浅谈变压吸附提氢装置的操作要点

摘 要：两股原料气在3.2MPa（G）、温度40℃经混合器混合，进入气液分离器分离气体中可能夹带的游离液体后，由入口端自下而上通过正处于吸附步骤的两台吸附器（T0101A～L），在多种吸附剂组成的复合吸附床层的依次选择吸附下，一次性除去氢以外的几乎大部分杂质，直接获得纯度大于99.9%的产品氢从吸附塔出口端流出，经吸附压力调节阀稳压后，通过调节阀和管道分流50Nm3/h左右氢气，与来自氮气在混和器进行混和，再进入脱氧反应器进行脱氧，剩余氢气与脱氧后的氮气混合，经冷却、干燥得到合格的合成氨原料气送入后续工段。

关键词：驰放气； 氢含量； 解析压力； 收率

中图分类号：TQ116.2 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）10-177-001

变压吸附原理

变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下吸附量增加（吸附组份）、减压下吸附量减小（解吸组份）的特性。将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组份被选择性吸附，低沸点组份的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组份的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组份，使吸附剂获得再生，以利于下一次再次进行吸附分离杂质。这种压力下吸附杂质提纯氢气、减压下解吸杂质，使吸附剂再生的循环便是变压吸附过程。

1.产品氢气控制指标

产品氢气组成：H2+N2≥99.9%（v%），Σ（CO+CO2+H2O+O2）≤10ppm；输出压力：≥3.00MPa（G）；输出温度：≤40℃

2.解吸气控制指标

输出压力：≥0.02MPa（G）；输出温度：≤40℃

3.工艺条件与装置处理能力的关系原料气组成

（1）吸附塔的处理能力与原料气组成的关系：原料气中氢含量越高时，吸附塔的处理能力越大；原料气杂质含量越高，特别是净化要求高的有害杂质含量越高时，吸附塔的处理能力越小；

（2）原料气温度：原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低；

（3）吸附压力：原料气的压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高；

（4）解吸压力：解吸压力越低，吸附剂再生越彻底，吸附剂的动态吸附量越大，吸附塔的处理能力越高；

（5）产品纯度：产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。

4.氢气回收率影响因素

由于PSA装置的氢气损失来源于吸附剂的再生阶段，因而吸附塔的处理能力越高，则再生的周期就可以越长，单位时间内的再生次数就越少，氢气损失就越少，氢回收率就越高。

（1）不同工艺流程下的氢气回收率

在不同的工艺流程下，所能实现的均压次数不同，吸附剂再生时的压力降也就不同，而吸附剂再生时损失的氢气量随再生压力降的增大而增大。一般来讲，PSA流程的均压次数越多，再生压力降越小，氢气回收率越高。但从另一方面考虑，均压次数如果过多，容易将部分杂质带入下一吸附塔，并在吸附塔顶部形成二次吸附，从而使该塔在转入吸附时因顶部被吸附的杂质随氢气带出而影响产品氢纯度。

（2）吸附压力对氢气回收率的影响

在一定的范围内，吸附压力越高，吸附剂对各种杂质的动态吸附量越大。在原料气处理量和产品氢纯度不变的情况下，吸附循环周期越长，单位时间内解吸次数越少，氢气回收率越高。

（3）冲洗过程对氢气回收率的影响

由于被吸附的大量杂质是通过产品氢的回流冲洗而解吸，故冲洗时间的长短、冲洗气量的大小、冲洗速度的快慢都将影响氢气的回收率。一般来讲，冲洗时间越长，冲洗过程越均匀，冲洗气量越大，吸附剂的再生越彻底，在纯度不变的情况下，吸附时间越长，氢气回收率越高。

（4）吸附时间（或吸附循环周期）对氢气回收率的影响

在原料气流量和其他工艺参数不变的条件下，延长吸附时间就意味着单位时间内的再生次数减少，再生过程损失的氢气也就越少，氢气回收率越高。但是，在同样条件下，吸附时间越长，进入吸附剂床层的杂质量越大，因吸附剂动态吸附量不变，故穿透进入产品氢的杂质量将增大，这势必会使产品氢纯度下降。由此可见，吸附时间的改变将同时影响产品氢的纯度和收率。

5.正常运行下的操作

变压吸附氢提纯装置在正常运行过程中的操作是非常少的，几乎所有的调节均由计算机自动完成，应经常检查所有工艺条件的准确性。当原料气组成、压力或流量发生变化时，应对相关参数进行调整，使产品气质量尽快达到正常状态。

产品气纯度的调整

变压吸附工艺具有产品纯度范围宽、且易于调整的特点。由于产品纯度与产品回收率是成反比关系的，即在原料气条件不变和吸附、解吸压力一定的情况下，产品纯度越高、氢气回收率越低；产品纯度越低、氢气回收率越高。

调整产品氢纯度的方法就是：延长吸附时间，则降低产品纯度；缩短吸附时间，则提高产品纯度；减少原料气流量，则提高产品纯度，当进行缩短吸附时间操作时，必须保证逆放过程和终充过程所需的最少时间。

结束语：在原料气流量一定的情况下，尽量提高吸附压力，延长吸附时间，降低解析压力，是提高产品纯度的最好方法。

参考文献：

刘厚阳.四川天一科技股份有限公司变压吸附技术