1、变压吸附制氢工艺
工艺技术说明
1、吸附制氢装置工艺技术说明
1） 工艺原理 吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高 的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔 固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附 质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物 理吸附。变压吸附（ PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。
物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进 行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的 各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。
变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具 有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附 容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性 质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的 第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构 成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。
吸附剂：
工业 PSA-H2 装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒， 主要有：活 性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类吸附剂；另外还有针对某种组分选择性吸 附而研制的特殊吸附材料，如 CO 专用吸附剂和碳分子筛等。吸附剂最重要的物理特 征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大 小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的 吸附能力和吸附容量。
吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线和动态下的穿透 曲线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。
同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽 可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时， （弱吸附组分在吸附床死空间中残余 量 /弱吸附组分在吸附床中的总量） 与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量 /强吸附组 分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附气体
分离装置中的吸附剂分离系数不宜小于 3
另外，在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间的矛盾。一般而言，吸附越 容易则解吸越困难。如对于 C5、C6 等强吸附质，就应选择吸附能力相对较弱的吸附剂 如硅胶等，以使吸附容量适当而解吸较容易；而对于 N2、 O2、CO 等弱吸附质，就应 选择吸附能力相对较强的吸附剂如分子筛等，以使吸附容量更大、分离系数更高。
此外，在吸附过程中，由于吸附床内压力是周期性变化的，吸附剂要经受气流的 频繁冲刷，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。
在变压吸附气体分离装置常用的几种吸附剂中，活性氧化铝类属于对水有强亲和 力的固体，一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备，主要用于气体的 干燥。
硅胶类吸附剂属于一种合成的无定形二氧化硅，它是胶态二氧化硅球形粒子的刚 性连续网络，一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备的，硅胶不仅对水有极强的亲 和力，而且对烃类和
CO2 等组分也有较强的吸附能力。
活性炭类吸附剂的特点是：其表面所具有的氧化物基团和无机物杂质使表面性质 表现为弱极性或无极性，加上活性炭所具有的特别大的内表面积，使得活性炭成为一 种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子的广谱耐水型吸附剂。
沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐， 属于强极性吸附剂， 有着非常一致的孔径结构和极强的吸附选择性，对 CO、CH4、N2、Ar、O2 等均具有 较高的吸附能力。
碳分子筛是一种以碳为原料，经特殊的碳沉积工艺加工而成的专门用于提纯空气 中的氮气的专用吸附剂，使其孔径分布非常集中，只比氧分子直径略大，因此非常有 利于对空气中氮氧的分离。
对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层 装填组成复合吸附床，才能达到分离所需产品组分的目的。
吸附平衡：
吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在 两相中的分布达到平衡的过程，吸附分离过程实际上都是一个平衡吸附过程。在实际 的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚 在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子 得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。在一定的温度和压力下，对于相同 的吸附剂和吸附质，该动态平衡吸附量是一个定值。
在压力高时，由于单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数多，因而压力越高 动态平衡吸附容量也就越大；在温度高时，由于气体分子的动能大，能被吸附剂表面 分子引力束缚的分子就少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。
我们用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系，吸附等温线就是在一定的温度 下，测定出各气体组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量用 曲线连接而成的曲线。
不同温度下的吸附等温线示意图：
使杂质得以解吸。
吸附剂的这一特性也可以用 Langmuir 吸附等温方程来描述：
Ai K1 Xi P （Ai：吸附质 i 的平衡吸附量， K1、K2： 吸附常数 ，P：
1 K 2 Xi P
吸附压力， Xi ：吸附质 i 的摩尔组成）。
在通常的工业变压吸附过程中， 由于吸附--解吸循环的周期短 （一般只有数分钟）， 吸附热来不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化 一般不大，吸附过程可近似看做等温过程，其特性基本符合 Langmuir 吸附等温方程。
在实际应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择 PSA、 TSA 或
PSA+TSA 工艺。
变温吸附（ TSA）法的循环周期长、投资较大，但再生彻底，通常用于微量杂质或
难解吸杂质的脱除；
变压吸附( PSA)的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量相对较少，不需要 外加换热从上图 吸 渐减小附。实
解吸的量。吸
（到 D 点）使 从上图 度的升高吸附容量逐
T1
在A A-D 段的特性来实现吸附与 附变剂
料温气中的某些杂质组分，然后升高温度
吸
附
大； 温度 T2> T1
是利用C吸 附剂在 A-B 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常 温高压（即 A 点）下大量吸附P原1 料气中除的某些杂质组分P，2 然后降低杂质的分组压分分（到压 B 变压吸 的 B→C 和 A →D 可以看出：在压力一定时，随
T1
。B
的 B → A 可以看 附⊿剂Qt在p 常温 杂质T2
容量逐渐增 高 设备，被广泛用于大气量多组分气体的分离与纯化。
在变压吸附( PSA)工艺中，通常吸附剂床层压力即使降至常压，被吸附的组分 也不能完全解吸，因此根据降压解吸方式的不同又可分为两种工艺：
一种是用产品气或其他不易吸附的组分对床层进行“冲洗” ，使被吸附组分的分压 大大降低，将较难解吸的杂质冲洗出来，其优点是在常压下即可完成，不再增加任何 设备，但缺点是会损失产品气体，降低产品气的收率。
另一种是利用抽真空的办法降低被吸附组分的分压，使吸附的组分在负压下解吸 出来，这就是通常所说的真空变压吸附 (Vacuum Pressure Swing Absorption, 缩写为
VPSA) 。VPSA 工艺的优点是再生效果好，产品收率高，但缺点是需要增加真空泵。 在实际应用过程中，究竟采用以上何种工艺，主要视原料气的组成性质、原料 气压力、流量、产品的要求以及工厂的资金和场地等情况而决定。
由于焦炉煤气提纯氢气的特点是：原料压力低，原料组分复杂并含有焦油、萘等 难以解吸的重组分，产品纯度要求高。因而装置需采用“加压 +TSA 预处理 +PSA 氢 提纯+脱氧+TSA
干燥”流程。
2) 装置流程框图
将工艺流程设定为如下流程：
分别简述其流程如下：
(1) 压缩工序
压缩工序由 2 台(1 开 1 备)三级往复式压缩机组成。由于本装置的原料气中的 萘含量非常低 (仅为 5mg/Nm3)，所以， 即使到了压缩三段也不会在三级冷却器中出现 萘结晶堵塞管道的问题。因此，来自界区外的焦炉煤气首先经压缩机的一级加压至～ 0.22MPa(G)，然后进入压缩机第二和第三级压缩至～ 1.7MPa(G)后进入后续预处理系 统。
(2) 预处理工序
预处理系统主要由 2 台除油塔、 2台预处理塔、 1 台解吸气加热器、 1 台解吸气缓 冲罐组成。
来自压缩三段，压力为～ 1.7MPa(G)的焦炉煤气进入预处理工序后，首先经过除 油塔分离掉其中夹带的油滴，然后自塔底进入预处理塔，其中一台处于吸附脱油、脱 硫萘状态、一台处于再生状态。当预处理塔吸附焦油、硫和萘饱和后即转入再生过程。 预处理塔的再生过程包括：
a 降压过程
预处理塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体排至煤气管网。
b 加热脱附杂质
用 PSA 工序副产的解吸气经加热至 140～ 160℃后逆着吸附方向吹扫吸附层， 使 萘、焦油、 NH3、H2S 及其它芳香族化合物在加温下得以完全脱附，再生后的解 吸气送回焦炉煤气管网。
c 冷却吸附剂
脱附完毕后， 停止加热再生气，继续用常温解吸气逆着进气方向吹扫吸附床层， 使之冷却至吸附温度。吹冷后的解吸气也送回焦炉煤气管网。
d 升压过程
用处理后的煤气逆着吸附方向将预处理塔加压至吸附压力，至此预处理塔就又 可以进行下一次吸附了。
(3) 变压吸附工序
本装置变压吸附( PSA)工序采用 5-1-3 PSA 工艺，即装置由五个吸附塔组成， 其中一个吸附塔始终处于进料吸附状态，其工艺过程由吸附、三次均压降压、顺放、 逆放、冲洗、三次均压升压和产品最终升压等步骤组成，具体工艺过程如下：
经过预处理后的焦炉煤气自塔底进入吸附塔中正处于吸附工况的吸附塔，在吸 附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的绝大部分杂质，获得纯度大于 99.9%的
粗氢气，从塔顶排出送净化工序。
当被吸附杂质的传质区前沿 (称为吸附前沿 )到达床层出口预留段某一位置时， 停止吸附，转入再生过程。
吸附剂的再生过程依次如下：
a. 均压降压过程
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完
焦炉煤气制氢
1
焦炉煤气PSA制氢
2 目 录
前 言 ..................................................................................................................................................... 3
第一节 吸附工艺原理 ........................................................................................................................ 5
1.1 吸附的概念............................................................................................................................... 5
1.2 吸附的分类............................................................................................................................... 6
1.3 吸附力 ...................................................................................................................................... 7
1.4 吸附热 ...................................................................................................................................... 9
焦炉煤气制氢新工艺模板
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焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用
焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢工艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气, 从杂质极多、 难提纯的气体中长周期、 稳定、 连续地提取纯氢, 不但解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、 废气、 废渣的排污问题; 是一个综合利用、 变废为宝的环保型项目; 同时也是一个低投入、 高产出、 多方受益的科技创新项目。该装置首次采用先进可靠的新工艺, 其经济效益、 社会效益可观, 对推进国内PSA技术进步也有重大意义。
1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、 20世纪60年代初, 美国联合碳化物(Union Carbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化, 进入20世纪70年代后, 变压吸附技术获得了迅速的发展。装置数量剧增, 装置规模不断扩大, 使用范围越来越广, 主要应用于石油化工、 冶金、 轻工及环保等领域。本套大规模、 低成木提纯氢气装罝, 是用难以净化的焦炉煤气为原料,
国内还没有同类型的装置, 而且走在了世界同行业的前列。
1、 焦炉煤气PSA制氢新工艺。
传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是: 焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理, 脱除大部分烃类物质; 经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、 干法脱萘、 压缩机、 精脱萘、 精脱硫和变温吸附(TSA)系统, 最后利用PSA制氢工艺提纯氢气, 整资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
个系统设备投资大、 工业处理难度大、 环境污染严重、 操作不易控制、 生产成本高、 废物排放量大, 因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制, 因此没有被大规模的应用到工业生产当中。
本装置釆用的生产工艺是当前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中较先进的生产工艺, 它生产成本低、 效率高, 能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题, 从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。该工艺的特点是: 焦炉煤气压缩采用分步压缩法、 冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。
氢气变压吸附原理
变压吸附原理在工业制氢中的应用
、概述
冶金企业有丰富的焦炉煤气，经变压吸附后其中氢气的组分提高，
仍可作冶金燃料再利用，有广泛的应用前景。吸附剂具有选择性吸附 的特性，并且吸附剂对不同的气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方 面均存在差异，变压吸附制氢就是利用吸附剂这个特点，实现气体分离 的。另外吸附剂的吸附容量是随着吸附剂所处的压力变化而变化的
，
在吸附剂被加压的条件下，吸附剂可进行混合气体的吸附分离过程，而
当吸附剂被降压时，他能够将所吸附的杂质气体解吸出去，再次具有吸
附能力，这样吸附剂可以不断地吸附与解吸，实现连续的工作过程。
二、变压吸附中的吸附剂及其工作过程
变压吸附制氢机组所使用的吸附剂均为多孔性材料 ，具有很大的比表 面积。常用吸附剂的比表面积见表1。
表1 常用吸附剂的比表面积 (米2/ 克 )
吸附剂 细孔硅胶 活性氧化铝 活性炭A型分子筛X、丫型分子筛 合成丝光沸石
比表面积 500 〜600 230〜380 800 〜1050 750 〜800 800〜1000 300〜500
由于分子运动学说可知 ,当吸附剂与吸附介质相接触时 ,在一定
的运行条件下 ,单位时间内到达吸附剂表面的分子数与离开吸附剂表 面的分子数存在一个动态的平衡关系 ,并且有一些分子还会浓聚或停 留在吸附剂表面上 ,此种现象就称为吸附。
吸附过程是一个非常复杂的过程 ,一般可分为三个阶段 : (1) 外扩散 —气体分子从外界空间到吸附剂颗粒外表面 ; (2) 内扩散—气体分子 沿着吸附剂的微孔深入其吸附表面 ; (3) 吸附在内吸附表面上。而解 吸脱附(再生) 过程与吸附过程相同 ,只是经过(3) 、(2) 、(1) 的运行 步骤,反向从吸附剂表面向外界空间扩散。
评价一种吸附剂的性能优劣 ,是从吸附剂对某一纯组分的静吸附 量
a0 来考核的 ,a0 是温度 ( T) 与气体分压 (Pi) 的函数 ,见式 (1) 。
变压吸附制氢工艺中氢气质量下降原因及对策
２０１１年第６期 总第１４８期 冶 金 动 力 ＭＦｎ ＬＵ】Ｒ（ ＣＡＬ Ｐ（ ，ＥＲ １９
变压吸附制氢工艺中氢气质量下降原因及对策
黄振艺，顾冠斌
（宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂，上海２００４３１）
【摘要】对宝钢天然气制氢系统在运行过程中出现的氢气质量下降的原因进行了分析，并总结了产品氢 气质量下降的常用处理方法。通过转化气温度对变压吸附性能的影响的分析，最终查找出造成氢气质量下降的 设备因素和环境因素，经过改进，消除了这一故障因素。 【关键词】天然气制氢；变压吸附；氢气质量；含水量 【中图分类号】ＴＱ０５１．８ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００６—６７６４（２０１１）０６—００１９－０３
Ｃａｕｓｅｓ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｉｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ＨＵＡＮＧ Ｚｈｅｎｙｉ，ＧＵ Ｇｕａｎｂｉｎ （ｃｏｚｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｈｅｅｔ Ｐｌａｎｔ，Ｂａｏｓｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３１，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｒｏ－ ｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｏｆ Ｂａｏｓｔｅｅｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｗａｙｓ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ
ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ａｘｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｉｘｔｕｒｅ ｇａｓ ｔｅｍ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＰＳＡ）ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｒｏｐｐｉｎｇ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅｓ ａｒｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｉｍ－
浅谈PSA变压吸附制氢工艺及优化
102研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用
中国设备工程 2023.07 （下）近年来，我国的化工行业进步明显，各个化工企业为适应行业现代化的发展步伐，都越发关注工艺革新，希望通过现代化工艺克服传统工艺的不足，提升生产效率与质量。PSA变压吸附制氢工艺的流程多、要素多，其工艺应用效果与许多因素有关，化工企业内应用PSA变压吸附制氢工艺时应立足实际情况，创造良好的工艺条件，强化工艺中的流程把控。一些化工企业的PSA变压吸附制氢工艺中存在诸多技术不足，未来这些企业需加强工艺优化与技术改进。1 影响变压吸附的主要因素1.1 PSA 变压吸附制氢影响吸附能力的主要因素PSA变压吸附制氢工艺中，吸附能力为衡量该工艺应用效果的关键指标，就实际的生产过程来看，吸附能力与诸多因素都有关，主要因素为：（1）原料气温度，这一因素与吸附能力有着紧密的联系，二者呈反比曲线，温度越大对应着越小的吸附剂容量，也就导致吸附、解吸、再生循环的效率大大提升，时间缩短，吸附塔的处理能力偏低。（2）原料气组分，企业中采用PSA变压吸附制氢工艺时使用的原料有一定差异，其差异主要体现在物质组分方面，如原料中的杂质含量超标，吸附塔的吸附能力显著下降，在工艺中为达到最佳的吸附效果，应选用低杂质原料。（3）操作压力，PSA变压吸附制氢工艺中压力与吸附量为正向变化的关系，压力越大吸附量越大，此时吸附塔有较强的处理能力，但解吸气的压力值越小，意味着吸附剂具有更强的再生能力，因此，吸附剂的动态吸附容量越大，吸附塔具有更强的处理能力。（4）氢气纯度，在PSA制氢工艺的吸附剂再生阶段，氢气损失较大，此时的吸附塔处理能力越强，对应的再生周期较长，而单位时间内的再生次数相对较少，在此关系下，如在工艺中减小氢气损失量，可提升整体效率。1.2 PSA 变压吸附制氢影响氢气收率的因素在PSA变压吸附制氢工艺中，氢气收率也是需重点关注的部分，但氢气收率同样与很多因素有关。首先，吸附时间与吸附气量有关，这两个参数为决定PSA制氢工艺产品收率、产品纯度的重要因素，生产中的吸附时间越长对应着更高的产品收率、原料气量，为此，每个浅谈PSA变压吸附制氢工艺及优化朱宇（大庆油田化工有限公司甲醇分公司制氢车间，黑龙江 大庆 163000）摘要：化工行业每年为国家生产大量的化工产品，满足了人们的生产生活所需。在工业化稳步发展的今天，化工企业内的工艺变革成为关键性内容，许多化工企业中都涉及PSA变压吸附制氢工艺，由于这一工艺的复杂性，变压吸附效果深受多种因素影响，为发挥该工艺的优势，化工企业需紧跟行业发展，持续推进PSA变压吸附制氢工艺的创新，以保持工艺的先进性。基于此，本文从影响变压吸附的因素着手，详细介绍了PSA变压吸附制氢工艺的改进与优化，对化工企业中的工艺推广具有指导价值。关键词：PSA变压吸附制氢；工艺优化；策略中图分类号：TQ116.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）07（下）-0102-03吸附循环周期内吸收的杂质总量越大，氢气纯度越小，难以达到实际的生产需求。因此，在产品纯度、收率都达到要求时，原料气量越大越能缩短吸附时间，反之，则延长吸附时间。其次，吸附时间对氢气收率也存在或大或小的干扰，当在工艺生产中吸附的时间越长时氢气损失量越少，氢气收率更高，为此，有关企业在利用PSA工艺制氢时为创造更大的经济效益，需在确保氢气纯度不超标的情况下适当延长吸附时间，保障产品收率达到标准。最后，氢气收率也与吸附压力有关，PSA制氢工艺中的关键技术为变压吸附气体技术，在工艺流程中，如压力存在较大波动，混合气体分离将难以达到预期，因此，企业在利用PSA制氢工艺时需做好压力管理，动态监测压力的变化情况。2 PSA变压吸附技术制氢工艺改进 2.1 增多均压次数 工艺生产环节最初二床流程中的一个吸附床负责吸附处理，另一个负责再生，两个吸附床之间维持交替工作状态。当按照有关规定完成吸附处理后，床内的死空间气体将随着压力降低而出现或大或小的损失，吸附压力越高，损失越大。现代化的生产条件下，各项生产任务中人们更为关注生产的经济性、环保性，因此，为最大化回收、利用吸附完时残留于吸附床死空间中的可用部分，需增加均压处理工序，变压吸附工艺吸附环节的吸附床中对应气体杂质浓度峰面未达到吸附床出口位置时，可立即停止吸附工序，将此吸附床与另一结束解吸、等待升压的吸附床相联通，与此同时，降低降压解吸吸附床的压力，增大有升压需求吸附床的压力，在这些工序下使两个吸附床的压力可维持在平衡条件下，完全回收吸附床中死空间范围内的氢气。2.2 真空解吸工艺 在PSA变压吸附制氢工艺条件下对吸附床层压力的要求较高，只有在特定的压力条件下才能保障正常的生产任务。一般情况下，吸附床层压力可使其降至常压条件，但被吸附的有关杂质无法被全部解吸，面对这一情况，实际的生产作业中可采取以下两种方式再生吸附剂：利用产品气清洗床层，使解吸相对困难的杂质能在此条Copyright©博看网. All Rights Reserved.
变压吸附制氢技术方案及设备配置模板
变压吸附制氢气装置
技术方案
项目名称： ****变压吸附制氢装置
技术方案及设备配置
苏州科瑞工程科技有限公司
目 录
第一节 技术规格要求
第二节 技术方案
第三节 硬件配置
第四节 建设工期
第五节 装置性能指标
苏州科瑞工程科技有限公司
第一节 技术规格要求
1. 装置描述
1.1装置要求
原料气需求量： ～**Nm3/h
原料压力： ～1.0Mpa-g
原料温度： 常温
装置操作弹性： 50～110%
操作时数： 8000h/a
1.2原料气条件
组分 H2 CH4 N2 Ar
含量（V%） 89.0 4.0 6.58 0.52
1.3产品产量、规格
氢气
纯度： H2≥99.5%
O2≤5ppm
H2O＜30ppm
CH4≤10ppm
流量： ～1000Nm3/h
出口压力： ≥0.8MpaG
出口温度： ≤40oC 苏州科瑞工程科技有限公司
第二节 技术方案
1. 装置界区及流程框图
流程框图说明：
1）界区界定：上图中虚线包围的部分就是本PSA提氢装置界区，所有能源节点至界区处1米；
2）对进入本装置焦炉煤气要求如下：
①压力：1.0MpaG
②温度：≤40oC
2. 工艺简述
原料气进入PSA提氢工段，从吸附塔底进入，塔顶获得产品氢气，塔底解吸出的逆放气进燃烧管网。
PSA提氢工段采用4-1-2/P（4个吸附塔，1个塔同时吸附，2次均压）的常压解吸的工作方式。每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降（E1D）、顺放（PP）、二均降（E2D）、逆放（D）、冲洗（P）、二均升（E2R）、一均升（E1R）以及终充（FR）等九个步骤。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。四个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料气连续输入和产品氢气不断输出。
3.氢气收率：89%
甲醇制氢工艺说明
.
.. 工艺流程简述
一、总述
本装置采用的是甲醇水蒸汽转化制氢技术，通过变压吸附分离（PSA）的工艺方法生产纯氢，产品氢气的含量可达到99.99%。流程主要分为甲醇蒸汽裂解转化和变压吸附分离两部分。
二、甲醇水蒸汽转化
甲醇水蒸气转化过程分为配料、汽化、反应、脱酸、水冷以及水洗等过程组成，分述如下：
1.配料
甲醇经流量计输送到配料罐(V01)中层容器中(配料罐由上，中，下层三个不同的容器组成)，去离子水经流量计输送到去离子水罐(V02)中，配料由来自配料罐(V01)上层容器的洗涤液(来自水洗塔)和纯甲醇在配料罐(V01)的中层容器中进行，为保证反应的顺利进行，配料罐中层容器的甲醇质量浓度必须保持在50%左右。
配好的甲醇溶液由配料罐(V01)中层容器自流进入配料罐(V01)的下层容器中(使甲醇与去离子水能混合均匀)。
2.汽化
原料液由配料罐(V01)下层容器经隔膜计量泵(P01)加压至约1.1MPa(g)输送到螺旋板式换热器(E02)用脱酸反应器(R02)出口气体热量对其预热。预热后的原料进入螺旋板式汽化器(E01)汽化成反应所需的原料气体(质量浓度为50%的甲醇-水蒸汽)。汽化所需的热量由1.0MPa(g)的饱和蒸汽提供。
3.反应
由汽化器(E01)汽化产生的原料气体进入反应器(R01)，反应器中填装有双功能催化剂，甲醇-水蒸汽通过催化剂在约230℃-280℃下一次完成裂解和转化二个反应，生成氢气和二氧化碳。
反应方程式如下：
2/5.431/8.90222223molKJHCOOHCOmolKJHCOOHCH
总的反应式为：
molKJHCOOHOHCH/3.4732223
整个反应过程是吸热的。反应器(R01)催化裂解所需的热量由导热油提供。
4.脱酸及水冷
从反应器(R01)出来的反应产物进入脱酸罐(R02)。脱酸罐中的填料可脱除裂解气中的腐蚀性物质(主要为甲酸)。
焦炉煤气变压吸附制氢工艺探讨
焦炉煤气变压吸附制氢工艺探讨
煤焦油加氢技术中，提氢工艺是一种相当成熟的一种工艺，可以提取99.99%纯度的氢气。焦炉煤气PSA制取16000Nm³/h氢气是由四川省化工设计院设计建设。本装置以焦炉煤气为原料，通过粗脱、压缩、预处理以及两段变压吸附的工艺来进行产品氢气的提纯，该装置与焦油加氢装置配套，达到节能降耗、提高综合经济效益的目的。本装置界区内按照功能可以分为三区，一是煤气净化区，二是压缩机厂房区，三是PSA设备区。压缩机厂房有螺杆压缩机两台，煤气净化区有脱焦油，脱硫工序、粗脱工序、预处理工序组成，PSA设备区分别独立。在PSA设备区，两排吸附塔及解吸气缓冲罐、顺放气罐、氢气缓冲罐等基本沿“一”字形排列在界区。
本装置的整个生产过程（吸附与再生）工艺切换过程均通过程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。（一）、粗脱工序，粗脱工序主要由3台粗脱塔组成，2台运行，1台备用，其主要作用是将原料煤气中的萘含量从380mg/Nm³降至10mg/Nm³，必要时可采用3台同时运行的程序。粗脱塔内装填有高效吸附剂。粗脱的步序为：吸附过程、加热再生过程、吹冷过程。两台粗脱塔交替进行吸附和再生，达到连续工作的目的。（二）、预处理工序，预处理工序主要由2台除油塔、3台预处理塔和1台再生气加热器组成。除油塔的作用是除去压缩机带出的油，避免油进入预处理塔，污染吸附剂，2台除油塔，1用1备。预处理塔的主要作用是利用吸附剂的选择性，脱除煤气中的苯、萘、焦油、NH3、H2S等杂质。预处理塔采用2台吸附、1台再生的步骤进行操作。具体步骤为：吸附过程、降压过程、加热过程、冷却过程、升压过程。（三）、PSA工序，变压吸附工序第一段PSA-I采用8-2-3分组抽真空流程，即装置的8个吸附塔中有2个吸附塔始终处于进料吸附的状态。其吸附和再生工艺过程由吸附、连续3次均压降压、顺放、逆放、抽真空、预升压、连续3次均压升压和产品最终升压等步骤组成。第二段PSA-II采用10-2-5分组抽真空流程，即装置的10个吸附塔中有2个吸附塔始终处于进料吸附的状态。其吸附和再生工艺过程由吸附、连续5次均压降压、顺放、逆放、抽真空、连续5次均压升压和产品最终升压等步骤组成。（四）、解析气处理工序解吸气处理工序主要由3台解吸气塔组成，2台吸附，1台再生。解吸气处理塔内装填有高效吸附剂。
PSA操作规程
PSA制氢岗位
一、岗位任务
变压吸附（PressureSwingAdsorption简称PSA）是利用吸附剂对吸附质在
不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的某些
组份有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分。本装置正是利用此原
理对含CO、CH4等杂质成分的原料气进行提纯分离制备合格的原料氢气供后续
加氢工段使用。二、工艺流程
来自合成氨厂低温甲醇洗的净化气（温度30℃，压力4.4MpaG，氢气体积
分数97.857%）和冷箱富氢气（温度30℃，压力2.6MpaG，氢气体积分数77.38%）
的混合气自吸附塔底部进入处于吸附状态的塔内（同时有2个塔处于吸附状态），
经不同吸附床层（活性氧化铝、硅胶、分子筛三层）的依次吸附下，原料气中除
氢气以外的杂质组分被吸附下来，未被吸附的氢气和微量的CO等从塔顶流出，
控制出塔氢气纯度（≥99.9%，CO+CO2≤200ppm），作为产品氢气送往后续乙二
醇加氢工段。当吸附剂饱和时，停止吸附，通过6次均压降，一方面将吸附剂吸
附的CO、CH4等杂质解吸出来，顺着吸附方向去置换和顶替吸附剂吸附的氢气
（吸附性比CO弱），增加床层死空间中的一氧化碳及其他杂质浓度，另一方面
充分回收床层死空间的氢气。均降结束后，吸附塔内还有较高压力，然后通过顺
放步骤，依次顺放降压至3台缓冲罐中储存起来，作为吸附床层自身吹扫气。顺
放结束后，床层内吸附出来的杂质刚好到达吸附床层顶部预留段吸附剂前沿，还
没有穿透吸附床层，塔内还有一定压力，然后进行逆放降压，使吸附剂吸附的杂
质气体从吸附塔底部自然解吸释放，经解吸气缓冲罐后去解吸气压缩机。逆放结
束后，吸附塔压力已接近常压，此时吸附塔内还有高浓度的杂质气体未释放。那
么，为使吸附剂进一步再生，可通过顺放步骤将缓冲罐中储存的均匀气体对床层
从上往下逆向冲洗，进一步降低床层内杂质组分的分压，使吸附剂吸附的杂质释
放出来，从而达到彻底再生。吹扫解吸气和逆放解吸气一起通过解吸气缓冲罐去
焦炉煤气变压吸附制氢工艺优化应用实践
焦炉煤气变压吸附制氢工艺优化应用实践
摘要：随着炼焦、钢铁和化学工业的迅速发展，我国炼焦业发展成为世界上最大的炼焦生产国、消费国和出口国，2020年共生产4.71亿吨焦炭，占世界产量的70 %，焦炭总量超过700亿立方米 其中只有34 %得到回收。焦炭窑气体含有丰富的氢，约占目前主要用作工业和民用燃料的焦炭窑气体的55%(按体积计算)，宝贵的氢资源被作为燃料燃烧。 另一方面，轧钢和化工合成工业需要高纯度氢来保护冷轧钢板的空气和化工合成工业的原材料。传统的氢提取方法是水电解或氨裂解，由于成本高和投资大，这种方法很难推广。
关键词：焦炉煤气；变压吸附制氢工艺；应用实践
引言
压力吸附技术主要利用吸附剂的两个主要特性来净化和提取氢。首先，吸附剂对不同化学性质物质的吸附能力差别很大，从而产生分离效应。其次，吸附剂报告的吸附能力因压力和温度而异。因此，应重点研究吸附剂，以确保整个吸附过程。
1PSA制氢的原理及研究现状
PSA是根据吸附能力或扩散率将气体分离到同一吸附剂中的一种方法。随着人工合成沸石，PSA迅速发展，从空气分离到氢净化，实现了氢的工业应用。随着PSA理论的不断改进，吸附剂的不断发展，特别是人工合成碳分子筛，扩大了PSA的范围。随着新型吸附剂的不断发展和吸附理论的不断完善，现代PSA获得的氢纯度超过了99.999%(φ)。吸附平衡理论对于研究吸附和分离过程至关重要，特别是反映吸附压力和数量平衡关系的吸附等温线，合理的等温线模型可以直观地预测吸附效果，PSA制氢遵循物理吸附理论伴随着计算机的不断发展，基于动力学、热力学、Polanyi位置和统计等四种吸附理论，迅速开发了各种PSA氢反应模拟软件，如Aspen吸附、流动、gproms等。研究人员利用相关仿真软件，继续改进各种吸附等温的相关参数，构建PSA相关数学模型，研究吸附剂的相关性能。作者建立了一个PSA制氢模型，该模型不是一个温度相等的多路径单元。利用碳分子筛分离空气和富集N2，将H2/CH4/CO2作为吸附剂从活性炭中分离出来，并与Doong模型进行了孔隙/表面散射和平衡，从而填补了固体冻结概念、等温假设等方面的空白。该模型通过六床模拟/试验过程得到验证，该过程确定该模型能够有效地将床层流体动力学与吸附/解吸过程分离开来，并且该模型易于适应不同的吸附/解吸动力学和热力学。作者利用MATLAB曲面拟合建立了PSA制氢模型，利用Aspen吸附软件研究了几个气体子部件的穿透曲线和热效应，用aspen吸附软件建立了单层四步循环模型，双层六步循环模型 研究了循环过程中参数的变化，通过优化运行参数提高了PSA反应性能，并提出了PSA制氢循环系统的改进方法。 笔者在一定条件下构建了基于质量守恒、能量守恒、能量守恒、广义Langmuir方程和线性荷载传递模型动态吸附量理论的多孔介质传热吸附模型。利用Aspen吸附软件模拟N2/CO/CH4/CO2是AC5-KS活性炭吸附剂的床层穿透曲线和真空PSA周期，可以发现，与实验值相比，吸附压力和压力上升时间的增加、流动速率的下降 随着循环步骤数量的减少，氢的纯度有所提高，但氢的生产和再循环率有所降低，而且作者的五氧化二气体吸附能力最高的AC5-KS为五种气体成分(H2)建立了一个动态分层吸附床模型 采用Box-Behnken设计方法对模型的净化性能进行了研究。实验结果表明，吸附时间在160-200秒之间时，氢的纯度会随着时间的推移而下降，但氢的回收率会提高。当压力确定时，氢气纯度会随着平均压力时间、清除时间和吸附时间之间压力/流速的增加而增加，但当平均压力时间在10-30秒之间时，平均压力时间会从0.050增加到0.125，氢回收率也会降低。