淺談變壓吸附提氫裝置的操作要點

摘 要：兩股原料氣在3.2MPa（G）、溫度40℃經混合器混合，進入氣液分離器分離氣體中可能夾帶的游離液體后，由入口端自下而上通過正處于吸附步驟的兩臺吸附器（T0101A～L），在多種吸附劑組成的復合吸附床層的依次選擇吸附下，一次性除去氫以外的幾乎大部分雜質，直接獲得純度大于99.9%的產品氫從吸附塔出口端流出，經吸附壓力調節閥穩壓后，通過調節閥和管道分流50Nm3/h左右氫氣，與來自氮氣在混和器進行混和，再進入脫氧反應器進行脫氧，剩余氫氣與脫氧后的氮氣混合，經冷卻、干燥得到合格的合成氨原料氣送入后續工段。

關鍵詞：馳放氣； 氫含量； 解析壓力； 收率

中圖分類號：TQ116.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）10-177-001

變壓吸附原理

變壓吸附技術是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點組份、不易吸附低沸點組份和高壓下吸附量增加（吸附組份）、減壓下吸附量減小（解吸組份）的特性。將原料氣在壓力下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點雜質組份被選擇性吸附，低沸點組份的氫不易吸附而通過吸附劑床層，達到氫和雜質組份的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質組份，使吸附劑獲得再生，以利于下一次再次進行吸附分離雜質。這種壓力下吸附雜質提純氫氣、減壓下解吸雜質，使吸附劑再生的循環便是變壓吸附過程。

1.產品氫氣控制指標

產品氫氣組成：H2+N2≥99.9%（v%），Σ（CO+CO2+H2O+O2）≤10ppm；輸出壓力：≥3.00MPa（G）；輸出溫度：≤40℃

2.解吸氣控制指標

輸出壓力：≥0.02MPa（G）；輸出溫度：≤40℃

3.工藝條件與裝置處理能力的關系原料氣組成

（1）吸附塔的處理能力與原料氣組成的關系：原料氣中氫含量越高時，吸附塔的處理能力越大；原料氣雜質含量越高，特別是凈化要求高的有害雜質含量越高時，吸附塔的處理能力越小；

（2）原料氣溫度：原料氣溫度越高，吸附劑的吸附量越小，吸附塔的處理能力越低；

（3）吸附壓力：原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高；

（4）解吸壓力：解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底，吸附劑的動態吸附量越大，吸附塔的處理能力越高；

（5）產品純度：產品純度越高，吸附劑的有效利用率就越低，吸附塔的處理能力越低。

4.氫氣回收率影響因素

由于PSA裝置的氫氣損失來源于吸附劑的再生階段，因而吸附塔的處理能力越高，則再生的周期就可以越長，單位時間內的再生次數就越少，氫氣損失就越少，氫回收率就越高。

（1）不同工藝流程下的氫氣回收率

在不同的工藝流程下，所能實現的均壓次數不同，吸附劑再生時的壓力降也就不同，而吸附劑再生時損失的氫氣量隨再生壓力降的增大而增大。一般來講，PSA流程的均壓次數越多，再生壓力降越小，氫氣回收率越高。但從另一方面考慮，均壓次數如果過多，容易將部分雜質帶入下一吸附塔，并在吸附塔頂部形成二次吸附，從而使該塔在轉入吸附時因頂部被吸附的雜質隨氫氣帶出而影響產品氫純度。

（2）吸附壓力對氫氣回收率的影響

在一定的范圍內，吸附壓力越高，吸附劑對各種雜質的動態吸附量越大。在原料氣處理量和產品氫純度不變的情況下，吸附循環周期越長，單位時間內解吸次數越少，氫氣回收率越高。

（3）沖洗過程對氫氣回收率的影響

由于被吸附的大量雜質是通過產品氫的回流沖洗而解吸，故沖洗時間的長短、沖洗氣量的大小、沖洗速度的快慢都將影響氫氣的回收率。一般來講，沖洗時間越長，沖洗過程越均勻，沖洗氣量越大，吸附劑的再生越徹底，在純度不變的情況下，吸附時間越長，氫氣回收率越高。

（4）吸附時間（或吸附循環周期）對氫氣回收率的影響

在原料氣流量和其他工藝參數不變的條件下，延長吸附時間就意味著單位時間內的再生次數減少，再生過程損失的氫氣也就越少，氫氣回收率越高。但是，在同樣條件下，吸附時間越長，進入吸附劑床層的雜質量越大，因吸附劑動態吸附量不變，故穿透進入產品氫的雜質量將增大，這勢必會使產品氫純度下降。由此可見，吸附時間的改變將同時影響產品氫的純度和收率。

5.正常運行下的操作

變壓吸附氫提純裝置在正常運行過程中的操作是非常少的，幾乎所有的調節均由計算機自動完成，應經常檢查所有工藝條件的準確性。當原料氣組成、壓力或流量發生變化時，應對相關參數進行調整，使產品氣質量盡快達到正常狀態。

產品氣純度的調整

變壓吸附工藝具有產品純度范圍寬、且易于調整的特點。由于產品純度與產品回收率是成反比關系的，即在原料氣條件不變和吸附、解吸壓力一定的情況下，產品純度越高、氫氣回收率越低；產品純度越低、氫氣回收率越高。

調整產品氫純度的方法就是：延長吸附時間，則降低產品純度；縮短吸附時間，則提高產品純度；減少原料氣流量，則提高產品純度，當進行縮短吸附時間操作時，必須保證逆放過程和終充過程所需的最少時間。

結束語：在原料氣流量一定的情況下，盡量提高吸附壓力，延長吸附時間，降低解析壓力，是提高產品純度的最好方法。

參考文獻：

劉厚陽.四川天一科技股份有限公司變壓吸附技術