程与冲洗再生流程的选择
在通常的PSA-H2流程中，吸附床层压力即使降至常压，被吸附的杂质一般也不能良好解吸，因为，此时的杂质分压可能仍然很高。为此，可采用两种方法解决：一种是用产品气对床层进行“冲洗”，尽量降低杂质分压，将较难解吸的杂质冲洗下来；另一种是利用“抽真空”的办法进一步降低杂质分压使其解吸下来，这就是通常所说的真空变压吸附(VPSA)。
“冲洗”的优点是正压下即可完成，缺点是会多损失部分产品气；“抽真空”的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵。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。一般而言，当原料气压力低、回收率要求高时才采用“抽真空”再生方案。
对于从催化干气中提纯H2的变压吸附装置，由于原料气的压力不高，原料气中的杂质含量高，因而采用抽真空方式进行吸附剂再生，能够提高装置氢气回收率。
2.3 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、原料气的组成和是否采用抽真空再生等因素。一般而言，原料气压力越高则均压次数应越多以保证氢气的充分回收；原料气中的杂质约容易吸附，均压次数可以越多；采用抽真空流程则均压次数可以相对较多。
对于本装置而言，如果原料气压力为0.7Mpa，一般选择三次均压较适宜，这样既可保证氢气的充分回收，又可保证良好的再生效果。
第三节PSA-H2流程描述
3.1 工艺流程简图
焦炉煤气制氢分为四个主要工艺过程：①原料气经过脱萘脱硫；②压缩及预处理，③然后经过变压吸附提纯氢气，④半产品氢气最后经过脱氧、干燥得到产品氢气。
流程简图如下：
3.2 工艺方案的选择
由于原料气焦炉煤气中萘，硫，氨及焦油含量较高，会影响了压缩机的稳定运行。因此，焦炉煤气在进入压缩机前需要进行净化，PSA工序采用5-1-3／P工艺，即5台吸附塔，1台吸附塔进料，3次均压的常压冲洗解吸工艺。
变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用 戴四新 （厦门市建坤实业发展公司，福建厦门 361012） 摘要：介绍了变压吸附（PSA）技术的基本原理及其应用于焦炉煤气提氢的Sysiv和Bergbau PSA制氢典型工艺。指出PSA技术是近年国内外发展最快、技术最成熟、成本最低的煤气制氢方法，在国内焦炉煤气制氢中最具发展前途，应大力推广应用。 关键词：变压吸附（PSA）技术;焦炉煤气;制氢技术 中图分类号：ＴＱ028.１+5 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2002)02-0065-02 Application of the Pressure Shift Absorbing Technique in Hydrogen Making Process from COG DAI Si-xin (Xiamen Jiankun Industry Developing Corp.,Xiamen 361012,China) Abstract：The basic pinciple of the Pressure Shift Absorbing(PSA) Technique and the representative technics(Sysiv and Bergban)of it`s application for hydrogen making process from COG are discribing.It is pointed out that in recend past years the development of the PSA technique for the hydrogen-making process from COG is the most rapid and the technique is also the most perfect and economical way in the world,and it has the best developing foreground in hydrogen-making process from COG in China.It should be expanded and applied widely soon. Key words：pressure shift absorbing(PSA);coke oven gas(COG);hydrogen making technology
焦炉煤气制取氢气技术在工业中的应用 摘要：在煤炭炼焦工业生产过程中，会产生大量的焦炉煤气。往日工业技术不发达的时候，产生的焦炉煤气一般都是直接排放，这不仅是资源浪费现象，还造成了严重的生态环境污染。在对焦炉煤气的开发利用过程中，因其含有大量的氢气，而氢气作为清洁的能源以及在钢铁行业的广泛应用，所以对焦炉煤气制氢工艺的研究一直是焦炉煤气深度利用的重要技术之一。本文就焦炉煤气制氢工艺进行了简要介绍，并对其在工业中的应用进行了说明 关键词：焦炉煤气；氢气；工业应用 首先来说，氢气作为一种清洁能源，在日益注重环保的今天，其重要地位不得而知；其次，氢气作为还原气体，在钢铁行业中也有广泛的引用；另外，在双氧水项目中，氢气也是其主要的原料之一；最后，在焦化装置与焦油加氢工艺联产，能充分利用焦化装置的优势，通过一系列工艺程序制取氢气，为后续焦油加氢提供必备的原料。以上这些原因使得人们对氢气制取工艺的研究逐渐重视起来。对焦炉煤气的成分检测发现，焦炉煤气中含有大量的氢气，这就催生了一系列焦炉煤气制氢工艺的发展。常见的焦炉煤气制氢工艺主要有变压吸附法（PSA）、变温吸附法（TSA）、深度冷冻法、膜分离法等 一焦炉煤气制氢工艺简介 在实验室研究过程中，以甲烷为原料采用蒸汽转换法或者以液氨为原料采用氨裂解法等也能产生氢气，但这些方法的成本都太高，不值得推广应用。而焦炉煤气中的氢气含量丰富，焦化厂可以充分利用其工艺优势，将焦炉煤气净化、转化后提取氢气 1.焦炉煤气制氢原理 变压吸附（PSA）分离技术是一种非低温的分离技术，利用不同气体在吸附剂上吸附性能的差异，以及同种气体在吸附剂上的吸附性能随压力变化而变化的特性来实现混合气体中各种气体的分离。 2.工艺流程图 图1 焦炉煤气制氢工艺流程图 由图1可知，本制氢装置共分为6个主要工艺过程：预净化工序、精脱萘工序、PSA一1（PSA—c0：/R）工序、PSA一2（PSA—CH。）工序、净化压缩工序和转化变换工序以及PSA一3（PSA-H，）工序 二、焦炉煤气制氢技术应用
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢工艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气，从杂质极多、难提纯的气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢，不仅解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、废气、废渣的排污问题；是一个综合利用、变废为宝的环保型项目；同时也是一个低投入、高产出、多方受益的科技创新项目。该装置首次采用先进可靠的新工艺，其经济效益、社会效益可观，对推进国内PSA技术进步也有重大意义。 1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、20世纪60年代初，美国联合碳化物(Union Carbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化，进入20世纪70年代后，变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增，装置规模不断扩大，使用范围越来越广，主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。本套大规模、低成木提纯氢气装罝，是用难以净化的焦炉煤气为原料，国内还没有同类型的装置，并且走在了世界同行业的前列。 1、焦炉煤气PSA制氢新工艺。 传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是： 焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理，脱除大部分烃类物质；经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附(TSA)系统，最后利用PSA制氢工艺提纯氢气，整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大，因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制，所以没有被大规模的应用到工业生产当中。 本装置釆用的生产工艺是目前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中较先进的生产工艺，它生产成本低、效率高，能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题，从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。该工艺的特点是： 焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。 1.1工艺流程。 PSA制氢新工艺如图1所示。
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用 焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢工艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气, 从杂质极多、难提纯的气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢, 不但解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、废气、废渣的排污问题; 是一个综合利用、变废为宝的环保型项目; 同时也是一个低投入、高产出、多方受益的科技创新项目。该装置首次采用先进可靠的新工艺, 其经济效益、社会效益可观, 对推进国内PSA技术进步也有重大意义。 1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、20世纪60年代初, 美国联合碳化物(Union Carbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化, 进入20世纪70年代后, 变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增, 装置规模不断扩大, 使用范围越来越广, 主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。本套大规模、低成木提纯氢气装罝, 是用难以净化的焦炉煤气为原料, 国内还没有同类型的装置, 而且走在了世界同行业的前列。 1、焦炉煤气PSA制氢新工艺。 传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是: 焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理, 脱除大部分烃类物质; 经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附(TSA)系统, 最后利用PSA制氢工艺提纯氢气, 整
个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大, 因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制, 因此没有被大规模的应用到工业生产当中。 本装置釆用的生产工艺是当前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中较先进的生产工艺, 它生产成本低、效率高, 能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题, 从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。该工艺的特点是: 焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。 1.1工艺流程。 PSA制氢新工艺如图1所示。 该裝罝工艺流程分为5个工序: A、原料气压缩工序(简称100#工序), B、冷冻净化分离(简称200#工序) , C、PSA-C/R工序及精脱硫工序( 简称300#工序) , D、半成品气压缩( 简称400#工序) E、PSA-H2工序及脱氧工序(简称500#工序) 。 裝置所用的原料气来自焦炉煤气, 因净化难度高, 故气体质量较差, 分离等级较低。表1为原料煤气组成。
储配分公司大青站 制氢工段焦炉煤气提氢装置操作规程 第一章工艺技术规程 1.1 装置概况 1.1.1 装置简介 本装置建成于2012年2月，焦炉煤气处理量≥4208.41Nm3/h( 干基)。产品氢气流量2100Nm3/h。本装置主要采用6-2-2/V程序变压吸附工艺技术从焦炉煤气中提取高纯氢。整个过程主要分为预净化工序、提纯氢气的PSA 工序、氢气脱氧和干燥工序、产品压缩和装车五个工序。 1.1.2 工艺原理 利用固体吸附剂对气体的吸附有选择性，以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。 1.1.3工艺流程说明 焦炉煤气经过压缩机加压至0.76MPa后进入预净化工序，经过预处理器脱除萘、焦油等杂质后进入变压吸附工序。在吸附塔中氢气与其他杂质分离后进入脱氧干燥工序，纯度达99.99%的合格产品气经计量进入氢气压缩机压缩至20MPa 后装车。 1.1.4 工艺原则流程图：
焦炉煤气 1.2 工艺指标： 1. 2.1 原料气指标 原料气组成（干基） 组成 H 2 N 2 CO 2 CH 4 CO O 2 CnH m Σ V% 56.7 3.2 2.7 26.3 7.7 0.9 2.5 100 原料气中杂质含量（mg/Nm3） 组成 萘 焦油 H 2S NH 3 mg/Nm 3 冬≤50 夏≤100 ≤10 ≤20 ≤50 1.2.2 成品指标 组成 H 2 CO O 2 N 2 CO 2 CH 4 合计 V% 99.99 2 0.0005 0.0005 0.006 0.0001 0.001 100 1.2.3 公用工程指标 项目 压力及规格 温度 流量及容量 蒸汽 0.5MPa 饱和温度 夏天350kg/h 冬天430kg/h 仪表空气 0.4-0.6MPa 常温 100Nm3/h 循环水 给水0.4MPa 回水 给水28℃回水40℃ 47t/h 预净化工序 变压吸附单元 氢气加压单元 脱氧、干燥单元 产品装车单元
平顶山市三源制氢有限公司由中国神马集团、平顶山煤业集团有限责任公司合作建设，该公司年产万纯氢，采用地焦炉煤气变压吸附()制氢项目是一个综合利用、变废为宝地环保型工程.它直接把两大公司地主生产系统联在一起，充分利用了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余放散地焦炉煤气，从杂质极多、难提纯地气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢，以较低地生产成本解决了河南神马尼龙化工公司因扩产万尼龙盐而急需解决地原料问题.项目地建成投产，不仅解决了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余煤气放散燃烧对大气地污染问题；而且还减少了河南神马尼龙化工公司因扩产需增加地高额投资和大量耗用焦炭能源及废水、废气、废渣地排污问题；同时也是一个低投入、高产出、多方受益地科技创新项目.该装置规模为目前国内最大，首次采用先进可靠地新工艺，其经济效益、社会效益可观，对推进国内技术进步也有重大意义. 年德国发表了第一篇无热吸附净化空气地文献，世纪年代初，美国联合碳化物()公司首次实现了变压吸附四床工艺技术地工业化，进入世纪年代后，变压吸附技术获得了迅速地发展.装置数量剧增，装置规模不断扩大，使用范围越来越广，主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域.平顶山三源制氢公司这套大规模低成本提纯氢气装置，是以一种难以净化地焦炉煤气为原料，在国内还没有同类型地装置，特别是其产品——高纯氢用于技术水平居世界前列地尼龙盐公司，更是国内首创，走在了世界同行业地前列.资料个人收集整理，勿做商业用途 焦炉煤气制氢新工艺 传统地焦炉煤气制氢工艺按照正常地净化分离步骤是：焦炉煤气首先经过焦化系统地预处理，脱除大部分烃类物质；经初步净化后地原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附()系统，最后利用制氢工艺提纯氢气，整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大，因此用焦炉煤气制氢在某种程度上受到一定地限制，所以没有被大规模地应用到工业生产当中.资料个人收集整理，勿做商业用途平顶山市三源制氢有限公司所采用地生产工艺是对四川同盛科技有限责任公司提供地工艺方案进行优化后地再组合，是目前国内焦炉煤气制氢工艺中最先进地生产工艺，它生产成本低、效率高，能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离地问题，从而推动了焦炉煤气制氢地发展.该工艺地特点是：焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术.资料个人收集整理，勿做商业用途 工艺流程 制氢新工艺如图(略)所示. 该装置工艺流程分为个工序：①原料气压缩工序(简称工序)，②冷冻净化分离(简称工序)，③工序及精脱硫工序(简称工序)，④半成品气压缩(简称工序)，⑤工序及脱氧工序(简称工序).资料个人收集整理，勿做商业用途 装置所用地原料气来自平顶山煤业集团天宏焦化公司地焦炉煤气，该公司地焦炉煤气主要用于锅炉、化工产品原料气及城市煤气；因净化难度高，故气体质量较差，分离等级较低，因此杂质地净化分离均以该公司使用地这套工艺装置来实现.表为原料煤气组成.资料个人收集整理，勿做商业用途 表原料煤气组成 组成 体积分数 续表 组成萘总焦油苯 ()×× 质量浓度 · 工序中，首先把焦炉煤气通过螺杆压缩机对煤气进行加压，将煤气压力从加压至，并经冷却器冷却至℃后输出.经压缩冷却后地煤气含有机械水、焦油、萘、苯等组分，易对后工序吸附剂造成中毒或吸附剂性能下降，该装置设计冰机冷冻分离工序(冷却器为一开一备)对上述杂质进行脱除，此时，重组分物质被析出停留在分离器内，当冷却器前后压差高于设定值或运行一段时间后，自动切换至另一个系统，对停止运行地系统进入加热吹扫，利用低压蒸汽对冷却器和分离器内附着地重组分进行吹除，完成后处于待用状态，经分离后，仍有微量重组分杂质蒸汽带入煤气中，随着装置运行时间地增长，会逐步造成后续工段吸附剂中毒，所以，在冷冻分离后增加了除油器，主要
焦炉煤气制氢操作 手册
得一化工股份有限公司600Nm3/h焦炉气提氢变压吸附装置 操作运行说明书 得一化工有限公司 二00七年八月 山西介休
第一章前言 一、概述 本装置是采用变压吸附(简称PSA)法从焦炉煤气( 简称COG) 中提取氢气, 改变操作条件可生产不同纯度的氢气。 本装置采用气相吸附工艺, 因此, 原料气中不应含有任何液体和固体。在启动和运转这套装置之前, 要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书, 因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。 本说明书中涉及到的压力均为表压, 组成浓度均为体积百分数, 流量除专门标注外均为标准状态下的流量。 二、设计参数 1、原料气组成: 原料气压力: ≥3Kpa (表压); 原料气温度: ≤40℃。 2、产品气压力: ≥1.2MPa (表压); 产品气流量: 600Nm3/h; 产品气温度: ≤40℃; 产品氢气纯度: H2≥99.9 % CO+CO2≤10PPm O2≤10PPm H2O≤30PPm S≤2PPm 3、解吸气压力: ~0.02Mpa (表压); 解吸气流量: ~550Nm3/h;
解吸气温度: ≤40℃。 4、解吸气组成: 第二章工艺说明 一、提氢工艺流程基本构成 本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气, 焦炉煤气中杂质较多, 组成十分复杂, 随原料煤不同有较大变化, 除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等, 后者都是些高沸点、大分子量的组份, 很难在常温下解吸, 对变压吸附采用的吸附剂而言, 吸附能力相当强, 这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降, 因此本装置采用两种不同的吸附工艺, 变温吸附工艺和变压吸附工艺。经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先经过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其它高沸点杂质组份, 达到预净化焦炉煤气的目的, 然后再经过变压吸附工艺除去除氮、甲烷、一氧化碳及二氧化碳等气体组份, 获得纯度约为99.5%的氢气, 最后再经过精脱硫、脱氧、干燥系统的净化得到99.9%的产品氢气。除油脱萘器和预处理器的再生气来自变压吸附工序中的解吸气, 使用后的再生气经冷却后可返回解吸气管网。
氢气的基本性质及焦炉煤气制氢工艺氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体；-259.1℃时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。当空气中的体积分数为4%-75%时，遇到火源，可引起爆炸。 物理性质 无色无味的气体，标准状况下密度是0.09克/升(最轻的气体)，难溶于水。在-252℃,变成无色液体,-259℃时变为雪花状固体。 分子式：H2 沸点：-252.77℃（20.38K) 熔点：-259.2℃ 密度：0.09 kg/m3 化学性质 氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。
①可燃性(可在氧气中或氯气中燃烧) 2H2+O2=点燃=2H2O（化合反应） (点燃不纯的氢气要发生爆炸,点燃氢气前必须验纯)] H2+Cl2=点燃=2HCl（化合反应） ②还原性(使某些金属氧化物还原) H2+CuO=加热△=Cu+H2O（置换反应） 3H2+Fe2O3=高温=2Fe+3H2O（置换反应） 3H2+WO3=加热△W+3H2O（置换反应） 焦炉煤气变压吸附制氢工艺 1.1 工艺原理 变压吸附工艺过程的工作原理是：利用吸附剂对气体混合物中各组份的吸附能力随着压力变化而呈现差异的特性，对混合气中的不同气体组份进行选择性吸附，实现不同气体的分离。 为了有效而经济地实现气体分离净化，除了吸附剂要有良好的吸附性能外，吸附剂的再生方法具有关键意义。吸附剂的再生程度决定产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力；吸附剂的再生时间决定了吸附循环周期的长短，从而也决定了吸附剂的用量。因此选择合适的再生方法及吸附周期时间，对吸附分离法的工业化起着重要的作用。 变压吸附过程在加压下进行吸附，减压下进行解吸。由于吸附循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热
50万吨/年焦油加氢装置与100万吨/年焦化装置工艺联产 虽然以甲醇为原料采用蒸汽转化法、用液氨为原料采用氨裂解也可以生产氢气，但生产运行成本较高，不适宜于大型制氢装置；由于电解水法制氢耗电大、生产成本高，只是在氢气用量较小、纯度要求高，生产高附加值产品的企业（如稀有金属制造）使用，因此对于需要大量耗氢的化工行业是不适合的；以煤或焦炭为原料的煤气化法目前大多用于化工原料（甲醇、合成氨）的生产过程中，近几年来也有直接用于制氢的实例，但因煤气化制氢的投资（加压气化如GE、shell等）较大，且流程长，“三废”处理复杂，因此一般不采用以煤或焦炭为原料的水煤气化法制取氢气。焦化厂可以充分利用其工艺优势，采用焦炉煤气为原料，经净化、转化后，再最大限度的提取氢气，是较经济合理、切实可行的。 煤焦油加氢轻质化市场广阔，是煤化工产业链的发展趋势，适合于在煤化工企业推广，实现煤炭资源综合利用和精细加工，产出高附加值的产品，（主要产品：1#轻质煤焦油（C5～180℃）硫、氮、烯烃含量及其它杂质均很低；2#轻质煤焦油（>180℃）安定性好、硫含量低，可作为优质化工产品，也可作为环保型燃料使用；煤沥青作为沥青调和组分出厂或调和重质燃料油）。 焦油加氢装置需要氢气量大（50万吨/a煤焦油加氢装置需要氢气量40000 Nm3/h）， 传统焦炉煤气制氢工艺以100万吨/a焦化装置为例：煤气
发生量为50000 Nm3/h，其中约25000 Nm3/h作为回路燃料，可以富余焦炉煤气25000 Nm3/h，经变压吸附生产氢气量约15000 Nm3/h，且有大量的废气放空，污染环境。针对以上情况，将100万吨/年焦化装置副产的焦炉气经PSA提氢、甲烷蒸汽转化、变换等成熟的工艺科学合理的组合在一起，可从50000 Nm3/h的焦炉煤气中产出40110NM3/h纯度为99.9%的氢气，同时副产出热值为4276～4636kcal/Nm3的混合解吸气22508 Nm3/h返回焦化装置，满足焦炉燃料使用需求，氢气产量增加一倍。 一、优化方案简图：
得一化工股份有限公司 600Nm3/h焦炉气提氢变压吸附装置操作运行说明书 得一化工有限公司 二00七年八月 山西介休
第一章前言 一、概述 本装置是采用变压吸附(简称PSA)法从焦炉煤气（简称COG）中提取氢气，改变操作条件可生产不同纯度的氢气。 本装置采用气相吸附工艺, 因此, 原料气中不应含有任何液体和固体。 在启动和运转这套装置之前, 要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书, 因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。 本说明书中涉及到的压力均为表压, 组成浓度均为体积百分数, 流量除专门标注外均为标准状态下的流量。 二、设计参数 1、原料气组成： 原料气压力: ≥3Kpa (表压)； 原料气温度: ≤40℃。 2、产品气压力: ≥1.2MPa (表压)； 产品气流量：600Nm3/h； 产品气温度: ≤40℃； 产品氢气纯度: H2≥99.9 % CO+CO2≤10PPm O2≤10PPm H2O≤30PPm S≤2PPm 3、解吸气压力: ~0.02Mpa (表压)； 解吸气流量：~550Nm3/h； 解吸气温度: ≤40℃。
4、 解吸气组成： 第二章 工艺说明 一、提氢工艺流程基本构成 本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气，焦炉煤气中杂质较多，组成十分复杂，随原料煤不同有较大变化，除有大量的CH 4和一定量的N 2、CO 、CO 2、O 2外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等，后者都是些高沸点、大分子量的组份，很难在常温下解吸，对变压吸附采用的吸附剂而言，吸附能力相当强，这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降，因此本装置采用两种不同的吸附工艺，变温吸附工艺和变压吸附工艺。经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其它高沸点杂质组份，达到预净化焦炉煤气的目的，然后再经过变压吸附工艺除去除氮、甲烷、一氧化碳及二氧化碳等气体组份，获得纯度约为99.5%的氢气，最后再经过精脱硫、脱氧、干燥系统的净化得到 99.9%的产品氢气。除油脱萘器和预处理器的再生气来自变压吸附工序中的解吸气，使用后的再生气经冷却后可返回解吸气管网。 图一：提氢工艺流程框图
焦炉煤气制氢工程 1. 总论 1.1 概述 1.1.1 项目名称、主办单位、企业性质及法人代表 项目名称：焦炉煤气制氢工程 主办单位：AAA化工股份有限公司焦化分公司 企业性质：股份制企业 法人代表：d 1.1.2 编制依据和原则 1．编制依据 （1）原化学工业部文件，化计发（1997）426号《化工建设项目可行性研究报告内容及深度的规定》。 （2）国家环境保护保护总局环函[1998]56号文。 （3）《MM省焦化业污染防治规划》 （4）《清洁生产标准.炼焦行业》（HJ/T126-2003） （5）AAA化工股份有限公司焦化分公司委托编制“焦炉煤气制氢工程可行性研究报告”合同书。 2．编制原则 （1）综合考虑现有焦炉规模、焦炉煤气产量、氢气需求量等因素确定合理
的建设规模及产品方案。 （2）采用先进、可靠的工艺技术方案，合理安排工艺流程，采用先进的自控手段，以保证装臵顺利投产、稳定且长周期运转，充分发挥其很好的经济效益。 （3）总图布臵，以布局紧凑、流程顺畅、操作方便、符合安全距离规范为原则，充分考虑与用氢装臵及公用工程设施的配套协调，缩短物料输送距离，减小占地，同时结合国内同类装臵总图布臵方案，兼顾建设单位的意见。（4）通过采用先进技术降低原材料、能源的消耗，消除污染，保护环境。（5）设计中坚持“一体化、露天化、轻型化、国产化、社会化”的五化方针。 （6）依托工厂现有设施及资源，充分发掘工厂潜力，以节省投资、缩短建设周期，创造尽可能好的经济效益和社会效益。 （7）严格执行国家和行业有关规范、规定及标准。
1.1.3项目提出的背景及投资的必要性 1)企业概况 AAA化工股份有限公司是由AAA化学工业集团有限公司控股的上市公司，主要经营基本化工原料、复合肥料、焦炭、有机、无机化工产品、贵金属加工、高科技产品、精细化工产品、股权投资，兼营商业贸易、信息咨询、来料加工、运输、劳务、生产用水、煤气的生产经营与销售等。主要产品有烧碱、聚氯乙烯、合成氨、甲醇、硝酸、硝铵、硝铵磷肥、铂网、焦炭、焦化化产系列产品等六十多种，其中三十多种产品获部、省、市优质产品奖，多种产品是国内开发最早、填补了国内空白和处于行业领先地位。产品行销全国，并远销欧洲、美国、日本、东南亚等世界各地，产品市场潜力很大，发展前景十分广阔。 AAA化工股份有限公司现有总资产26亿元，净资产11.6亿元，2005年，公司完成销售收入17亿元。内部机构设臵精干高效，职工素质较高，大专以上学历职工3536人，占职工总数的近40%，专业技术人员近千人。 AAA化工股份有限公司焦化分公司是AAA化工股份有限公司的骨干企业，主要经营焦炭、焦油、粗苯、城市煤气等产品，焦化分公司前身为太化公司焦化厂，始建于1974年，1984年独立建制，20多年来一直从事煤炭转化、化产加工、煤气生产。建厂以来经过多次技术改造和扩建，现已成为一个基础设施完备的焦化厂。有相应的炼焦、筛贮焦、化产回收与精制、煤气净化、焦油加工和污水处理，有完整的供配电、供水等公用工程和较齐全的辅助工程及办公、生活福利设施。
焦炉煤气安全知识 焦炉煤气安全知识一： 焦炉煤气，又称焦炉气，由于可燃成分多，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300~350m3(标准状态)。其主要成分为氢气(55%~60%)和甲烷(23%~27%)，另外还含有少量的一氧化碳(5%~8%)、c2以上不饱和烃(2%~4%)、二氧化碳(1.5%~3%)、氧气(0.3%~0.8%))、氮气(3%~7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、c2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。 焦炉气属于中热值气，其热值为每标准立方米17~19mj，适合用做高温工业炉的燃料和城市煤气。焦炉气含氢气量高，分离后用于合成氨，其它成分如甲烷和乙烯可用做有机合成原料。焦炉气为有毒和易爆性气体，空气中的爆炸极限为6%~30%。焦炉煤气的特点： 1、焦炉煤气发热值高16720—18810kj/m3，可燃成分较高(约90%左右); 2、焦炉煤气是无色有臭味的气体; 3、焦炉煤气因含有co和少量的h2s而有毒; 4、焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短;
5、焦炉煤气如果净化不好，将含有较多的焦油和萘，就会堵塞管道和管件，给调火工作带来困难; 6、着火温度为600~650 ℃。 7、焦炉煤气含有h2(55~60%)，ch4(23~27%)，co(5~8%)，co2(1.5~3.0%)，n2(3~7%)，o2( 焦炉煤气安全知识二： 1、焦炉煤气用于生产甲醇 甲醇是重要的有机化工原料，也是优良的液体燃料，利用焦炉煤气制造甲醇是我国目前焦炉煤气综合利用的主要方式。焦炉煤气中含有25%以上的ch4,，只需将焦炉煤气中的甲烷转化成一定比例的co和h2，就能满足合成甲醇的工艺要求。 2、焦炉煤气用于生产化肥 用焦炉煤气制合成氨也是焦炉煤气综合利用的重要途径之一。数据表明，1720m3焦炉煤气可以生产1t合成氨，进而合成尿素，生产成本低于以天然气或无烟煤为原料的尿素生产工艺，成本优势明显。由于规定尿素为国家免税产品，因此相比甲醇等化工产品来说，经济效益具有较好的优势。 3、焦炉煤气用于发电 利用焦炉煤气发电是较为成熟的技术，有：蒸汽发电、燃气轮机发电、内燃机发电、燃气—蒸汽联合循环发电4类。蒸汽机的发电效率最低，不到30%，其次是燃气机发电和内燃机发电，发电效率30%-35%。燃气-蒸汽联合循环发电技术是我国大中型钢铁联合企业正在积极推广的技术，是热能资源的高效梯级综合利用，其发电效率高达45%以上，在兰州厚壁无缝钢管、济钢、宝钢、太钢等企业得到推广。
XX盐湖镁业有限公司金属镁一体化项目240万吨/年焦化工程：焦炉煤气制氢 工程 施 工 组 织 设 计 审定人： 审核人： 编制人： XX工程第四建设有限公司 20 年月日
目录 （一）工程概况 (4) 1基本情况 (4) 2工期要求 (4) 3施工内容 (4) 4工程质量承诺 (4) （二）项目施工前准备 (4) 1项目前期策划 (4) 2施工前的技术准备 (4) 3宣贯总包和业主的现场管理规定 (5) 4设备材料的报批报审 (5) 5人员培训、特殊工种考核计划 (5) 6人员入场手续办理 (5) 7施工手续办理 (6) （三）各分部分项工程施工方案 (7) 1本项目执行的主要施工规范 (7) 2土建工程施工方案 (7) 3钢结构制作安装专项方案 (17) 4给、排水、通风、空调工程施工方案 (25) 5电气工程施工方案 (28) （四）拟投入本标段的主要机械设备情况及进场计划 (34) 1拟投入的主要施工机械设备表（见附表二） (34) 2拟配备本标段的试验和检测设备表（见附表三） (34) （五）施工进度计划及工期保证措施 (35) 1计划开、竣工日期 (35) 2施工进度计划横道图（见附表五） (35) 3施工进度的保证措施 (35) 4工期变化的应对措施 (36) （六）劳动力进场计划 (38) 1劳动力计划表（见附表四） (38) （七）施工质量保证体系及保证措施 (39) 1综述 (39) 2本项目的质量目标 (39) 3项目质量控制的重点及要点的确立 (39) 4项目质量管理体系图 (43) 5项目主要管理人员质量责任 (43) 6质量控制链 (45) 7质量控制要素 (46) 8质量事故处理程序 (50) 9工程质量验收程序 (51) 10质量会议制度 (52) 11质量文件 (52) 12质保承诺和质保期间的服务 (52) （八）安全保证体系及保证措施 (53) 1综述 (53) 2项目计划 (53) 3培训和沟通 (66)