PSA制氫裝置改造相關問題探討與思考

唐強

摘 要：變壓吸附（PSA）裝置屬于每個煉油裝置的起始點，其中的控制系統是讓PSA裝置得到正常運行的關鍵組成，通過對原有的PSA制氫裝置進行改造，使用高級編程語言來實現床層的多種方式、多個時間點切換，最大程度的減少故障問題的不利影響，避免產品流量出現損失，讓氫氣的收率可以得到提升。

關鍵詞：PSA制氫裝置;改造;問題

引言

想要讓總產氫的能力得到提升，讓最終的產品可以更好的滿足氫氣純度要求，讓技術改進可以與PSA單元結合在一起，實現對吸附能力的有效推進。在對PSA制氫裝置進行改造之后，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.變壓吸附系統工作原理

對于變壓吸附技術來說，它主要是一種應用在分離氣體混合物的新分離技術，是將原料氣在較高的壓力下來通過吸附劑床層來讓原料氣中的雜質組分得到選擇性的吸附。PSA裝置所發揮的主要作用就是提純氫氣，其原料可以說是制氫單元來的變換氣，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，而吸附劑就是發揮出活性碳和分子篩的重要作用。在對同一氣體進行吸附的過程中，任何一種吸附劑在達到吸附平衡的狀態之后，吸附劑的吸附量就會出現隨氣體壓力升高而增加的現象。在吸附的過程當中，主要是在40℃下通過水分離器來除去原料氣中的可能會夾帶的機械水，接著就會進入到吸附床和程控閥組成的變壓吸附系統當中，其中每個吸附床都是由12臺程控閥來構成，而PSA系統主要是采用10塔來進行操作，由3塔同時進料4次均壓。在原料氣進行吸附的時候，主要是從入口端進入，然后再采用自下而上的方式通過3個吸附器，做好對原料氣中強吸附組分的吸附，其中的氫組分要作為產品氣從出口端來流出，而剩余的7塔需要分別不同的步驟來進行操作。當10個塔在進行交替循環工作的時候，需要將時間的相互交錯性多加關注，讓原料氣可以實現不斷的輸入，從而達到產品氣不斷輸出的重要目的。對于整個變壓吸附過程來說，它是由16個步驟來組成，并且由PLC來進行具體的控制，并且每個步驟都是根據所需要的時間和原料負荷以及壓力參數來確定，整個工藝過程都是一套時序控制過程。

在天然氣的制氫過程當中，主要可以包含著兩個部分的內容，一個部分是由天然氣蒸汽轉化為氣，另一個部分就是變壓吸附（PSA）提純氫氣。對于天然氣來說，它主要是通過鎳催化劑的反應來讓天然氣和水蒸氣可以得到混合，然后再經過一定的壓縮和脫硫之后實現相關的物質轉換工作，從而變成二氧化碳、一氧化碳和氫氣的轉化氣。另外還可以利用一定的變換條件來將轉化氣一氧化碳轉變為氫氣，這種就被稱為是變換氣。再經過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化氣中得到。

2.PSA單元存在的主要問題

對于PSA單元處理能力偏小問題來說，需要及時做好處理。一般來說是在原有的PSA單元進行開工之后就可以發現一定的問題。原有單元的極限產量還沒辦法很好的符合設計的要求，基本上只能達到產量的74%左右，無法很好的對氫裝置的產氫需求來進行滿足。在經過詳細的分析和探討之后，主要的問題會集中在幾個方面的內容：首先來說，在對改造前后的PSA裝置建設時間進行一定的比較之后可以看出，后期所增設的6臺吸附罐內的吸附劑和先前已經投入到使用當中的6個罐都會存在不匹配的問題。從裝填量方面來說，也無法很好的對生產需求進行有效滿足;其次來說，吸附劑裝填方面也存在著不合理的問題，容易出現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題，尤其是對于一氧化碳和二氧化碳來說，它們在氫氣產品中的控制量是必須要重點關注的問題，沒有經過改造的氫氣回收率僅能達到80%左右;最后，對于沒有經過改造的PSA裝置來說，一般都具有較小的吸附塔的解析氣管線，這是需要重點優化和改造的方面，需要多加注意。

3.PSA制氫裝置改造方案的實施

3.1改造措施分析和思考

在對上述的所存在的PSA單元問題進行一定的分析之后，將其與實際的情況作出結合，讓設計單位和相關的專家都可以進行積極的探討和論證，從而提出相關的改造和優化措施，讓制氫裝置可以更好的發揮出其效果和作用。第一，在整個工程中增加一臺順放氣緩沖罐，可以讓沖洗調節回路的位置進行一定的優化和修改;第二，對于所有的吸附劑都要進行更換和處理;第三，要做好對DN250的解吸氣出口程控閥門的增設管理;第四，將所有的解吸氣都充分的混合在解吸氣混合罐當中，然后再將其放在相應的轉化爐當中;第五，要對計算機控制程序進行一定的修改，并且要做好對其流程的優化護理，讓其可以更好的發揮出自身的作用。

3.2具體方案實施探討

流程的優化是在進行相應的改造之后所展現的運行方式，在這個時候，三個吸附塔在裝置的十二個吸附塔中就會一直的處在一個進料吸附的狀態當中，這是一個四次均壓的過程，在對其吸附能力和再生工藝過程進行分析和處理之后就可以發現，其中所涉及到的內容主要包括著吸附、連續四次均壓降壓、沖洗、順放、連續四次均壓升壓，還有相關的產品氣升壓等幾部分來共同的組成。

3.3改造遺留問題

在對PSA單元的產氫能力瓶頸進行確定之后，需要對操作參數進行利用，讓其可以在極限負荷測試中來進行，其中主要包括著吸附塔內的沖洗再生壓力，在對其進行觀察之后可以發現，當處在滿負荷狀態下的時候，其再生壓力可以達到0.09～0.1MPa（G），將其與正常設計值進行比較，可以發現有明顯的偏高現象，很容易造成解吸效果的降低，讓整個制氫裝置的處理能力都受到了一定的制約影響。

為了讓潤滑油加氫裝置以及加氫裂化等方面的需求得到更好的滿足，讓氫氣資源可以得到更為優質的利用，需要做好對原進燃料管網中重整氫和制氫中的變氣的混合性處理，然后再進入到相關的PSA單元當中，對其提出相應的操作，讓一些原料的應用都可以得到一定的降低，實現對剩余資源的有效利用，讓裝置成本也可以得到有效的降低。

結語

綜上所述，PSA裝置的生產工藝和控制方式改進需要重要的平臺支撐，將多級均壓的方式應用在其中，可以讓氫氣的回收率得到很大的提升，同時也能讓故障問題發生的時候依舊保持著對于更多床層的運行，不讓氫氣出現減少的現象，避免給生產造成不良的影響。對原有的SPA裝置進行改造，將新的工藝和技術都應用在其中，可以讓制氫裝置的可靠性得到有效提升，同時也能在很大程度上降低操作的難度，不管是在發生故障需切除床層還是排除故障后都可以恢復到正常運行的方式，并且都可以達到自動實現的目標。

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