PSA制氫裝置改造相關(guān)問(wèn)題探討與思考

唐強(qiáng)

摘 要：變壓吸附（PSA）裝置屬于每個(gè)煉油裝置的起始點(diǎn)，其中的控制系統(tǒng)是讓PSA裝置得到正常運(yùn)行的關(guān)鍵組成，通過(guò)對(duì)原有的PSA制氫裝置進(jìn)行改造，使用高級(jí)編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)床層的多種方式、多個(gè)時(shí)間點(diǎn)切換，最大程度的減少故障問(wèn)題的不利影響，避免產(chǎn)品流量出現(xiàn)損失，讓氫氣的收率可以得到提升。

關(guān)鍵詞：PSA制氫裝置;改造;問(wèn)題

引言

想要讓總產(chǎn)氫的能力得到提升，讓最終的產(chǎn)品可以更好的滿(mǎn)足氫氣純度要求，讓技術(shù)改進(jìn)可以與PSA單元結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附能力的有效推進(jìn)。在對(duì)PSA制氫裝置進(jìn)行改造之后，可以讓新吸附劑的性能和裝填量得到有效提升，這樣可以讓制氫原材料的消耗得到有效的降低，讓富氫資源可以得到充分的利用。

1.變壓吸附系統(tǒng)工作原理

對(duì)于變壓吸附技術(shù)來(lái)說(shuō)，它主要是一種應(yīng)用在分離氣體混合物的新分離技術(shù)，是將原料氣在較高的壓力下來(lái)通過(guò)吸附劑床層來(lái)讓原料氣中的雜質(zhì)組分得到選擇性的吸附。PSA裝置所發(fā)揮的主要作用就是提純氫氣，其原料可以說(shuō)是制氫單元來(lái)的變換氣，其中主要的成分就是氫氣，剩下的就是一氧化碳和二氧化碳以及微量的水分，而吸附劑就是發(fā)揮出活性碳和分子篩的重要作用。在對(duì)同一氣體進(jìn)行吸附的過(guò)程中，任何一種吸附劑在達(dá)到吸附平衡的狀態(tài)之后，吸附劑的吸附量就會(huì)出現(xiàn)隨氣體壓力升高而增加的現(xiàn)象。在吸附的過(guò)程當(dāng)中，主要是在40℃下通過(guò)水分離器來(lái)除去原料氣中的可能會(huì)夾帶的機(jī)械水，接著就會(huì)進(jìn)入到吸附床和程控閥組成的變壓吸附系統(tǒng)當(dāng)中，其中每個(gè)吸附床都是由12臺(tái)程控閥來(lái)構(gòu)成，而PSA系統(tǒng)主要是采用10塔來(lái)進(jìn)行操作，由3塔同時(shí)進(jìn)料4次均壓。在原料氣進(jìn)行吸附的時(shí)候，主要是從入口端進(jìn)入，然后再采用自下而上的方式通過(guò)3個(gè)吸附器，做好對(duì)原料氣中強(qiáng)吸附組分的吸附，其中的氫組分要作為產(chǎn)品氣從出口端來(lái)流出，而剩余的7塔需要分別不同的步驟來(lái)進(jìn)行操作。當(dāng)10個(gè)塔在進(jìn)行交替循環(huán)工作的時(shí)候，需要將時(shí)間的相互交錯(cuò)性多加關(guān)注，讓原料氣可以實(shí)現(xiàn)不斷的輸入，從而達(dá)到產(chǎn)品氣不斷輸出的重要目的。對(duì)于整個(gè)變壓吸附過(guò)程來(lái)說(shuō)，它是由16個(gè)步驟來(lái)組成，并且由PLC來(lái)進(jìn)行具體的控制，并且每個(gè)步驟都是根據(jù)所需要的時(shí)間和原料負(fù)荷以及壓力參數(shù)來(lái)確定，整個(gè)工藝過(guò)程都是一套時(shí)序控制過(guò)程。

在天然氣的制氫過(guò)程當(dāng)中，主要可以包含著兩個(gè)部分的內(nèi)容，一個(gè)部分是由天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化為氣，另一個(gè)部分就是變壓吸附（PSA）提純氫氣。對(duì)于天然氣來(lái)說(shuō)，它主要是通過(guò)鎳催化劑的反應(yīng)來(lái)讓天然氣和水蒸氣可以得到混合，然后再經(jīng)過(guò)一定的壓縮和脫硫之后實(shí)現(xiàn)相關(guān)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換工作，從而變成二氧化碳、一氧化碳和氫氣的轉(zhuǎn)化氣。另外還可以利用一定的變換條件來(lái)將轉(zhuǎn)化氣一氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?，這種就被稱(chēng)為是變換氣。再經(jīng)過(guò)一定的變壓吸附作用之后，具有較高純度的氫氣就可以從變換氣和轉(zhuǎn)化氣中得到。

2.PSA單元存在的主要問(wèn)題

對(duì)于PSA單元處理能力偏小問(wèn)題來(lái)說(shuō)，需要及時(shí)做好處理。一般來(lái)說(shuō)是在原有的PSA單元進(jìn)行開(kāi)工之后就可以發(fā)現(xiàn)一定的問(wèn)題。原有單元的極限產(chǎn)量還沒(méi)辦法很好的符合設(shè)計(jì)的要求，基本上只能達(dá)到產(chǎn)量的74%左右，無(wú)法很好的對(duì)氫裝置的產(chǎn)氫需求來(lái)進(jìn)行滿(mǎn)足。在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析和探討之后，主要的問(wèn)題會(huì)集中在幾個(gè)方面的內(nèi)容：首先來(lái)說(shuō)，在對(duì)改造前后的PSA裝置建設(shè)時(shí)間進(jìn)行一定的比較之后可以看出，后期所增設(shè)的6臺(tái)吸附罐內(nèi)的吸附劑和先前已經(jīng)投入到使用當(dāng)中的6個(gè)罐都會(huì)存在不匹配的問(wèn)題。從裝填量方面來(lái)說(shuō)，也無(wú)法很好的對(duì)生產(chǎn)需求進(jìn)行有效滿(mǎn)足;其次來(lái)說(shuō)，吸附劑裝填方面也存在著不合理的問(wèn)題，容易出現(xiàn)偏大的吸附劑床層死空間;第三就是氫氣回收率較低的重要性問(wèn)題，尤其是對(duì)于一氧化碳和二氧化碳來(lái)說(shuō)，它們?cè)跉錃猱a(chǎn)品中的控制量是必須要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，沒(méi)有經(jīng)過(guò)改造的氫氣回收率僅能達(dá)到80%左右;最后，對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)改造的PSA裝置來(lái)說(shuō)，一般都具有較小的吸附塔的解析氣管線(xiàn)，這是需要重點(diǎn)優(yōu)化和改造的方面，需要多加注意。

3.PSA制氫裝置改造方案的實(shí)施

3.1改造措施分析和思考

在對(duì)上述的所存在的PSA單元問(wèn)題進(jìn)行一定的分析之后，將其與實(shí)際的情況作出結(jié)合，讓設(shè)計(jì)單位和相關(guān)的專(zhuān)家都可以進(jìn)行積極的探討和論證，從而提出相關(guān)的改造和優(yōu)化措施，讓制氫裝置可以更好的發(fā)揮出其效果和作用。第一，在整個(gè)工程中增加一臺(tái)順?lè)艢饩彌_罐，可以讓沖洗調(diào)節(jié)回路的位置進(jìn)行一定的優(yōu)化和修改;第二，對(duì)于所有的吸附劑都要進(jìn)行更換和處理;第三，要做好對(duì)DN250的解吸氣出口程控閥門(mén)的增設(shè)管理;第四，將所有的解吸氣都充分的混合在解吸氣混合罐當(dāng)中，然后再將其放在相應(yīng)的轉(zhuǎn)化爐當(dāng)中;第五，要對(duì)計(jì)算機(jī)控制程序進(jìn)行一定的修改，并且要做好對(duì)其流程的優(yōu)化護(hù)理，讓其可以更好的發(fā)揮出自身的作用。

3.2具體方案實(shí)施探討

流程的優(yōu)化是在進(jìn)行相應(yīng)的改造之后所展現(xiàn)的運(yùn)行方式，在這個(gè)時(shí)候，三個(gè)吸附塔在裝置的十二個(gè)吸附塔中就會(huì)一直的處在一個(gè)進(jìn)料吸附的狀態(tài)當(dāng)中，這是一個(gè)四次均壓的過(guò)程，在對(duì)其吸附能力和再生工藝過(guò)程進(jìn)行分析和處理之后就可以發(fā)現(xiàn)，其中所涉及到的內(nèi)容主要包括著吸附、連續(xù)四次均壓降壓、沖洗、順?lè)?、連續(xù)四次均壓升壓，還有相關(guān)的產(chǎn)品氣升壓等幾部分來(lái)共同的組成。

3.3改造遺留問(wèn)題

在對(duì)PSA單元的產(chǎn)氫能力瓶頸進(jìn)行確定之后，需要對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行利用，讓其可以在極限負(fù)荷測(cè)試中來(lái)進(jìn)行，其中主要包括著吸附塔內(nèi)的沖洗再生壓力，在對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察之后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下的時(shí)候，其再生壓力可以達(dá)到0.09～0.1MPa（G），將其與正常設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)有明顯的偏高現(xiàn)象，很容易造成解吸效果的降低，讓整個(gè)制氫裝置的處理能力都受到了一定的制約影響。

為了讓潤(rùn)滑油加氫裝置以及加氫裂化等方面的需求得到更好的滿(mǎn)足，讓氫氣資源可以得到更為優(yōu)質(zhì)的利用，需要做好對(duì)原進(jìn)燃料管網(wǎng)中重整氫和制氫中的變氣的混合性處理，然后再進(jìn)入到相關(guān)的PSA單元當(dāng)中，對(duì)其提出相應(yīng)的操作，讓一些原料的應(yīng)用都可以得到一定的降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余資源的有效利用，讓裝置成本也可以得到有效的降低。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，PSA裝置的生產(chǎn)工藝和控制方式改進(jìn)需要重要的平臺(tái)支撐，將多級(jí)均壓的方式應(yīng)用在其中，可以讓氫氣的回收率得到很大的提升，同時(shí)也能讓故障問(wèn)題發(fā)生的時(shí)候依舊保持著對(duì)于更多床層的運(yùn)行，不讓氫氣出現(xiàn)減少的現(xiàn)象，避免給生產(chǎn)造成不良的影響。對(duì)原有的SPA裝置進(jìn)行改造，將新的工藝和技術(shù)都應(yīng)用在其中，可以讓制氫裝置的可靠性得到有效提升，同時(shí)也能在很大程度上降低操作的難度，不管是在發(fā)生故障需切除床層還是排除故障后都可以恢復(fù)到正常運(yùn)行的方式，并且都可以達(dá)到自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

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（成都華西堂環(huán)?？萍加邢薰?，四川 成都611730）