炼化18万吨丙烷资源化利用项目 PSA变压吸附说明书18万吨丙烷资源化利用项目 PSA变压吸附说明书 目录第一章 概述11.1变压吸附简介11.2吸附方法及吸附剂的选择1第二章 变压吸附过程及模拟32.1流程简述32.1.1吸附过程32.1.2均压降压过程32.1.3逆放过程32.1.4抽真空过程32.1.5均压升压过程32.1.6产品气升压过程42.2流程模拟42.2.1详细模拟步骤42.2.2模拟结果6第三章 变压吸附控制方案93.1变压吸附控制流程图93.2压力参数的设定93.3变压吸附阀门开关控制时序表103.4 变压吸附塔应急方案11第一章 概述1.1变压吸附简介变压吸附就是在较高压力下进行吸附，在较低压力（甚至真空状态）下使吸附的组分解吸出来，与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术有如下几种优点：（1）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，得到纯度达9099.999%的产品；（2）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所需产品；（3）原料气适应性强：对于杂质包括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；（4）操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达30120%；（5）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；（6）操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全都是自动化操作，开停车一般只需0.52小时。（7）能耗低、运行费用小。1.2吸附方法及吸附剂的选择PSA制氢工序的主要任务是将深冷分离塔塔顶采出的工艺气体进行氢气的提纯，以送入丙烯生产工段实现物料的循环利用。本装置所用的分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，规格为2-3球状，无毒，无腐蚀性。5A分子筛不仅有着发达的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。5A分子筛是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于VPSA工段吸附塔的上部，用于从CH4和H2混合气中分离出H2，并且通过多次循环使最终分离出的H2纯度达到99.87%。 四川大学远航团队 11 / 12第二章 变压吸附过程及模拟2.1流程简述2.1.1吸附过程从深冷分离中分离出的甲烷、丙烷和氢气混合气经过加热到常温，经过程控阀XV01AF自塔底进入变压吸附塔中处于吸附状态的塔中。其中甲烷及其他杂质被装填的吸附剂吸附，得到纯度大于99%的粗氢气从塔顶排出。2.1.2均压降压过程在吸附过程完成后，顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再生的较低压力塔，这一过程不仅是降压过程，而且也回收了吸附床层死区内的氢气。一般包括三个过程，分别为：一均降、二均降和三均降。一均降通过程控阀XV03实现，二、三均降通过程控阀XV04实现。2.1.3逆放过程吸附塔在完成均压降压过程后，逆着吸附方向将塔内压力降至接近于常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经程控阀XV05排出，再经XV09放入缓冲罐V0203、经XV10放至真空解吸气缓冲罐V0204。2.1.4抽真空过程通过真空泵、经由程控阀XV05逆着吸附方向对吸附塔进行抽真空，使吸附剂中的杂质得以完全解吸。真空解吸气经真空泵P501后送缓冲罐V0204。2.1.5均压升压过程该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中，分别利用其他吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行升压。这个过程包括三次连续均压升压过程，分别为：一均升、二均升和三均升。一均升通过程控阀XV03实现，二、三均升通过程控阀XV04实现。2.1.6产品气升压过程通过三次均压升压过程后，吸附塔的压力已升至接近于吸附压力。这时，用产品氢气经程控阀XV06、调节阀和程控阀XV03自塔顶将吸附塔的压力升至吸附压力。经这一过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。2.2流程模拟PSA制氢是一个动态变化的过程，无法用Aspen Plus进行稳态的模拟，故本项目选用Aspen Adsorption软件对和H2和CH4的分离进行详细模拟。其模拟流程图如图2-1所示：图2-1 变压吸附模拟流程图2.2.1详细模拟步骤以下为该吸附过程分为六个步骤阀门控制情况。2.2.1.1吸附床层升压过程该过程时间为30s，阀门控制情况如图2-4所示。图2-2 吸附床层增压过程阀门控制情况2.2.1.2吸附床层吸附过程该过程其时间为40s，阀门控制情况如图2-3所示。图2-3 吸附床层吸附、脱附过程阀门控制情况2.2.1.3压力均衡过程该过程时间为160s，其阀门控制情况如图2-4所示。图2-4 压力均衡过程阀门控制情况2.2.1.4 降压过程该过程时间为30s，其阀门控制情况如2-5所示。图2-5 降压过程阀门控制情况2.2.1.5降压脱附过程该过程时间为40s，其阀门控制情况如图2-6所示。图2-6 降压脱附过程阀门控制情况2.2.1.6压力均衡过程该过程时间为160s，其阀门控制情况如图2-7所示。图2-7 压力均衡过程阀门控制情况（注：Value一栏中，0表示阀门关，1表示阀门开，2表示控制流量，3表示为摩尔流量。）由以上数据可知，变压吸附的一次循环所需要的时间为460s。2.2.2模拟结果经Aspen Adsorption模拟后，床层的压力变化结果如图2-8所示，床层温度分布如图2-9所示，氢气在床层中含量的分布如图2-10所示，组分含量随时间变化的曲线如图2-11所示。图2-8 床层压力变化图图2-9 床层温度分布图图2-10 氢气在床层中含量分布图图2-11 组分含量随时间变化曲线图2-11中蓝色线表示CH4气体，红色线表示H2，其中横坐标表示动态模拟时间，纵坐标表示产品中组分的纯度。因此可以看出，H2与CH4通过一次次的循环逐渐实现分离目标，达到分离要求，大致在1400s左右达到分离平衡，此时间后氢气含量连续稳定达到99.95%，满足工艺要求。第三章 变压吸附控制方案3.1变压吸附控制流程图我们对变压吸附进行了带控制点的物料流程图的绘制，具体设备及阀门位置如图3-1、图3-2所示：图3-1 变压吸附塔流程示意图1图3-2变压吸附塔流程示意图23.2压力参数的设定根据变压吸附原理，我们确定各阶段的压力参数如图3-3。图3-3 各阶段压力参数设置图3.3变压吸附阀门开关控制时序表根据变压吸附的原理，本项目设置了六个变压吸附塔，各个塔在不同时间发生不同的工艺过程表如表3-1所示。变压吸附塔阀门开关状态表如表3-2所示。步序123456789T0202A吸附吸附吸附吸附吸附吸附一均降二均降二均降T0202B一均升升压升压吸附吸附吸附吸附吸附吸附T0202C三均升二均升二均升一均升升压升压吸附吸附吸附T0202D三均降逆放抽真空三均升二均升二均升一均升升压升压T0202E一均降二均降二均降三均降逆放抽真空三均升二均升二均升T0202F吸附吸附吸附一均降二均降二均降三均降逆放抽真空步序101112131415161718T0202A三均降逆放抽真空三均升二均升二均升一均升升压升压T0202B一均降二均降二均降三均降逆放抽真空三均升二均升二均升T0202C吸附吸附吸附一均降二均降二均降三均降逆放抽真空T0202D吸附吸附吸附吸附吸附吸附一均降二均降二均降T0202E一均升升压升压吸附吸附吸附吸附吸附吸附T0202F三均升二均升二均升一均升升压升压吸附吸附吸附T0202A三均降逆放抽真空三均升二均升二均升一均升升压升压炼化18万吨丙烷资源化利用项目 PSA变压吸附说明书3.4 变压吸附塔应急方案本项目PSA部分的吸附与分离过程都是依赖于程控阀门的开关来实现切换的，因而程控阀门的开关控制是本装置最重要的控制部分。程控阀门的特点是密封性能要求高、开关次数频繁，其中开关最频繁的程控阀每年开关次数可达50万次，并且要求开启速度可调。故本装置的程控阀均采用成都华西化工科技股份有限公司的专利产品：自补偿式三偏心金属密封蝶阀。该程控蝶阀为当今蝶阀发展的最新一代产品，可实现开关过程无摩擦磨损和冲刷磨损后的自动补偿，因而保证了阀门的密封性能和长寿命。本装置的程控阀开关控制过程示意图如图3-4。图3-4 程控阀开关控制过程示意图DCS系统根据工艺要求制订出程序，然后按一定的时间顺序将DC24V开关信号送至液压系统的电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动液压油的高、低压信号，送至程控阀的驱动油缸，驱动程控阀门按程序开、关。同时，程控阀门将其开、关状态通过传感器反馈给DCS系统，用于状态显示和监控，并通过与输出信号的对比实现阀门故障的判断与报警。液压系统的作用是为程控阀门提供开、关的动力和控制手段，同时其自身运行的参数如：压力、液位、运行状态等也反馈回DCS系统，由DCS系统进行显示、监控、报警和联锁控制。但由于原料气的组成和压力也有可能发生波动，这些变化也将影响吸附时间参数。因而，本项目的变压吸附装置设计了一个“操作系数”参数，用于修正这种影响。“操作系数”参数的含义为：将自动计算出的吸附时间乘以“操作系数”后作为真实的操作时间。表3-5为操作参数对PSA装置运行的影响。表3-5 操作参数对装置运行的影响变量影响增大操作系数产品纯度下降氢气收率提高减小操作系数产品纯度上升氢气收率降低由此我们可以调整操作参数，来维持变压吸附装置的正常运行。 四川大学远航团队 13 / 12