天燃气制氢操作规程 - 图文

天然气制氢

第一章

天然气制氢岗位基本任务

以天燃气为原料的烃类和蒸汽转化，经脱硫、催化转化、中温变化，制得丰富

含氢气的转化气，再送入变压吸附装置精制，最后制得纯度≥ 99.9%的氢气送至盐酸。

1. 1工艺流程说明

1 - 1 -

由界区来的天然气压力为1.8～2.4MPa，经过稳压阀调节到1.8Mpa,进入原料分离器F0101后，经流量调节器调量后入蒸汽转化炉B0101对流段的原料气预热盘管预热至400℃左右，进入脱硫槽D0102,使原料气中的硫脱至0.2PPm以下，脱硫后的原料气与工艺蒸汽按水碳比约为3.5进行自动比值调节后进入混合气预热盘管，进一步预热到～590℃左右，经上集气总管及上猪尾管，均匀地进入转化管中，在催化剂层中，甲烷与水蒸汽反应生产CO和H2。甲烷转化所需热量由底部烧咀燃烧燃料混合气提供。转化气出转化炉的温度约650--850℃，残余甲烷含量约3.0％（干基），进入废热锅炉C0101的管程，C0101产生2.4MPa（A）的饱和蒸汽。出废热锅炉的转化气温度降至450℃左右，再进入转化冷却器C0102，进一步降至360℃左右，进入中温变换炉。转化气中含13.3％左右的CO，在催化剂的作用下与水蒸气反应生成CO2和H2，出中变炉的转化气再进入废热锅炉C0101的管程换热后，再经锅炉给水预热器C0103和水冷器C0104被冷至≤40℃，进入变换气分离器F0102分离出工艺冷凝液，工艺气体压力约为1.4MPa（G）。

燃料天然气和变压吸附装置来的尾气分别进入转化炉的分离烧嘴燃烧，向转化炉提供热量≤1100℃。

为回收烟气热量，在转化炉对流段内设有五组换热盘管：（由高温段至低温段） 蒸汽－A原料混合气预热器 ， B 原料气预热器，C烟气废锅，D燃料气预热器， E尾气预热器

压力约为1.4的转化工艺气进入变化气缓冲罐，再进入PSA装置。采用5-1-3P，即（5个吸附塔，1个塔吸附同时3次均降）。常温中压下吸附，常温常压下解吸的工作方式。每个吸附塔在一次循环中均需经历；吸附A，→一均降E1D，→二均降E2D，→顺放PP，→三均降E3，→逆放D，→冲洗P，→三均升E3R，→二均升E2R，→一均升E1R，→终升FR，等十一个步骤。五个吸附塔在执行程序的设定时间相互错开，构成一个闭路循环，以保证转化工艺气连续输入和产品气不断输出。

1.2原料天然气组份表

组份 含量（V%） CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 0.03 93.43 3.34 0.60 0.28 25 1.8～2.4 0.09 0.06 2.17 H2S 30 温度（℃） 压力（Mpa） 2 - 2 -

PSA尾气组份表

组份 含量（V%） H2 36.66 CO 8.21 CO2 45.52 ～0.002 CH4 7.25 N2 1.28 压力（Mpa） 1.3天然气制氢岗位主要设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 名称 规格型号 D800×3000 D600×2700 D600×2700 D600×4000 材质 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 原料气分离器 燃料气缓冲罐 蒸汽分离器 脱硫槽 转化炉 废热锅炉 转化气水冷器 排污罐 中温变换炉 锅炉给水预热器 水冷器 变换气分离器 锅炉给水罐 烟囱 锅炉给水泵 锅炉循环水泵 引风机 磷酸盐加药装置 C.S C.S C.S 15CrMoR n=6 L有效=10m D425/800×6500 D273×2000 D400×800 D1000×4000 D325×2500 D500×4000 D600×3500 D800×1000 φ400×25000 DG5—27×10 C.S、S.S、高合金钢等各种材料 低合金钢 低合金钢 C.S 低合金钢 S.S S.S S.S C.S 1 1 1 2 2 1 1 IRG40-25-185 YB2-160M2-2 N15KW 变压吸附主要设备

序号 1 2 3 4 名称 气液分离缓冲罐 吸附塔 产品气缓冲罐 逆放气缓冲罐 型号规格 D700×5400 D900×8300 D1200×6300 D2200×10800 材质 C.S C.S C.S C.S 数量 1 5 1 1 3 - 3 -

1.4正常操作主要设计指标

（1）温度

仪表位号 T10102 T10103 T10104 T10105 T10106 T10107 T10108 T10109 T10110 T10111 T10112 T10113 T10158 T10117 T10118 T10119 T10156 (2)压力 仪表位号 PICA0101 PT0107a PI0104 PI0105 PI0155 PIC0103 位置 入界区天然气压力 入转化炉辐射段混合气压力 下部炉膛负压 上部炉膛负压 入中变炉气体压力 出废热锅炉蒸汽压力 预期值 1.8～2.4Mpa（G） 1.8～2.4Mpa（G） -6～-5mmH2O -11～-8mmH2O 1.37 Mpa（G） 2.1 Mpa（G） 位置 出原料气预热器的天然气温度 入混合气预热器的工艺混合气温度 工艺混合气入转化炉辐射段的温度 出转化炉的转化气温度 辐射段下部烟气温度 辐射段上部烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 对流段烟气温度 出废热锅炉转化气温度 入中变炉的转化气温度 中变气入锅炉给水预热器 中变气入锅炉给水预热器的温度 中变气出水冷器的温度 烟道气入引风机温度 预期值 ～409℃ ~254℃ ~592℃ 750~830℃ ~1100℃ ~835℃ ~602℃ ~537℃ ~254℃ ~242℃ ~209℃ ~450℃ ~360℃ ~430℃ ~255℃ ~40℃ ~200℃ 4 - 4 -

PDT0107 (3)流量 仪表位号 FT0104 FIC0101 FI0102 转化炉床层阻力降 ～0.3Mpa 位置 工艺蒸汽流量 工艺天然气流量 入转化炉混合气流量 入界区燃料天然气流量 预期值 ～645kg/h ～220Nm3/h ～1022Nm3/h ～70Nm3/h 第二章

2.1.1 天然气脱硫

工艺基本原理说明

在一定的温度、压力下，原料气通过氧化锰及氧化锌脱硫剂，将原料气中的有机硫、H2S脱至0.2PPm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求，其主要反应为：

COS + MnO MnS + CO2 H2S + MnO MnS + H2O H2S + ZnO ZnS + H2O

2.1.2烃类的蒸汽转化

烃类的蒸汽转化是以水蒸气为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到支取氢气的原料气。这一过程为吸热过程，转化所需热量由转化炉辐射段燃烧天然气提供。

在镍催化剂存在其主要反应如下：

CH4 + H2O CO + 3H2 - Q CO + H2O CO2 + H2 + Q 2.1.3中温变换

转化炉送来的原料气，含13.3％左右的CO，变换的作用是使CO在催化剂存在的条件下，与水蒸汽反应而生成CO2和H2。这样，增加了需要的原料氢气。 中温变换反应的反应方程式如下：

CO + H2O CO2 + H2 + Q

这是一个可逆的放热反应，降低温度和增加过量的水蒸汽，均有利于变换反应向右侧进行，变换反应如果不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反应速度。

5 - 5 -

第三章

3.1现场清理、检查

原始开车准备工作

首先要清理现场，清除一切与安装无关的东西，要保证进出口道路及安全通道的畅通。要特别注意检查与安全有关的设施是否齐备完好，如消防栓、灭火器、安全阀、阻火器、放空管、电气防爆设施等。 3.2系统吹扫

吹扫的目的是吹出设备、管道的杂物，保证投产后的产品质量及不出现堵塞阀门、管道和仪表事故。 3.3 管道、设备清洗

管道、设备、阀门等在制造过程中，表面积有不少油污、杂物，单靠吹除一般处理不干净，一旦带到催化剂上会毒害催化剂，带入产品会影响其质量，当杂物太多时还会造成管道、阀门、仪表的堵塞，因而必须要清洗。 3.4气密性试验

气密性试验的目的是检查设备、阀门、管线、仪表、连接法兰、焊缝是否密封，有无泄漏。气密性试验采用压缩空气，试验压力一般采用最高操作压力的1.15倍。在试验压力下，保压10分钟，再将压力降至设计压力，停压30分钟，以压力不下降、无泄漏为合格。

主要物料天然气、氢气为易燃易爆、有毒性物料，故在气密性试验中还需测定泄漏率。泄漏率试验压力为设计压力，时间为24小时，泄漏率以平均每小时≤0.5％为合格。 3.4 单机试车

单机试车目的是考验主要设备性能及组装质量，应按设计要求、机泵使用说明书等有关规定进行，包括如下几项主要内容：

①锅炉给水循环泵J0103a/b的运转性能、输送量和压力； ②锅炉给水泵J0102a/b的运转性能、输送气量和压力； ③引风机J0101的运转性能、输送气量和压力； 3.5 仪表的检查和校验

6 - 6 -

在系统进行化工试车之前，应由专业人员及操作工人配合对整个仪表系统进行全面检查及调试，看是否符合工艺设计的要求。进行各仪表报警值的试验，看是否准确可靠，同时查看报警指示灯和声响是否正确。 3.6 吹干

上述工作完成之后，开车前的工作以基本完成。打开设备管道的排污阀，将水排净。由于反应系统、还原活化系统不允许有水，故必须吹干。 3.7 烘炉

砌有耐火材料衬里的炉子，在施工或大修后投入运行前都必须在常温养护之后进行烘炉工作以除去耐火材料或浇铸耐火材料中的水份（物理水和结晶水）。烘炉是在人工控制条件下进行干燥，这样可以放置这些水份在高温下突然大量逸出，而造成耐火材料的破裂，此举也增加了耐火材料的强度。因此，是一个重要的程序，必须精心操作严格控制保证质量以利设备长期运转。 3.7.1 烘炉前的准备

（1） 安装后的新耐火材料在环境温度下最好养护72个小时以上才能开始烘炉。 （2） 彻底清理转化炉辐射段对流段、烟道耐火材料衬里是否完整，有无木材或其他零星杂物遗留在炉内。要确保炉内清洁，炉膛检查完毕后封闭入孔。

（3） 烘炉期间测温用的热电偶的正确位置及可靠性，应当加以校核，如果正常的测温点的热电偶离开关键的耐火材料部位较远那就还要安装临时热电偶，转化炉B0101烘炉时的温度是以烟道气入对流段温度（TI－0107）为准。 （4） 引风机试运转结束，连锁应调试合格。

（5） 燃料气管线吹扫结束并用氮气置换至O2＜0.5%。 （6） 烘炉前完成所有相关主管线的吹扫，并对转化管、对流段盘管充氮气保护，以免干烧。

（7） 检查燃料气和蒸汽阀门，管线和仪表并拆除盲板。

（8） 准备好点火枪、记录报表、安全防护用具，升温曲线，图表和方案。 3.7.2 转化炉（B0101）烘炉。

（1） 启动引风机，保持炉膛负压（底部负压PI0104：-50~70Pa）。 （2）

用引火器点燃底部常明灯烧嘴，要按均布对称方式去点燃烧嘴，以保证

炉膛中部供热均匀，防止高温烟道气与低温炉壁接触。

7 - 7 -

（3） 烧嘴的火焰要用低背压，短火焰，多火嘴，不能让火焰直接射到炉管和

耐火材料上。 （4）

以进入对流段的烟气温度（TI－0107）为准，升温速度控制在5~10℃/

h，严格按升温曲线进行，以烧嘴的增减来控制温度，恒温以后降至120℃时熄灭烧嘴，并关闭燃料气阀门。引风机继续运行，自然降温至常温。 （5） （6） （7）

降至常温后打开通风孔及窥视孔保持通风。

组织人员进入炉内检查烘炉情况，若耐火材料有大的破裂必须修理。 要保证烘炉的时间，如果因意外情况中断烘炉时，必须延长烘炉时间，

以确保烘炉效果。 （8）

有关安全事项必须遵循安全规程。

注：转化炉烘炉曲线见附件，并严格按烘炉曲线和程序进行。该炉烘炉主要是

指对流段及炉底浇筑部分在转化管未装填催化剂、对流段各换热器没有工艺介质的工况下进行的升温过程。 升温曲线如下图：

注意事项：

1、温度记录点以对流段入口热电偶TI0107显示温度为主，每一小时做一次记录并在曲线图上用红笔标出，同时在曲线图上标出辐射段TI0101显示温度，引风机入口TI0156显示温度以及对流段由上而下各点的温度值；

2、在20—150℃时的升温速率是15℃/h,150--350℃时的升温速率是35℃。在150—350℃升温过程中应注意引风机的运行情况，如风机因超温不能正常运行则终止升温或采取冷却其进口烟气温度的措施，确保风机能够正常运行。

第四章

原始开车

8 - 8 -

4.1脱硫的还原原理：SH-T512脱硫剂中含有高活性组分二氧化锰，在脱硫层升温至150℃以后，在氧分压较低的条件下即可自行分解还原放出大量活泼氧（原子氧），反应式如下：2MnO2=Mn2O3+[O]

分解放出的活泼氧对烃类（尤其是高级烃）有很强的氧化能力，反应速度很快，注意：升温还原速度以脱硫剂床层温度不“飞升”为原则，若脱硫剂床层一旦出现温度“飞升”很难控制，故一般以慢速稳妥为宜，脱硫剂床层上下温度不大于20℃，及出口气中CO2含量，注意用天然气为升温还原介质时O2含量的变化。

.脱硫催化剂的升温还原其原始开车系统升温流程：先以氮气/空气为升温介质。 氮气/空气 对流段天然气预热盘管 脱硫槽 对流段混合气预热盘管 转化炉 废热锅炉 中变炉 废热锅炉 锅炉给水预热器 水冷器 变换气分离器 放空。 升温速度：以25～35℃/h（以TI－0152，TI－0153为准）的升温速度由常温升至150℃，恒温3小时后，切换为氮气 + 天然气升温，切换时须将脱硫槽从升温系统切开，在脱硫槽出口管道VG0102放空。流程：天然气 ﹢氮气 对流段天然气预热盘管 脱硫槽 放空（VG0102）。（还原期间如遇“飞升”，注意观察TI－0152，TI－0153温度变化，温升过快，应加大氮气量或减小天燃气 量来调节，若温升过猛达到30秒50℃升速时，可切断天燃气 ，只通氮气控制温度。）并继续升温至180℃，升温速度控制在30～50℃/h，恒温4～8小时。继续以～20℃/h的速度升温至250℃，恒温～4小时；再继续升温至400℃，恒温8～10小时，待进出口温度相近时，还原结束。（S－0152取样分析天然气中硫含量≤0.2ppm，即为还原中点）。

而转化炉转化触媒则切换为蒸汽继续升温。也可直接用天然气从常温开始升温。

SH-T512,T308升温还原时间表

温度范围（℃） 阶段 升温速率（℃/h） 时间（h） 转化触媒备注 常温～140 140 140～180 180 180～250 250 升温 恒温 升温 恒温 升温 恒温 25～35 0 30～50 0 20 0 5 2～3 1 4～8 4 4 空气/氮气 氮气 天然气 + 氮气 天然气 + 氮气 天然气 + 氮气 天然气 + 氮气 9 - 9 -

250～400 400

升温 恒温 20 0 8 8～10 天然气 + 氮气 天然气 + 氮气 原始开车脱硫剂升温还原方法及曲线

1、用氮气（自原料气缓冲罐底部排污口进入，经过对流段预热盘管）将脱硫槽床层温度自自然温度以25~35℃/h的速率升温至140℃（经过转化管、废热锅炉、中变炉、废热锅炉、锅炉给水预热器、水冷器、变换器分离器,不经过转化气冷却器,自VG0105放空管放空）。脱硫槽压力保证在0.2MPa，氮气流量控制在200m3。

2、当温度达到150℃时，恒温3个小时，使脱硫槽各床层温度接近。

3、然后关小V0110，减少氮气20%的通入量（观察流量计），打开原料气缓冲罐进口阀PV0101，通入天然气，天然气的量是氮气的20%，自VG0112放空，以20℃/h的速度升温至180℃。。

4、180℃ 时 恒温 6个小时。继续以20℃/h的速率升温至250℃。 5、恒温250℃4个小时，继续以20℃/h的速率升温至400℃。

6、恒温400℃4个小时，然后停止通入氮气，调整天然气进气量与原来的总气量相同，恒温6小时，待床层上下温度相差不大时，即可升高天然气的压力至操作压力。当测定天然气中硫含量低于0.2ppm时，即可认为升温还原已经结束。

7、在升温还原过程中，必须保证床层温度不能超过600℃。

℃小时升温还原后，先进行几小时的半负荷生产，以调整温度、压力、流量等，待操作稳定后，再逐渐加大负荷，转入正常生产。

4.2催化剂的升温还原方法

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含Ni的触媒在使用之前需要先还原，使之具有活性。转化触媒中的Ni一般以NiO的形式存在，投产使用之前需要用H2还原成活性的金属Ni，反应式为：

NiO(固) + H2 = Ni（固） + H2O(汽) –610Kcal/kmol

在氧化状态下须用一种气体介质或称载气（氮气，蒸汽，或空气）把触媒加热到还原反应所需要的温度（约在700℃左右）。对于还原态的触媒不能空气作载气。

转化催化剂的升温还原；

升温过程分两步：先用空气/氮气升温，然后再用蒸汽升温，现分述如下： 废热锅炉C0101建立液位并启动循环系统。转化炉入口压力控制在0.4～0.6MpaG），根据升温速度对称点燃烧咀。

1空气/氮气升温流程为：

空气/氮气 天然气预热盘管 脱硫槽 混合气预热器盘管 转化炉 废热锅炉 转化气冷却器 中变炉 废热锅炉 锅炉给水预热器 水冷器 变换气分离器 放空 升温速率25～30℃/h。

当转化炉B0101温度达200℃时要注意排放下集气管及废热锅炉各处的导淋水。

2蒸汽升温

当转化触媒升至150℃左右后，可转入蒸汽升温。切换为蒸汽升温之前，应将界区内蒸汽管线盲死，开车蒸汽由外界提供。断开脱硫系统，脱硫槽继续通氮气 + 天然气升温。

蒸汽升温流程：

界区外来的蒸汽 对流段混合气预热盘管 转化炉 废热锅炉 转化气冷却器 中变炉 废热锅炉 锅炉给水预热器 水冷器 变换气分离器 放空 在送入蒸汽时要注意转化炉出口温度的变化，通过调节烧嘴以保持炉温不下降，并且还要注意冷凝液的排放。

当蒸汽送入稳定后，以25℃/h速度升温到转化炉出口温度（TIA-0105）约 550℃时，恒温8小时，拉平各点温度。继续以25℃/h的升温速度转化炉将转化炉出口温度（TIA-0105）提到700℃。

在蒸汽升温阶段对流段的盘管应注意保护，介质温度不得超过设计温度。

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（系统压力控制在0.4～0.6Mpa(G)，在这过程中还要注意严格控制炉水质量，随时注意调整排污量。

当天然气脱硫合格后转化炉出口温度（TIA－0105）大约700℃,可着手导入原料天热气，开始转化催化剂还原。

原料气导入进行触媒还原；

当转化炉蒸汽升温到700℃（TIA－0105）时，且脱硫槽出口取样分析总硫≤0.2ppm，系统压力0.2～0.4Mpa（G），就可分次平缓地向转化炉导入天然气，这时要求水碳比为20：1。当系统压力达到平衡后，关小放空阀逐渐将原料气加量到设计值的30％～40％，水碳比控制在7：1，在整个还原期间水碳比不能小于5：1，根据转化炉B0101的炉温，调节烧嘴的负荷。

待转化炉B0101炉温平稳后，逐渐增加原料气投入量，以投料量控制转化炉出口温度（TIA－0105）维持在700℃，恒温6～8小时。

在还原时注意测定触媒层的阻力不得超过设计值。每小时分析一次转化炉出口气体成分，当转化气中残余甲烷≤5％时转化催化剂还原结束。

维持低负荷生产一段时间，待操作稳定后，再逐渐加大负荷，转入正常生产。 原始开车转化催化剂还原方法及曲线

1、用氮气（自原料气缓冲罐底部排污口进入，经过原料气预热盘管、脱硫槽、混合气预热盘管）进入转化管，再经过废热锅炉、中变炉、废热锅炉、锅炉给水预热器、水冷器、变换气分离器。将温度以25℃/h的速率升温至150℃（自VG0105放空管放空）。

2、当温度达到150℃时，断开脱硫系统通天然气 + 氮气自脱硫槽出口VG0112放空 。改用蒸汽（自MS0102进入，经预热盘管）以转化管出口（TIA0105）为准，以25℃/h的速率升温至550℃（自VG0105底部放空）。蒸汽经过转化气冷却器。

3、恒温（TIA0105）在550℃8个小时。 4、继续用蒸汽以25℃/h的速率升温至700℃。

5、在天然气脱硫后，保证天然气中硫低于0.2ppm，改用天然气和水蒸气，开始对转化催化剂进行还原。在前4个小时保证水蒸气和天然气的比例为20∶1，然后将比例调整为5~7∶1。

6、当测定转化气中天然气含量低于5%时，再继续还原2个小时，即可认为还原已经结束。

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7、在升温还原过程中，必须注意废热锅炉水的质量，随时调整排污量。

原始开车转化催化剂还原曲线:

℃小时

4.4中变催化剂的升温还原

（1） 中变催化剂升温（具体见中变催化剂还原方法及曲线） 中变催化剂采用空气/氮气升温、蒸汽切换，随转化炉一同开始升温。

升温速度和恒温：一般从常温升到150℃，升温速度控制在20℃/h；到150℃时可视床层温差情况，恒温适当时间，以便催化剂能较好地脱水，并缩小床层各点地温差。切换蒸汽代替空气作为加热介质继续升温，升温速度控制在15～20℃/h，升温至150～230℃，恒温适当时间，让床层各点温度互相趋近后，再开始还原。此时中变炉系统的所有低点导淋都需打开，以便于排放冷凝液。

由于催化剂经高温后，活性会受到影响，所以升温介质的温度不应超过500℃。

切换时，过热蒸汽应在床层温度升到比该压力下的露点温度高出20℃以上才能使用，对于常压升温，应使床层温度升到150℃再使用。

（2） 中变催化剂还原

中变炉的还原和转化炉的催化剂还原都是利用转化炉的热蒸汽流作载体，加入脱硫后的原料气来实现的。原料气在转化系统因反应有氢气产生，当该气体导入中变炉时，中变触媒就开始还原，此时应保持平稳的温度工况。

中变催化剂在导入转化气后开始反应进行还原： 3Fe2O3 + CO ＝ 2Fe3O4 + CO2 + 12.14大卡/克分子 3Fe2O3 + H2 ＝ 2Fe3O4 + H2O + 2.3大卡/克分子

13 - 13 -

由于还原是放热反应，特别是第一反应的反应热相当大。要严格控制进气中C

O的含量，一般开始由0.5％、1％、2％??依次慢慢增加，以分析数据为指导，防止CO过量或积累。催化剂在还原过程中温度逐渐上升，还原的最高温度必须低于正常操作最高温度450℃，保持数小时，待温度平稳后，分析放空气中的CO含量合格，即可认为还原完毕。此后，可逐渐增加原料气和蒸汽量转入正常生产。属加压操作则应慢慢提升压力，以防提压太快，造成温度急剧上升。

B113中变触媒升温还原时间表

阶段 升温 恒温 置换升温 恒温 还原初期 恒温 还原后期 恒温 合计 原始开车中变催化剂还原方法及曲线

1、用氮气（自原料气缓冲罐底部排污口进入，经过对流段预热盘管、脱硫槽、预热盘管、转化管、废热锅炉﹑中变炉进口自常温以20℃/h的速率升温至150℃（自VG0105放空管放空）。不经过转化气冷却器。

2、当温度达到150℃时，把进脱硫槽的氮气自VG0112放空，改用蒸汽（自MS0102进入，经预热盘管、转化管、废热锅炉）将中变炉进口（TI0158）以20℃/h的速率升温至230℃（自VG0105底部放空）。蒸汽经过转化气冷却器。

3、恒温（TI0158）在230℃3个小时。

4、在天然气脱硫后，保证天然气中硫低于0.2ppm，改用天然气和水蒸气，开始对中变催化剂进行还原。保证水蒸气和天然气的比例大于7∶1，升温速度为10℃/h，升温至380℃。

升温速度℃/h 20 0 15～20 0 10 0 10 0 介质 空气/氮气 空气/氮气 蒸汽 蒸汽 蒸汽 +天然气/氢气 蒸汽 +天然气/氢气 蒸汽 +天然气/氢气 蒸汽 +天然气/氢气 温度℃ 常温～150 最低温120℃ 150～230 最低温230 230～380 ～380 380～430 ～430 时间h 6 4 5 3 12 6 8 12 56 14 - 14 -

5、然后恒温在380℃6个小时。随后保证升温速度为10℃/h，升温至430℃。 6、最后恒温在430℃12个小时。当中变炉出口中的CO含量低于5%时，即可认为还原已经结束。

7、在升温过程中注意排放管道和设备最低点的冷凝液；在中变炉用蒸汽升温时，应保证各床层温度相近，并且中变炉的最高温度不能超过500℃；当中变炉温度上升太快时，可通过LS0102增加中变炉的蒸汽量减慢升温速度\\

原始开车中变催化剂还原曲线:

℃小时

第五章 停车和再开车

5.1 系统正常停车

当后工段减负荷时，PSA工段也应将负荷相应降低。

减负荷的速率为5％/h，减量顺序依次分别为燃料气在减负荷过程中注意控制好触媒床层的温度。

注意控制水碳比，在半负荷以前保持水碳比大于4.0，在半负荷以下保持水碳比大于5.0。（同时要注意对流段混合气预热盘管的出口及转化管进口温度小于600℃。） 逐渐减少转化炉的原料气和燃料气量，当降至负荷1/3，转化炉出口温度达500～550℃时，停PSA工段，关闭尾气烧嘴阀门，同时脱硫槽和中变炉从系统断开，并做好保温保压工作 。停止向转化炉送原料气，。继续通蒸汽降温，在转化器冷却气处放空。降温速率～50℃/h，在降温的过程中蒸汽要保持足够量，使炉管受热均匀。待转化炉出口温度在240℃左右时停供蒸汽（FIC-0104），关闭燃料天然气（关PV－

15 - 15 -

0102），将底部烧嘴全部熄灭。原则上要求用氮气置换转化管B0101后。关闭各放空阀，保持转化管微正压。

引风机继续运行，炉膛自然降温，当温度在120℃以下可停引风机，然后打开通风口及窥视孔保持通分，以降至常温。停锅炉给水循环系统、及引风机。 在系统减量时系统压力亦相应的降低，卸压的速度大约每小时5kg/cm2。 如果长期停车，脱硫槽、中变炉进出口的盲板应盲死；脱硫剂、转化催化剂、中变催化剂同氮气保护压力≥0.02Mpa。 5.2短期停车后再正常开车？

（1） 启动引风机，（先开机风冷却水）。

（2） 先建立锅炉给水罐液位，启动锅炉给水泵，建立废热锅炉液位2/3处，启动锅

炉给水循环泵，（先开机风冷却水）。用外界常压蒸汽升温废热锅炉。 （3） 置换燃料气管线和 炉内可燃性气体，用点火器对称点燃烧嘴。

（4） 脱硫槽与转化炉用氮气升温（以转化管出口TIA0105为准），升温速度控制在

50℃/h。流程：氮气→原料气预热器→脱硫槽→混合气预热器→转化炉→废热锅炉→转化气冷却器→放空。升温至150℃左右,脱硫槽从系统断开，通氮气+天燃气升温，从脱硫槽出口管道VG0102放空。转化炉改用外界蒸汽继续升温.流程: 蒸汽→ 混合气预热器→转化炉→废热锅炉→转化气冷却器→放空。升至500℃左右，关闭外界蒸汽，切换锅炉自产用蒸汽。

（5） 升至700℃左右，脱硫槽并入系统,关闭氮气只通天燃气，控制水碳比3.5：1。

将中变炉并入系统（若温度在200℃左右可直接屏并入,否则升温后再并入）。在变化气分离器处放空。分析转化气、中变气中的CO、CH4、H2含量，合格后逐渐增加负荷并入并起动PSA工段，解吸气去尾气烧嘴燃烧,为转化炉提供热量。分析产品气纯度≥99.9％，合格后产品气压力控制在0.11Mpa送至盐酸。 5.3短期停车和开车

5.3.1当系统某一部分发生故障，需作临时短期停车。其做法： 1．

现场灭部分烧嘴，勿使转化炉出口气体超温。以每小时60℃的速率降低

转化炉出口温度（TIA-0105），并逐渐减小燃料气、原料气、蒸汽。

2．

当转化炉出口温度（TIA-0105）降到～550℃时，停PSA工段，断开脱

硫槽；中变炉，系统保温保压。

16 - 16 -

3． 逐步减少系统至1/3设计负荷，然后一次切除后同正常停车处理。

5.3.2开车做法：在封闭保温时，停锅炉给水泵，注意保持锅炉有较高的液位，并停止排污。

若锅炉有水位时，先开引风机，再开启锅炉给水循环系统。置换燃料气管线和 炉内可燃性气体，分析合格后可迅速点燃部分烧嘴，当炉温还在260℃以上时，可直接通入蒸汽升温，，控制升温速度在50℃/h左右。因为触媒处于活性，绝不能接触空气。其他步骤同正常开车。

若锅炉无水位时要恢复送水，建立液位，但必须要加大排放量清除因干锅形成的沉垢。然后开引风机，分析转化炉内可燃性气体，点火开车升温。

5.4长期停车后开车： 可参照原始程序进行。

不同的是三剂均为还原态催化剂，绝对禁止与空气接触。可根据实际的情况采用以下方式升温至150℃，然后改为蒸汽升温。

1氮气量足够时，采用氮气升温（开阀V0111及盲板BLD0103），可脱硫槽、

转化炉、中变炉连续升温至150℃以上，切开脱硫槽，再改用蒸汽升温，当转化炉出口温度至700℃时，导入天然气进入正常开车。

2 如氮气量不够，则采用分别升温的方式：转化炉通入氮气或直接干烧至150℃

以上，然后通蒸汽升温，脱硫槽。中变炉则采用天然气（或天然气 + 氮气）经过管道NG0107（开阀V0117，B0118及盲板BLD0108，此时须盲死BLD0102）升温，当温度～150℃时切开脱硫槽。中变炉改用蒸汽升温，关闭阀V0117,V0118及盲板BLD0108。同上，当转化炉出口温度至700℃时，导入天然气进入正常开车。

氧化后的催化剂再使用时同新催化剂一样，需要重新还原 。同原始开车。

5.5长期停车后再开车（三剂均处于还原态） （1） 开工外界蒸汽升温废热锅炉。（保证废热液位，启动锅炉给水泵和循环泵） （2）开引风机，炉膛负压在20~60Pa。

（3）置换燃料气管线和 炉内可燃性气体，分析合格后点火开车升温。

（4）用氮气升温至150℃，（脱硫槽、中变炉温应在150℃以上时），先直接升温转

化管，否则，三剂一块升温。

（6） 槽与转化炉、中变炉断开，用氮气∕天然气升温至300℃以上。

17 - 17 -

（7） 转化管用蒸汽升温至700℃左右，中变炉用蒸汽300℃左右。 （8） 脱硫槽停氮气通天然气并入系统，调好水碳比转入正常。

（9） 分析转化气、中变气中的CO、CH4、H2含量，合格后并入PSA吸附，解吸气

去尾气烧嘴燃烧,为转化炉提供热量。分析产品气纯度≥99.9％，合格后产品气压力控制在0.11Mpa送至盐酸。 5.6停车催化剂的处理办法，三剂保护

中变催化剂：隔离或工艺气或蒸汽保压保温（短期），工艺气或氮气保护（长

期）；

脱硫剂：隔离或氮气，天然气保压保温（短期），天然气或氮气保护（长期）； 5.7三剂氧化：一般是在需更换三剂时才做。

脱硫剂：用蒸汽或自然冷却至120～150℃，再用氮气置换冷却至60℃以下，用水喷洒脱硫剂（更换）

中变剂：用蒸汽缓慢降温至200～250℃，然后加入部分O2，观察温升温度不能超过300℃，分析氧含量和温度不变化时，通蒸汽和空气降温至120℃，加大空气量，如温度不上升，则单独通空气降温至50℃。如温升太快，可适当加大蒸汽量。

若中变剂要扔掉，则应低压下用蒸汽冷却，然后用水浸泡使之钝化催化剂；蒸汽钝化。

转化催化剂蒸汽氧化：

如果停炉而不准备进行全面检查，就按上述正常停车程序进行操作，若要打开转化炉进行检查，则应进行蒸汽氧化降温操作。停止通入原料天然气（关阀PV－0101及V0102）后，打开阀V0111及盲板BLD0103该通氮气，（以保护原料气预热器不干烧），不熄灭烧嘴，维持转化炉催化剂床温760℃，这是镍催化剂氧化的适宜温度，以每小时约1000kg蒸汽量通过转化炉，并在转化气分离器后放空，此时蒸汽将还原态镍氧化为氧化镍，并产生氢气，这种氢气就是流出物中的不凝性气体。继续用蒸汽氧化转化催化剂，直到出口气中不含不凝性气体，则证明催化剂已基本钝化，此过程约需8小时左右。当出口气不含氢气时，转化炉以每小时50～80℃的速度减火，逐步减少天然气量及点火烧嘴数并维持燃料天然气压力0.05Mpa，直到转化炉温度低于240℃为止，，再全部熄灭，继续通氮气（开阀V0111及盲板BLD0103）让其自然降温

18 - 18 -

触媒装填和卸出

转化炉B0101触媒的装填

转化炉B0101

炉管上段装Z112-4Y 触媒（短型） 0.183m3，Φ13*13，堆比重～1.1kg/L 炉管下段装Z112-5Y 触媒（长型） 0.183m3，Φ17*1

概述：转化炉炉管催化剂的装填情况对以后的运行及炉管和触媒的寿命都有很大影响，虽然装入的是同样重量的触媒，但是由于堆密度不同，装置运行时通过的气量就会不均匀，通过气量多者达不到预期的转化率，通过气量少者由于吸收热量少造成炉管温度上升，更严重的是触媒造成架桥现象，从管外传入的热量无法吸收，使炉管出现热斑或热带，严重影响了炉管的寿命。

另外造成某根转化管出现低流量是因为振荡国度触媒破碎或者触媒托板或猪尾管堵塞，由于触媒的重度，粒度，转化管径等微小差别即使在每根转化管中装了相同容积或重量的触媒也不能完全保证气流的均匀分配。装填的程序是在每根转化管中每次装入约1.2m左右的高度后然后振荡，并检查剩余容积，以确保均匀。直到转化管装至规定高度为止，虽然每根炉管装入同样重量的触媒，但装填高度绝不会一样，所以若采用称重量的方法应当同时检查每桶触媒的堆积重度或百粒重量。每根炉管装完触媒后，应当振荡到基本上下震实，装填高度应一致。 触媒的装填应在晴天，防止受潮，受震。自由落下高度应小于1米。 一装触媒所需用具 1． 2． 3． 4． 5． 6． 7． 8． 9．

催化剂计量量筒，计量桶每个10升3个。 磅秤50kg 装料漏斗2个

振荡器，压力表及专用测压装置 带有刻度的测深尺，长20～30m 7kg/cm2左右的压缩空气（或氮气） 空气压差测试装置

有铁丝网保护罩的吊灯或防爆型号等及电线 检查催化剂用的筛网

安全防护用品、口罩、手套均需准备好。

19 - 19 -

二、 转化触媒的装填 1．

空管阻力的测定，测定值与平均值比较偏差在10％以内为合格，可装触媒。偏

差超过10％应进行处理，检查猪尾管是否有阻塞。 2．

装触媒的准备工作

（1） 将转化管部位编号 （2） 仪表空气处于开启状态

（3） 打开转化管上法兰盖，检查并确认转化管内干净无杂物，最后用测量空管长度

确认托盘是否到位。

（4） 筛分触媒，筛出粉末，挑选出不合格品。 （5） 对触媒计量和装袋。 3．

装填

（1）触媒按长短型两种分开，首先装长型的触媒至1/2管高，剩下的二分之一管高

装短型触媒。

（2） 桶装触媒吊起缓缓倒入筛子上，筛子不应振动，任其自然流下或人工帮助下流

下。

（3） 把这种筛过的触媒装在计量筒中定容称重量，以容积为准，重量作参考，注意

作好记录。

（4） 把布袋放在漏斗下面，装在计量筒里的触媒通过漏斗倒入布袋内，注意将每桶

触媒分装在两个布袋内栓在一起，并把触媒重量记录下来。

（5） 帆布袋上端用绳系好，下端折叠100mm，用绳打一活结。将盛有触媒的布袋慢

慢放入炉管内到装填高度拉绳，将下端活扣拉开，上端提绳轻轻抖动布袋，使触媒缓慢均匀装入炉管内。

（6） 原则要求每根转化管每次装填入高度～1.2m。也可根据实测转化管的长度确定

每次的装填高度。

（7） 然后用测探尺测量高度，计算出装填高度的平均值用这个平均值与每根管每袋

装填高度值进行比较，如果一袋高度减去总平均高度≤30mm为合格，大于30mm应再震荡然后测量高度，如仍不合格应抽出重装。

（8） 完长型触媒后测定压差然后再装短环触媒。所有转化管阻力平均值数的相对误

差超过 + 5％的应重装。

20 - 20 -

5 实管阻力测定

装完触媒后，用3～5kg/cm2压力的压缩空气或氮气吹扫3分钟然后进行实管阻 力测定。测定用工具，方法，步骤，计算与测空管阻力相同。 6． 转化触媒的卸出

触媒装填不合格或经过长期使用大修时需卸出，或因结炭严重或因炉管需要局部更换均需卸出。卸触媒的主要设备是真空卸触媒装置一套。

还原后的催化剂是具有活性的金属镍，为防止它与空气中的氧化反应放热烧坏催化剂和设备，卸出前要进行钝化处理，也就是用缓慢氧化的办法预先对触媒表面进行氧化处理。一般多用蒸汽钝化，此法反应缓和，温升小，简便安全。 触媒卸出之后要检查转化管底部的托架确保它的清洁，还要检查下猪尾管是否被堵。

（2）中变催化剂的装填

催化剂装填的好与坏，会直接影响到床层的阻力和气流分部，继而影响催化剂效能的发挥。所以，应十分注意装填工作。

中变炉D0101：装B113中变触媒 1.64 m3 ； Φ9*5 ，堆比重～1.47kg/L。 1、 2、

填之前必须除尽中变换炉内的一切赃物。

装填之前应确定变换炉催化剂装填体积和高度，并在炉内标记出催化剂

要装填的高度尺寸。

3、

装填时，炉箅上面应先铺上一层耐火球，在耐火球上再铺上一层丝网

后，再装填催化剂。

4、

催化剂在装炉前可以不过筛，除非在运输过程中因方法不当而产生了粉

尘或粉粒。

5、

装催化剂时应从尽量低的高度轻轻倒入炉内，颗粒自由落下的高度因低

于0.5m。

6、

在装填过程中，催化剂应分散铺开，绝不能几种倾倒成堆，以免床层各

部分松紧不一，影响气流分布。

7、

装填催化剂过程中，严禁操作人员直接在催化剂上面踩踏，因为这样会

使床层松紧不一。为避免直接踩踏在催化剂上，可在床层上面铺好木板，人站在 木板上操作。

8、

催化剂装填好后，用木板将表面刮平，再覆盖上一层丝网、耐火球。

21 - 21 -

9、 装填催化剂时，操作人员应穿工作服，戴防尘口罩及鞋帽等防护用品。

装填过程中应随时注意，勿将杂物遗留在炉内。

10、

在装填过程中，一定要做好记录。

（3）脱硫剂的装填

脱硫槽D0102

上段装SH－t512 0.4m3，Φ4～5*5～15，堆比重～1.3kg/L 下段装T308 0.2m3，Φ3～4*4～20，堆比重1.1～1.2kg/L

脱硫剂中的粉尘在装填前应筛去，并且将脱硫槽内打扫干净，不允许有灰尘存在。

在脱硫槽的底部封头作好标记，最底层装填φ50的氧化铝耐火球100mm，然后再装填φ25的氧化铝耐火球100mm（氧化铝耐火球最顶端与椭球形封头的直边段下缘相平齐），在其上装填I3085氧化锌脱硫剂245公斤，装脱硫槽内的档板，然后在档板上铺40目的金属丝网2张，装填SH-T512氧化锰脱硫剂520公斤，装φ25的氧化铝耐火球100mm，再加装40目金属丝网3张，最后加脱硫槽的井字压板。然后与系统的管线相连通。 （4）蒸汽发生系统的水清洗

清洗的范围：清洗的范围包括废热锅炉C0101、锅炉给水预热器C0102,对流段的锅炉给谁加热盘管及蒸汽主管道等。

用清水将清洗系统内的污物冲除，并检验系统是否漏水，水冲洗的合格标准为：肉眼观察无悬浮物。水冲洗干净后，排尽系统中的冲洗水。

22 - 22 -

600Nm3/h天然气制氢装置变压吸附工段

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操作运行说明书

工艺过程叙述

PSA提纯氢气装置是由五台吸附塔（E0201A~E,下简称A、B、C、D、E塔）一台气液分离缓冲罐（F0201）、一台产品气缓冲罐（F0202）、一台逆放气缓冲罐（F0203）和一系列程控阀组成。压力~1.4Mpa的天然气转化器进入(吸附E0201A、B、C、D、E)进行吸附，得到的产品气经过计量在产品缓冲罐（F0202）缓冲之后，减压去用户。杂质气体经逆放气缓冲罐（F0203）缓冲去转化炉燃烧。

第一章PSA工作原理和基本工作步骤

PSA工作原理

采用PSA分离气体工艺技术从天然气转化气中提纯氢气的原理是利用吸附剂对不同吸附质的选择性和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在高压下吸附原料中的杂质组分、低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。整个操作过程均在环境温度下进行。 基本原理介绍

1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的分子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）称为吸附质。PSA吸附主要为物理吸附。

2物理吸附：是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力进行的吸附。特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行得极快，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。

变压吸附提氢工艺过程是由于吸附剂在物理吸附中所具有的两个性质：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压力上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而实现氢气提纯的目的；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，达到连续提氢的目的。 24 - 24 -

PSA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。

另外，变压吸附生产过程中吸附与解吸之间是矛盾。一般而言，吸附越容易则解吸越困难。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、CO专用吸附剂等，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不断变化的，因而吸附剂还应有足够的强度和抗磨性。

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。

3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。

25 - 25 -

如下示意图：

从上图的B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。吸附剂的这段特性正是变温吸附（TSA）

工艺所利用的特性。 从上图的B→A可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大； 变压吸附过程正是利用上图中吸附剂在AB段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压（即A点）下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低杂质的分压（到B点）使各种杂质得以解吸。 工艺流程简述

流程框图如下：

燃料天然气 脱 天然气转化 天然气 脱硫 脱氧水

蒸气 解吸气放空 吸附 容量 Q4 Q3 Q2 Q1 C B A 温度较低 温度较高 D P1 解吸压力点 P2 吸附压力点 气体 分压 变换 变压吸附 产品氢气 26 - 26 -

变压吸附流程叙述：

变压吸附主要工艺采用5-1-3/P（5个吸附塔，1个塔同时吸附，3次均压）的常压解吸工作方式。每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、顺放（PP）、三均降（E3D）、逆放（D）、冲洗（P）、三均升（E3R）、二均升（E2R）、一均升（E1R）以及终充（FR）等十一个步骤。五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，以保证原料连续输入和产品不断输出。 基本工作步骤：

变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步骤。吸附剂的再生又是通过以下三个基本步骤来完成的：

1. 吸附塔压力降至低压

首先是顺着吸附的方向进行降压（简称为顺放PP），接着是逆着吸附的方向进行降压（简称逆放D）。顺放时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态。逆放时，被吸附的部分杂质从吸附剂中解放，并被排除吸附塔；

2. 用纯氢在低压下冲洗吸附剂，以清楚尚残留于吸附剂中的杂质—─冲洗P； 3. 吸附塔用纯氢升压至吸附压力，以准备再次吸附分离原料气—─终升FR。 本装置主工艺采用5－1－3/P工艺（以下简称1#工艺），即5塔1塔进料三次均压工艺；另外设置一套4－1－2/P的辅助工艺（以下简称2#工艺），即4塔1塔进料二次均压工艺；以备在程控阀外部元件故障导致程控阀不能开关时采用。 整个过程主要由32个程序控制阀来实现。程序阀编号如下： KV 02 XX X

其中：KV--------程序控制

02---------工段编号 XX--------阀门的功能

01－原料气进口阀 02－产品气出口阀 03－逆放阀 04－顺放阀/二、三均阀 05－终冲阀/－均阀 06－冲洗阀 07－解吸气放空阀 08－解吸气回收阀

X-------与吸附塔的编号A、B、C、E对应的阀门编号：a、b、c、d、e

27 - 27 -

第二节 PSA工作过程

PSA工作过程：在1#工艺中采用5塔3次均压变压吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均压(E1D)、二均压（E2D）顺放（PP）、三均压（E3D）、逆放（D）、冲洗（P）、三均升（E3R）、二均升（E2R）、一均升（E1R）以及终充（FR）等十一个步骤。五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，以保证原料连续输入和产品不断输出。 各塔相互工作关系如表2-1所示： A B E1R D E3D 在2#工艺中采用4塔2次均压变压吸附过程，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）以及终冲（FR）等九个步骤。四个解吸塔在执行程序安排上互相错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。各塔相互工作关系如表2－2所示： 表2－2：

A B C D E1R D P 1 A FR E2R E1R D P 2 E1D PP E2D A FR E2R E1R D 3 P A FR E2R E1R D P A E1D PP E2D 4 FR E2R 1 A FR D 2 E1D E2D PP E3D A; FR D 3 D A FR 4 P E3R E2R -- E1R D A FR E1D E2D PP E3D 5 FR D A P E1D E2D PP E3D P E3R E2R -- E1D E2D PP C E3R E2R -- E1R E E1D E2D PP E3D P E3R E2R -- E1R P E3R E2R -- E1R E1D PP E2D E1D PP E2D 1#主要工艺过程

一、

吸附（A） 压力：1.40 Mpa；时间：240 S

开启阀KV0201a、KV0202a

28 - 28 -

由天然气转化工段来的转化气通过阀KV0201a自上而下进入A塔，在工作压力下吸附杂志组分，未被吸附的产品组分，通过阀KV0202a流出，其中大部分作为产品本系统中的输出，剩余部分通过阀HV-0202、KV0205b向B塔进行终充。 吸附完毕，关闭阀KV0201a、KV0202a。

二、一均降（E1D） 压力：1.40 →1.00 Mpa；时间：30 S 开启阀KV0205a；

A塔停止吸附后，与结束二均升步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV0205a、KV0205c与C塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低，均压后A、C塔压力基本相等。

关闭阀KV0205a。

三、二均降（E2D） 压力：1.00 →0.60 Mpa；时间：30 S 开启阀KV0204a；

A塔完成一均降步骤后，与刚结束三均升步骤的D塔以出口端相连，即通过阀KV0204a、KV0204d与D塔进行第二级压力平衡，A塔压力再一步降低，均压后A、D塔压力基本相等

四、顺放（PP）压力： 0.60→ 0.35Mpa； 时间：180 S 继续开启阀KV0204a；

A塔完成二均降步骤后，塔内剩余气体经过阀KV0204a顺着出口方向通过调节阀HV－0201及阀KV0206e冲洗刚完成逆放步骤的E塔。当A塔压力降至规定值后，进行下一步骤。

五、三均降（E3D） 压力：0.35 →0.18 Mpa；时间：30 S 继续开启阀KV0204a；

A塔完成顺放步骤后，A塔内剩余的气体通过阀KV0204a、KV0204e与E塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力再进一步降低，直至两塔压力基本相等。 关闭阀KV0204a。

六、逆放（D） 压力：0.18 →0.02 Mpa；时间：30 S 开启阀KV0203a、KV0208

吸附器A上部氢含量较高的气体经KV0203a、KV0208进入逆放气缓冲罐，与先前进入的气体充分混合再去转化工段燃烧，使压力继续降低至接近常压值。 七、冲洗（P）压力：0.02 Mpa；时间：180 S

29 - 29 -

继续开启阀KV0203a，开启KV0206a；

A塔完成逆放步骤后，尚残存留在塔内的杂志是利用B塔顺放气，通过阀KV0204b、HV－0201和KV0206a从A塔出口端进入A塔，自上而下地对A塔床层进行冲洗，使塔内杂志进一步脱附，是吸附剂得到再生；冲洗到一定程度后关闭KV0208，开启阀KV0207，将塔内剩余的气体通过KV0207阀，经VG0210放空，大部分气体已经进入逆放气缓冲罐去燃烧。 关闭阀KV0203a、KV0207；

八、三均升（E3R） 压力0.02 →0.18Mpa；时间：30 S 开启阀KV0204a；

A塔完成冲洗步骤之后，与刚结束顺放步骤的B塔以出口端相连，即通过阀KV0204a、KV0204b与B塔进行第三级压力平衡，A塔压力得到升高。均压后A、B塔压力基本相等。

九、二均升（E2R） 压力：0.18 →0.60 Mpa；时间：30 S 继续开启阀KV0204a；

A塔完成三均升步骤之后，与刚结束一均降步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV0204a、KV0204c与C塔进行第二级压力平衡，A塔压力再一步升高。均压后A、C塔压力基本相等。 关闭阀KV0204a；

十、一均升(E1R) 压力：0.60 →1.00 Mpa；时间：30 S 开启阀KV205a；

A塔完成二均升步骤之后，与刚结束吸附步骤的D塔以出口端相连，即通过阀KV0205a、KV0205d与D塔进行第一级压力平衡，A塔压力再一步升高。均压后A、C塔压力基本相等。

十一、终充（FR） 压力：1.00 →1.40 Mpa；时间：210 S 继续开启阀KV0205a；

A塔的终究是利用产品气进行的，产品气经手动遥控阀HV-0202及KV0205a,由出口端进入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。通过这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。

其它四个塔的操作步骤与A塔相同，不过在时间上是相互错开的。

30 - 30 -

这些程控阀、手操调解阀HV－0201及HV－0202按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不间断地净化原料气，输出产品气。

2#工艺过程

一、吸附(A) 压力；1.40 Mpa；时间：240 S 开启KV0201a、KV0202a

由天然气转化工段来的转化气通过阀KV0201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂志组分，未被吸附的产品组分，通过阀KV0202a流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，剩余部分通过阀HV0202，KV0205b向B塔进行补充。 吸附完毕，关闭阀KV201a、KV0202a。

二、一均降（E1D） 压力：1.40→0.84Mpa；时间：30 S 开启KV0205a；

A 塔停止吸附后，与刚结束二均升压步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV0205c与C塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低。均压后A、C塔压力基本相等。

关闭KV0205a。

三、顺放（PP） 压力：0.84→0.54Mpa；时间：180 S 开启KV0204a；

A塔完成降压平衡一步骤后，塔内剩余气体仍顺着出口方向通过阀KV0204a,手操调解阀HV0201，KV0206d冲洗刚完成逆向放压的D塔。当A塔压力降至规定值后，停止顺放，进行下一步骤。

四、二均降（E2D） 压力：0.54 →0.28Mpa；时间：30 S 继续开启KV0204a；

A塔剩余的气体通过阀KV0204a、KV0204d与D塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。 关闭KV0204a。

五、逆放（D） 压力：0.28 →0.02Mpa；时间30S 开启阀KV0203a、KV0208；

A塔降压平衡二步骤结束后，逆放气体经过WG0202排出，经KV0208排放到逆放气缓冲罐，使吸附剂得到再生。A塔压力降为接近常压值。

31 - 31 -

六、冲洗（P） 压力：0.02Mpa；时间：180 S 继续开启阀KV0203a；KV0208；

A塔逆放后，尚残存在塔内的杂质是利用B塔顺放气，通过阀KV0204b、手操调节阀HV0201和KV0206a从A 塔出口端进入A 塔，自上而下地对A塔床层进行冲洗，使塔内杂质进一步脱附，开始的部分气体通过KV0203a、KV0208排放到逆放气缓冲罐，和先前进入的气体混合后去转化工段燃烧；关闭KV0208，开启KV0207，使冲洗气体经VG0210放空。 关闭阀KV0203a，KV0207。

七、二均升（E2R） 压力：0.02→0.28Mpa；时间：30 S 开启阀KV0204a；

A塔冲洗后，利用B塔降压平衡二步骤的气体，通过阀KV0204b、KV0204a与A塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力升高，直至两塔压力基本相等。 关闭阀KV204a；

八、一均升（E1R） 压力：0.28 →0.84Mpa；时间：30 S 开启阀KV0205a；

在升压平衡二步骤结束后，利用正处于降压平衡一步骤的C塔气体通过阀KV0205C、KV0205a与A塔以出口端相连，进行第一级压力平衡，A塔压力进一步升高，直至两塔压力基本相等。

九、终充（FR） 压力：0.84 →1.4Mpa；时间：210 S 继续开启阀KV0205a；

A塔的最终升压是利用产品气进行的，产品气经手操调节阀HV0202及KV0205a，由出口端进入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力。通过这一步骤，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。

其他三个塔的操作步骤与A塔相同，不过在时间上是相互错开的。

这些程控阀、手操调节阀HV－0201及HV0202按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不间断地净化空气，输出产品气。

主程序为5-1-3/P工艺，当某一台吸附器上程控阀因外部元件导致程控阀不能开关时，程序可手动由5-1-3/P工艺切换为4-1-2/P方式运行。

32 - 32 -

第二章自控调节系统及工艺过程参数检测

第一节 自动调节系统功能说明

系统设有 一套单回路自动调节系统（PICA－0201），用于吸附塔压力自动调节。可根据设定的值，自动改变PV－0201的开启大小，从而保证吸附压力的稳定。

另设有一套单回路自动调节系统（PIC－0203），用于产品气减压到用户所需要的压力，可根据设定的值，自动改变PV－0203的开启大小，从而保证阀后输送压力的相对稳定。

第二节 手操遥控系统功能说明

系统设有两套手操遥控系统，其主要功能说明见表3－1。 序号 1 仪表位号 HV－0201 手操遥控系统名称 顺放气量手操遥控系统 当一吸附塔处于顺放步骤、顺放－冲洗气量控制适当与否，是影响产品质量和产品提取率的因素之一。本系统通过PLC手动调节阀门HV－0201来控制顺放－冲洗气量，以保证顺访结束时压力控制在一定值上，冲洗气量控制在最佳流量。根据工艺过程特点，为防止冲洗过程初期后续解吸气系统产生较大的压力波动，通过PLC进行控制，使在冲洗过程开始时，顺放程控阀HV－0201的开度，由小逐渐增大，直至达到设定开度为止。 2 HV－0202 终充气量手操遥控系统 利用产品通过终充流量手操遥控系统HC－0202的遥控阀HV－0202，对吸附塔进行充压。调整HC－0202的阀门开度，使在最终升压步骤结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附压力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低了原料处理量和产品输出的波动。 功能说明

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第三节 PLC集中显示、控制仪表

表3－2 PLC集中显示、控制仪表一览表

序号 1 2 3 4 5 仪表位号 KV－0201 PI0202a～e PICA－0201 PIC－0203 HIC－0201 系统名称 程序控制系统 吸附塔压力指示 吸附压力自动调节 产品氢气去用户压力自动调节 顺放气量手操遥控系统 测量范围 0～2.5Mpa 0～2.5Mpa 0～1.0Mpa 0～100％（阀门开度） 6 HIC－0202 终充流量手操遥控系统 0～100％（阀门开度） 7 FQI-0201 产品氢气流量瞬时，累计计量系统 0～720Nm3/h

第四节 现场工艺参数检测点

表3－3 现场主要检测点一览表 序号 仪表位号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PI－0251 检测点名称 吸附塔进口压力指示 安装地点 PG0201 测量范围 0~2.5Mpa PI－025a～e 吸附塔工作压力指示 PI－0253 PI－0254 PI－0255 S－0251 S－0252 S－0253 S－0254 产品气缓冲罐压力指示 产品气去用户压力指示 解吸气去燃烧的压力指标 吸附塔进口气体成分分析 PG0203a~e 0~2.5Mpa H0201 H0202 WG0204 PG0201 0~2.5Mpa 0~1.0Mpa 0~0.4Mpa 产品缓冲罐进口气体成分指示 H0201 解吸气去燃烧的成分分析 WG0204 产品氢气去用户用户成分分析 H0202

34 - 34 -

第三章开车

第一节 初次开车前的准备工作

在PSA装置安装完毕，完成了整个装置的吹扫、强度试验、气密性试验后、吸附塔装填了吸附剂，应对自控系统进行严格的检查及调试，以保证整个装置可随时投入运行。但在通入原料气前还必须用干燥、无油的氮气对整个装置的设备和管道进行置换，使含氧量降到0.5％（V％）以下，以上工作完毕后，应将全部阀门处于关闭状态。

第二节 投料启动

在经过整个装置的工艺、仪表检查并确定氮气置换合格后，装置已处于随时可以投料的运行状态。

一、 阀门开启度设定 1.阀门开启度设定

全开所有压力表阀，但应注意逐步开启，以防止压力表损坏； 不合格产品经管道DR0202或VG0206去放空总管VG0210； 全开WG0202管路上截止阀，半开WG0203管路上截止阀。 2.调节阀和连锁阀的设定（见表4－1）

表4－1 调节阀和连锁阀的设定

仪表信号 PICA－0201 PIC－0203 HC－0201 HC－0202 操纵阀门代号 控制方法 PV－0201 PV－0203 HV－0201 HV－0202 手动 手动 手动 手动 设定值 全程开度的50％ 全程开度的50％ 全程开度的50％ 全程开度的50％ 3检查仪表空气输入压力，开启所有使用仪表空气源的阀门。 二、 PSA程序控制设定

将微机控制器退到停机状态，在上位机设置自动工作状态，各步骤时间按正常运行的操作参数设定。

三、 启动

35 - 35 -

1渐开进气阀，将原料气流量控制在每一吸附周期使吸附塔压力均匀升高的速度。

2当吸附塔压力升至吸附压力时，可将吸附压力自动调节系统（PICA－0201）投入自动操作。在升压过程中，通过顺放流量手动遥控（HV－0201）和终充流量手动遥控系统（HV－0202），随时调整顺放和最终升压流量。

3当吸附塔的吸附压力升到1.4Mpa时，可将原料气流量逐步增大，同时通过调整终充流量调节系统（HV－0202）将最终升压终止时压力调整到比吸附压力低0.01～0.05，通过调整顺放流量手操遥控系统(HV－0201)将顺放压差调整在0.2～0.3Mpa。

4产品达到要求后，通知后续工段准备接受纯H2产品。 四、 正常运行调节

1.

1#工艺变压吸附系统主要操作参数（见表4－2） 表4－2 变压吸附系统个步骤压力及时间分配 序号 步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2.

2#工艺变压吸附系统主要操作参数（见表4－3） 表4－3 变压吸附系统各步骤压力及分配时间分配 序号 步骤 压力(Mpa) 时间（S） 吸附（A） 压力（Mpa） 时间（S） 1.40 240 30 30 180 30 30 180 30 30 30 210 一均降（E1D） 1.40→1.00 二均降（E2D） 1.00→0.60 顺放（PP） 0.60→0.35 三均降（E3D） 0.35→0.18 逆放（D） 冲洗（P） 0.18→0.02 0.02 三均升（E3R） 0.02→0.18 二均升（E2R） 0.18→0.60 一均升（E1R） 0.60→1.00 终充（FR） 1.00→1.40 36 - 36 -

1 2 3 4 5 6 7 8 9 吸附（A） 1.40 240 30 180 30 30 180 30 30 210 一均降（E2D） 1.40→0.84 顺放（PP） 0.84→0.54 二均降（E2D） 0.54→0.28 逆放（D） 冲洗（P） 0.28→0.02 0.02 二均升（E2R） 0.02→0.28 一均升（E2R） 0.28→0.84 终 充（FR） 0.84→1.40 说明：根据实际情况需要可作适当调整。 2、运行检查项目和调整、

为了良好的运行，在运行期间要检查和调整下列项目； ● 吸附压力

吸附压力是决定装置能力的主要参数，在设计范围内，提高吸附压力，装置能力增大，通过吸附压力自动调节系统（PICA-0201）在装置允许范围内尽量保持较高的吸附压力。 ● 均压时间

由于存在阻力，吸附，解吸速度等多种因素，两个吸附塔均压时要达到压力平衡，进行均压（一均、二均或三均）的两个吸附塔，其压差小于0.05Mpa，即为完成均压过程。

● 顺放时间和顺放流量

一个吸附塔进行吸附步骤的时间主要由顺放时间确定。增加原料处理量或提高产品质量应当缩短顺放时间；反之，则开始增加顺放时间。在改变顺放时间的同时，应调节顺放流量遥控阀（HV-0201）的开度，使顺放步骤结束时，吸附塔压力达到规定范围。 ● 终充流量

在吸附塔再次进行吸附步骤之前，利用产品通过终充流量手操遥控系统（HIC－0202）的遥控阀（HV－0202），对吸附塔进行充压。调节遥控阀的开度，使在最终升压步骤结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附压力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低了原料处理量和产品输出的波动。

37 - 37 -

● 解吸气排放

解吸气经逆放气缓冲罐（F0203），回收去转化 炉B0101燃烧。 ● 产品纯度

一个吸附塔具有固定的吸附杂质的能力，在一个吸附～再生循环过程里能提纯一定数量的原料气。循环时间过长或原料气流量过大，产品纯度下降，产品收率相应提高；循环时间过短，产品纯度很高，产品收率相应降低；床层未充分利用而引起产品组分的损失增大。

通过调整循环时间的方法可生产出不同纯度的产品，其纯度控制范围通常控制在99.9～99.99％之间。纯度越高，产品组分回收率相应降低，根据实际需要，选择适当的氢纯度以获得较高的效益。

● 产品纯度从不合格状态到合格状态的调整方法

产品纯度下降表明吸附塔在吸附步骤中杂质组分已达到吸附塔的出口端，其原因是操作调节不当，或是自控系统发生故障引起。调整的有效方法一是低负荷，运转一段时间；二是缩短循环时间。二者结合起来则产品纯度恢复更快，但注意缩短循环时间要保证顺放和最终升压步骤所需的时间。此时阀HV0201、HV0202适当开大。

第四章停车和停车后再启动

第一节正常停车

停车前通知调度及前后有关工序，然后按下述步骤正常停车： 1关装置界区原料气入口阀； 2关装置界区产品出口阀；

3程序控制顺放时间设定值随着吸附压力下降逐渐减少，使各吸附器压力逐渐降至0.2Mpa左右（各塔均能保持在正压状态）。 4停控制器电源； 5 PSA程序停止运行； 6关装置界区解吸气输出阀。

第二节紧急停车

当突然停电、停水或装置出现故障时，则需要紧急停车，其步骤如下： 1切断电源，所有程控阀关闭（如遇突然停电，所有程控阀自动关闭）；

38 - 38 -

2迅速关闭现场总进气和出气截止阀。 3根据现场具体情况，参照正常停车步骤处理。

第三节临时停车

因故不超过1小时的停车为临时停车，其操作步骤为： 1关闭进气总阀；

2按停车键，所有程控阀关闭，使各塔保持当前压力； 3关闭出口总阀。

第四节长期停车

1 关原料气入口阀；关产品出口阀。 2 停控制器电源； 3 PSA程序停止运行； 4 关解吸气输出阀

5 顺放时间设定值随着吸附压力下降逐渐减小，使各吸附塔压力至零为 止；

6 开启装置内置换用氮气入口阀；

7 手动分别开启KV0201a、KV0201b、KV0201c、、KV0201d、KV0201e，将所有吸附塔充氮并保持压力在0.2 Mpa 。

第五节停车后再启动

一、

正常停车后再启动。

按第三章方法执行。

二、

紧急停车后再启动

紧急停车和临时停车后吸附塔内都保持着停车前的工作步骤和相应的压力，这种工况下的启动，按如下步骤进行：

1.

接通电源，PSA控制程序处于停车状态，检查各吸附塔压力状态与PLC控制

系统处于的程序步骤是否一致。停车后程序具有记忆功能，一般没进行任何操作，应处于停车时的程序步骤。

若各吸附塔压力状态不能确定属于某一程序步骤，那么应通过程序控制的手动开关，驱动有关程控阀，对吸附塔卸压和充压，使各吸附塔之间的压力

39 - 39 -

状态处于规定的某一步骤，并使控制器所执行的步骤与之同步，逐渐开启进气阀，原料气进入装置，装置投入运行。

第五章故障与处理方法

外界条件失常或系统本身在运转过程中操作失调或某一部分失灵，引起产品纯度下降。在故障原因没有确定之前，可不需停运，继续观察，此时不合格氢气可通过VG0206管道排放至放空总管VG0210，待故障判明后决定停运或继续运行，如系统出现重大问题，则应紧急停车。

比较可能发生的故障在以下几个方面：

第一节 界外条件供给失常

1.原料气带水

原料气带水进入吸附塔导致吸附剂实效，应立即关闭吸附塔进料总阀，由旁通阀放空，检查带水程度并作出相应处理。

2.停电

停电时，程序控制无输出，所有程控阀自动关阀，装置处于停运状态。这种情况可按紧急停车处理。

2.

仪表空气压力下降

本装置要求空气压力约为0.6Mpa，如压力过低，会使启动程控阀不能正常开或关，导致各吸附塔工作状态混乱，产品质量下降，此时应停车处理。

第二节 操作失调

PSA过程运转是否正常，关键是各吸附塔的运行状况时是否良好，系统操作失调会立即或逐步使塔的再生恶化。由于PSA过程是周期性循环过程，因此只要其中一个吸附塔再生恶化，就会很快波及和污染到其它吸附塔，最终导致产品质量的下降。 1. 原料处理量与周期时间

吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附能力是定量的，一旦处理量增大，就应该相应缩短周期，使原料气带入杂质量不超过吸附剂的承受能力，如不即使调整周期，杂质就会很快污染产品。

2. 顺放气量

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tvfg.html