變壓吸附提純氫氣及其影響因素分析

楊明

摘 要：? ?隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，我國市場上絕大多數(shù)企業(yè)采取焦?fàn)t煤氣作為制氫原材料，焦?fàn)t煤氣作為化工企業(yè)常用的燃料，其內(nèi)部存有60%左右體積百分比的氫氣資源，通過變壓吸附技術(shù)進(jìn)行高純度氫氣的提取，剩余的原料又可用于生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品。相對于傳統(tǒng)落后的氫氣提取方法而言（如電解法、氨氣裂解法等），變壓吸附技術(shù)的成本投入較小，且效率較高，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。變壓吸附技術(shù)主要依賴相關(guān)設(shè)備裝置對氣體進(jìn)行變壓吸附，繼而采取先進(jìn)手段進(jìn)行氣體提純，是一種相對獨立的大型化化工企業(yè)操作流程。就目前的化工市場氫氣提純統(tǒng)計數(shù)據(jù)而言，該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分顯著?；诖?，文章首先介紹了變壓吸附技術(shù)的基本應(yīng)用原理，然后分析了氫氣提純的相關(guān)影響因素，以便為相關(guān)企業(yè)提供科學(xué)合理的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：? 變壓吸附;制氫;提純

【中圖分類號】TQ116.2? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? ? ?【文章編號】1674-3733（2020）06-0142-01

引言：變壓吸附（PSA）提純氫氣裝置吸附劑壽命短、吸附性能差、產(chǎn)品氫氣純度和氫氣回收率低，故障自動診斷切塔專家系統(tǒng)設(shè)計有缺陷造成吸附塔壓力大幅波動。通過更換全部吸附劑，提高產(chǎn)品氫氣純度和氫氣回收率;通過更換故障自動診斷處理專家系統(tǒng)，消除裝置故障切塔過程中的非正常壓力波動，提升裝置安全性;通過更換自適應(yīng)優(yōu)化控制系統(tǒng)，裝置產(chǎn)品質(zhì)量控制更穩(wěn)定，提升裝置運行經(jīng)濟(jì)性。

1 變壓吸附與單元氫氣收率概述

變壓吸附簡稱為PSA，其為一種新型的將氣體吸附并分離的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，通過變壓吸附的技術(shù)能夠分離出高純度的氣體產(chǎn)品，并且變壓吸附技術(shù)對操作環(huán)境的要求不高，在一般溫度和壓力適中的環(huán)境就可以操作。變壓吸附技術(shù)以其設(shè)備簡潔、操作簡單、可連續(xù)進(jìn)行氣體吸附分離生產(chǎn)的優(yōu)勢被眾多工業(yè)領(lǐng)域如石化行業(yè)、工藝行業(yè)等廣泛使用。隨著工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，各個環(huán)節(jié)對相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提升，因此為提升經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)成本如何在變壓吸附過程中增強(qiáng)單元氫氣收率成為多個工廠重要的發(fā)展點。在當(dāng)下變壓吸附過程存在影響著單元氫氣收率的問題。首先當(dāng)下工業(yè)生產(chǎn)中存在變壓吸附裝置封閉不嚴(yán)的問題，程控閥內(nèi)漏的密閉不夠嚴(yán)密會導(dǎo)致氫氣收率偏低的狀況出現(xiàn)。此外氫氣原料的封存不夠緊密，原料氣的部分流失會導(dǎo)致相應(yīng)一部分氫氣不被分離提取。員工的操作技術(shù)不熟練同樣會導(dǎo)致單元氫氣分離提取的數(shù)量較少、質(zhì)量較低。變壓吸附中的吸附劑不符合變壓吸附技術(shù)實際操作的要求，PSA分離技術(shù)的工作核心在于吸附劑，PSA技術(shù)分離氫氣的分離效果、工藝步驟的簡易或者復(fù)雜程度、技術(shù)操作實施時間周期長短等均與吸附劑有關(guān)。

2 影響變壓吸附的主要因素

這里對影響變壓吸附的基本因素進(jìn)行探討，以便更為明確地分析變壓吸附提氫技術(shù)要點。首先是變壓吸附裝置的影響，變壓吸附裝置的具體運行效率決定著氫氣吸附的水平，為此，相關(guān)技術(shù)人員需要對選用的變壓吸附設(shè)備進(jìn)行分析。相關(guān)研究數(shù)據(jù)資料表明，變壓吸附裝置的組成結(jié)構(gòu)對吸附水平的影響較大，原材料的質(zhì)量也在某種程度上影響著裝置運行能力，這在工藝轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)表現(xiàn)得尤為明顯。倘若原材料的質(zhì)量與預(yù)期存在較大的偏差，則會導(dǎo)致變壓吸附材料發(fā)生溫度變化，進(jìn)而導(dǎo)致最終產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳的含量也存在較大的不同。除此之外，考慮到氫氣產(chǎn)量往往作為變壓吸附能力的衡量依據(jù)，當(dāng)原料中的氫氣組分含量增大時，吸附裝置雜質(zhì)吸附量就會降低，反過來就會有多余的雜質(zhì)成分產(chǎn)生，這也會導(dǎo)致變壓吸附裝置運行困難，降低了使用效率。

3 提升變壓吸附單元氫氣收率的措施

3.1 原料氣含腐蝕雜質(zhì)

變壓吸附（PSA）中對原料氣的含硫量有著比較高的要求，通常情況下要求含硫量不得高于0.01‰，但是不少裝置在運行中發(fā)現(xiàn)吸附塔過濾器及塔頂鐵絲網(wǎng)有過度腐蝕現(xiàn)象，分析其原因是原料氣中含硫量過高，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生了波動，在前端通過胺洗去除硫化氫時，過高的含硫量無法被完全脫除而夾帶到了原料氣中，且原料氣未經(jīng)過水洗使得部分銨鹽也被帶到了變壓吸附裝置入口，這些雜質(zhì)容易對過濾器造成堵塞或?qū)Υ矊赢a(chǎn)生腐蝕，但是通常情況下可以通過增加前置的洗滌塔對殘余的銨鹽和硫化氫雜質(zhì)進(jìn)行預(yù)先處理。

3.2 加強(qiáng)對變壓吸附裝置運轉(zhuǎn)時的監(jiān)督

雖然變壓吸附裝置的運行對操作環(huán)境溫度、壓力等要求不高，在工廠進(jìn)行變壓吸附技術(shù)時，為提升單元氫氣的提取率，需要加強(qiáng)在變壓吸附過程中裝置運轉(zhuǎn)一級工人施工時的監(jiān)督，確保變壓吸附的每一環(huán)節(jié)按照原有的狀態(tài)進(jìn)行。例如，在進(jìn)行變壓吸附技術(shù)實施前，可以組建相關(guān)技術(shù)監(jiān)督小組，加強(qiáng)對變壓吸附技術(shù)的監(jiān)督，確保技術(shù)工作人員操作得當(dāng)。監(jiān)督小組每日進(jìn)行技術(shù)巡查，在技術(shù)人員進(jìn)行變壓吸附技術(shù)時相關(guān)監(jiān)督人員便需要對其實際操作行為進(jìn)行判斷，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督與明確。監(jiān)督小組還需要定期對變壓吸附裝置進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)破損或者落后的設(shè)備，相關(guān)監(jiān)督人員便需要對裝置進(jìn)行修復(fù)或替換，確保高質(zhì)量的變壓吸附裝置被應(yīng)用于一線。此外監(jiān)督小組可以組織趣味技能大賽或者相應(yīng)的技術(shù)獎懲制度，讓技術(shù)工作人員參與趣味技能活動來提升自身的氫氣提取操作技能。此外科學(xué)的技術(shù)獎懲制度同樣可以讓相關(guān)工作人員認(rèn)真對待變壓吸附工作，防止相關(guān)工作人員出現(xiàn)不必要的失誤。

3.3 對裝置操作人員進(jìn)行深入的操作培訓(xùn)

強(qiáng)化操作人員對涉及吸附劑以及裝置安全的基本原理的理解，深入講解故障自動診斷處理專家系統(tǒng)、自適應(yīng)優(yōu)化控制專家系統(tǒng)的設(shè)計理念，避免因為操作失誤造成吸附劑性能衰減或設(shè)備故障。

結(jié)語：隨著國家對燃料油的品質(zhì)要求越來越高，幾乎所有油品都要通過加氫改質(zhì)或者加氫精制處理才能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，因此各煉油廠都需要氫氣作為加氫原料，并且氫氣需求量越來越大。絕大多數(shù)煉油廠都會副產(chǎn)不少含氫煉廠尾氣，例如重整氣、低分氣、催化干氣等，從這些煉廠氣中分離提純氫氣用作加氫原料，有著非常高的經(jīng)濟(jì)效益。在中國有數(shù)百座煉油廠，大多數(shù)煉油廠都有一套或者多套煉廠氣變壓吸附（PSA）分離提純氫氣裝置，這些裝置回收的氫氣產(chǎn)生著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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