变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置.doc

PSA-CO2操作运行手册 1变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置操作运行及维修说明书设计阶段：施工图常州唯都科技有限公司2006 年 11 月中国PSA-CO2操作运行手册 2第一章第一章 本操作说明书是为 18000Nm3/h 变换气脱除二氧化碳装置编写的，用于指导操 作人员对装置原始开车和维持装置正常运行其主要内容包括工艺原理、工艺流程、 工艺过程、开停车程序、操作方法、故障判断和相关的安全知识本操作说明书是 按设计条件编写的操作方法及操作参数，在偏离条件不大的情况下，操作者可根据 生产需要对操作方法及操作参数作适当和正确的调整但在任何情况下操作人员均 不应违反工业生产中普遍遵循的安全规则和惯例 本装置采用气相吸附工艺，因此原料气中不应含有任何液体和固体 本操作说明书主要对该装置的工艺过程及操作方法作详细介绍在启动和操作 运行本装置之前，操作人需透彻地阅读本操作说明书，因为不适当的操作会影响装 载的正常运行，影响产品的质量，导致吸附剂的损坏，甚至发生事故，危及人身及 装置安全。

除专门注明外，本操作说明书中涉及的压力均为表压，组份浓度为百分 浓度，流量均为标准状态（760mmHg,273k）下的体积流量 1 工艺原理及工艺过程工艺原理及工艺过程 1.0 概述 本装置用于合成氨变换气脱除二氧化碳，装置建设规模为处理合成氨变换气 18000Nm3/h(30%~110%) 1.1 原料气 原料气为合成氨变换气1.1.1 压力: ≥0.74Mpa 1.1.2 温度: ≤40℃ 1.1.3 流量: 5400-18000Nm3/h 1.1.4 组份: 表 1-1 组份H2N2CH4CO2COH2OH2SΣ V% 1.2 产品 变换气经过本装置后，CO2、H2O、硫化物等组份将被除去对脱除 CO2、H2O、硫化物等组份的气体（H2、N2）称为产品气 1.2.1 纯度: 净化气 CO2含量≤0.2%（V） 1.2.2 压力: ≥0.60Mpa 1.2.3 温度: ≤40℃ 1.2.4 流量: 3800-12600Nm3/h 1.3 副产物 1.3.1 压力: ≤0.01Mpa 1.3.2 温度: ≤40℃ 1.3.3 流量: ~5400Nm3/h 1.4 工艺设备 本装置包括水分离器（V0201） 、吸附塔 （T0201A、B、C、D、E、F、G、H、I、J） 、储气罐（V0202） 、以及动力设备真 空泵机组 P0201（A、B、C、D） 、压缩机 C0201A、B 等，见表二，其中吸附器是 本装置的核心设备。

PSA-CO2操作运行手册 3表二 装置配备有下列工艺设备 设备名称位号数量（台）容积（m3）用途 水分离器V0201110除去气体中的水分 吸附塔T0201A~H834提供吸附场所 储气罐V0202134缓冲 真空泵P0201A~D4促进吸附剂再生 压缩机C02012气体回收二 工作原理 2.1 工作原理 利用吸附剂对气体的吸附随压力变化而变化的特性，吸附剂在选择吸附的 条件下，加压吸附气体中的 CO2 组份，减压脱附这些 CO2 组份而使吸附剂得 到再生，而氢、氮、一氧化碳以及甲烷作为弱吸附组分通过床层为提高弱吸 附组分收率并保证产品气的连续输送，本装置采用三塔同时吸附，四次均压和 连续回收的工艺流程 吸附过程有以下特点：①吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体 （吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异；②一种特定的气体在吸附剂上的吸 附量随着其分压的降低而减小变压吸附脱碳技术就是根据这些特性，在较高压力下吸附原料气中的 CO2 组份，不易吸附的组分则穿过吸附床层作为产品气输出，而通过降低吸附床 层压力使被吸附的组分脱附解吸，从而使吸附剂再生。

本装置采用抽空降压的解吸工艺流程，尽可能地降低杂质组分的分压， 以使吸附剂得到彻底的再生 1.3.2 生产过程 来自界外的原料气进入变压吸附系统变压吸附系统采用 10-3-2-4/H 操 作工艺，即设 10 台吸附塔、任何时刻都有 3 台吸附塔进料（处于吸附状态） ， 实现 4 次均压10 台吸附塔交替切换操作，产品气连续稳定的输出 表三：变压吸附过程有关的程控阀门编号 KV X I| | |———阀门功能| | |———1 原料期进口阀| | |———2 净化气出口阀| | |———3 抽真空阀| | |———5 终充阀| | |———7 回收阀PSA-CO2操作运行手册 4| |—————设备编号|————————程控阀10-3-4/H 工艺工艺 本装置采用 10-3-4/H 工艺流程每一个吸附塔在一次循环中都要经过吸附 （A） 、压力第一均衡降（E1L） 、压力第二均衡降（E2L） 、压力第三均衡降（E3L） 、 压力第四均衡降（E4L） 、回收（HS） 、抽真空（CU） 、压力第一均衡升（E1R） 、 压力第二均衡升（E2R） 、压力第三均衡升（E3R） 、压力第四均衡升（E4R） 、终充 （RL）等十二个步序。

现以 A 塔在一个循环内经历十二个步序的工况为例，对本装置变压吸附工艺 过程进行说明 （1） 吸附（A） 开启程控阀 KVA1、KVA2，原料气通过 KVA1 进入 A 塔，原料气中 CO2和 水等在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的 H2、N2、CO、CH4等组份（称为净 化气） ，经 KVA2 进入产品气总管送出界外当 CO2的吸附前沿到达吸附塔某一位 置时关闭 KVA1、KVA2，原料气停止进入 A 塔塔内保持吸附时的压力 （2） 压力第一均衡降（E1L） A 塔吸附步骤停止后，即开启 KVA4 及 KVD4使 A 塔出口端和刚结束压力 第二均衡升步骤的 D 塔的出口端相连通，A 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间 及吸附剂内部空隙的气体)由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVD4 阀，从 A 塔进入 D 塔 该步骤结束时，A 塔和 D 塔压力基本达到平衡，而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达 到出口端 (3) 压力第二均衡降（E2L） A 塔压力第一均衡降后，A 塔和 D 塔压力基本达到平衡，关闭 KVE4 阀，打 开 KVJ4 阀，A 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVJ4 阀，从 A 塔进入 J 塔。

该步骤结束时，A 塔和 J 塔压 力基本达到平衡，而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 (4) 压力第三均衡降（E3L） A 塔压力第二均衡降后，A 塔和 J 塔压力基本达到平衡，关闭 KVJ4 阀，打开 KVE4 阀，A 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVE4 阀，从 A 塔进入 E 塔该步骤结束时，A 塔和 J 塔压 力基本达到平衡，而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 (5) 压力第四均衡降（E4L） A 塔压力第三均衡降后，A 塔和 E 塔压力基本达到平衡，关闭 KVE4 阀，打 开 KVI4 阀，A 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVI4 阀，从 A 塔进入 I 塔该步骤结束时，A 塔和 I 塔压 力基本达到平衡，而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 (6) 回收（HS） A 塔压力第四均衡降后，A 塔和 I 塔压力基本达到平衡，关闭 KVA4 和 KVI4 阀,打开 KVA7，通过压缩机对 A 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内 部空隙的气体)进行回收。

(7) 抽真空（CU）PSA-CO2操作运行手册 5A 塔回收完毕后，A 塔的压力基本达到微负压打开 KVA3 阀，对 A 塔抽真 空,该步骤结束后，A 塔内的吸附剂再生完全 (8) 压力第四均衡升（E4R） A 塔抽真空后，A 塔内的吸附剂再生完全，关闭 KVA3 阀，打开 KVA4 和 KVH4 阀，H 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 H 塔出口端经 KVA4 及 KVH4 阀，从 H 塔进入 A 塔该步骤结束时，H 塔和 A 塔压 力基本达到平衡 (9) 压力第三均衡升（E3R） A 压力第四均衡升后， D 塔和 A 塔压力基本达到平衡打开 KVA4 和 KVD4 阀，D 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 D 塔出口 端经 KVD4 及 KVA4 阀，从 H 塔进入 A 塔该步骤结束时，D 塔和 A 塔压力基本达 到平衡 (10) 压力第二均衡升（E2R） A 压力第三均衡升后, J 塔和 A 塔压力基本达到平衡打开 KVA4 和 KVJ4 阀， J 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 J 塔出口端经 KVJ4 及 KVA4 阀，从 H 塔进入 A 塔该步骤结束时，J 塔和 A 塔压力基本达到平 衡。

(11) 压力第一均衡升（E1R） A 压力第二均衡升后， E 塔和 A 塔压力基本达到平衡打开 KVA4 和 KVE4 阀，E 塔内死空间气体(系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体)由 E 塔出口 端经 KVE4 及 KVA4 阀，从 E 塔进入 A 塔该步骤结束时，E 塔和 A 塔压力基本达 到平衡 (12) 终充（RL） A 压力第一均衡升后， E 塔和 A 塔压力基本达到平衡打开 KVA5 阀，产品 气通过终充调节阀和 KVA5 阀进入 A 塔使 A 塔的压力升至吸附压力该步骤结 束时A 塔的压力应和吸附压力相同 A 塔又准备开始下一个循环的吸附步序) 备注备注:吸附塔在升压过程中有时需要隔离吸附塔在升压过程中有时需要隔离,介绍步骤时没有表述介绍步骤时没有表述. 三三 工艺流程 本装置工艺管道及仪表流程图见 SJ0403-32-200-01、02 作为本装置的原料气合成氨变换气在 0.7~0.8Mpa， ≤40℃条件下进入本装置，首 先经水分离器（V0201）分离掉气体中可能夹带的液态物质后，经流量计 FIQ201 计量后进入由十台吸附塔（T0201-A-J）及程控阀门组成的变压吸附系统。

产品气从吸附塔顶出来，经调节阀 PV-201 调节压力以及经流量计 FIQ202 计 量后，送出界外 PSA 系统的解吸气来自吸附塔的抽真空阶段，抽空气经管道高空排入大气 如抽空气需回收，则由管道送出界外 第三章 工艺过程参数检测及自动控制调节系统 一、概述 PSA 工艺是靠周期性地切换阀门来实现的，为使整个工艺过程能连续稳定的 进行，要求自控系统具有较高的水平本装置控制系统采用西门子 S7-300 型 PLC 系统，其它仪表选用电动仪表 本装置的工艺参数有压力、流量、成份三种. 部分压力在现场检测，部分分析 点在现场取样，重要参数如原料压力，产品压力，各吸附塔压力，净化气 CO2含PSA-CO2操作运行手册 6量等在计算机屏幕上均有指示和记录. 由于本装置受前后工段的影响，使得原料气流量、成份、压力有一定的波动， 为了保证装置正常，安全地运行，本装置共设置了一套压力调节系统，一套流量调 节系统，一套 CO2成份连续分析仪，一套计算机程序控制系统.二 过程控制,调节和参数检测说明1)原料气/产品气流量计量系统(FIQ-201/ FIQ-202。