唐强

摘 要：变压吸附（PSA）装置属于每个炼油装置的起始点，其中的控制系统是让PSA装置得到正常运行的关键组成，通过对原有的PSA制氢装置进行改造，使用高级编程语言来实现床层的多种方式、多个时间点切换，最大程度的减少故障问题的不利影响，避免产品流量出现损失，让氢气的收率可以得到提升。

关键词：PSA制氢装置;改造;问题

引言

想要让总产氢的能力得到提升，让最终的产品可以更好的满足氢气纯度要求，让技术改进可以与PSA单元结合在一起，实现对吸附能力的有效推进。在对PSA制氢装置进行改造之后，可以让新吸附剂的性能和装填量得到有效提升，这样可以让制氢原材料的消耗得到有效的降低，让富氢资源可以得到充分的利用。

1.变压吸附系统工作原理

对于变压吸附技术来说，它主要是一种应用在分离气体混合物的新分离技术，是将原料气在较高的压力下来通过吸附剂床层来让原料气中的杂质组分得到选择性的吸附。PSA装置所发挥的主要作用就是提纯氢气，其原料可以说是制氢单元来的变换气，其中主要的成分就是氢气，剩下的就是一氧化碳和二氧化碳以及微量的水分，而吸附剂就是发挥出活性碳和分子筛的重要作用。在对同一气体进行吸附的过程中，任何一种吸附剂在达到吸附平衡的状态之后，吸附剂的吸附量就会出现随气体压力升高而增加的现象。在吸附的过程当中，主要是在40℃下通过水分离器来除去原料气中的可能会夹带的机械水，接着就会进入到吸附床和程控阀组成的变压吸附系统当中，其中每个吸附床都是由12台程控阀来构成，而PSA系统主要是采用10塔来进行操作，由3塔同时进料4次均压。在原料气进行吸附的时候，主要是从入口端进入，然后再采用自下而上的方式通过3个吸附器，做好对原料气中强吸附组分的吸附，其中的氢组分要作为产品气从出口端来流出，而剩余的7塔需要分别不同的步骤来进行操作。当10个塔在进行交替循环工作的时候，需要将时间的相互交错性多加关注，让原料气可以实现不断的输入，从而达到产品气不断输出的重要目的。对于整个变压吸附过程来说，它是由16个步骤来组成，并且由PLC来进行具体的控制，并且每个步骤都是根据所需要的时间和原料负荷以及压力参数来确定，整个工艺过程都是一套时序控制过程。

在天然气的制氢过程当中，主要可以包含着两个部分的内容，一个部分是由天然气蒸汽转化为气，另一个部分就是变压吸附（PSA）提纯氢气。对于天然气来说，它主要是通过镍催化剂的反应来让天然气和水蒸气可以得到混合，然后再经过一定的压缩和脱硫之后实现相关的物质转换工作，从而变成二氧化碳、一氧化碳和氢气的转化气。另外还可以利用一定的变换条件来将转化气一氧化碳转变为氢气，这种就被称为是变换气。再经过一定的变压吸附作用之后，具有较高纯度的氢气就可以从变换气和转化气中得到。

2.PSA单元存在的主要问题

对于PSA单元处理能力偏小问题来说，需要及时做好处理。一般来说是在原有的PSA单元进行开工之后就可以发现一定的问题。原有单元的极限产量还没办法很好的符合设计的要求，基本上只能达到产量的74%左右，无法很好的对氢装置的产氢需求来进行满足。在经过详细的分析和探讨之后，主要的问题会集中在几个方面的内容：首先来说，在对改造前后的PSA装置建设时间进行一定的比较之后可以看出，后期所增设的6台吸附罐内的吸附剂和先前已经投入到使用当中的6个罐都会存在不匹配的问题。从装填量方面来说，也无法很好的对生产需求进行有效满足;其次来说，吸附剂装填方面也存在着不合理的问题，容易出现偏大的吸附剂床层死空间;第三就是氢气回收率较低的重要性问题，尤其是对于一氧化碳和二氧化碳来说，它们在氢气产品中的控制量是必须要重点关注的问题，没有经过改造的氢气回收率仅能达到80%左右;最后，对于没有经过改造的PSA装置来说，一般都具有较小的吸附塔的解析气管线，这是需要重点优化和改造的方面，需要多加注意。

3.PSA制氢装置改造方案的实施

3.1改造措施分析和思考

在对上述的所存在的PSA单元问题进行一定的分析之后，将其与实际的情况作出结合，让设计单位和相关的专家都可以进行积极的探讨和论证，从而提出相关的改造和优化措施，让制氢装置可以更好的发挥出其效果和作用。第一，在整个工程中增加一台顺放气缓冲罐，可以让冲洗调节回路的位置进行一定的优化和修改;第二，对于所有的吸附剂都要进行更换和处理;第三，要做好对DN250的解吸气出口程控阀门的增设管理;第四，将所有的解吸气都充分的混合在解吸气混合罐当中，然后再将其放在相应的转化炉当中;第五，要对计算机控制程序进行一定的修改，并且要做好对其流程的优化护理，让其可以更好的发挥出自身的作用。

3.2具体方案实施探讨

流程的优化是在进行相应的改造之后所展现的运行方式，在这个时候，三个吸附塔在装置的十二个吸附塔中就会一直的处在一个进料吸附的状态当中，这是一个四次均压的过程，在对其吸附能力和再生工艺过程进行分析和处理之后就可以发现，其中所涉及到的内容主要包括着吸附、连续四次均压降压、冲洗、顺放、连续四次均压升压，还有相关的产品气升压等几部分来共同的组成。

3.3改造遗留问题

在对PSA单元的产氢能力瓶颈进行确定之后，需要对操作参数进行利用，让其可以在极限负荷测试中来进行，其中主要包括着吸附塔内的冲洗再生压力，在对其进行观察之后可以发现，当处在满负荷状态下的时候，其再生压力可以达到0.09～0.1MPa（G），将其与正常设计值进行比较，可以发现有明显的偏高现象，很容易造成解吸效果的降低，让整个制氢装置的处理能力都受到了一定的制约影响。

为了让润滑油加氢装置以及加氢裂化等方面的需求得到更好的满足，让氢气资源可以得到更为优质的利用，需要做好对原进燃料管网中重整氢和制氢中的变气的混合性处理，然后再进入到相关的PSA单元当中，对其提出相应的操作，让一些原料的应用都可以得到一定的降低，实现对剩余资源的有效利用，让装置成本也可以得到有效的降低。

结语

综上所述，PSA装置的生产工艺和控制方式改进需要重要的平台支撑，将多级均压的方式应用在其中，可以让氢气的回收率得到很大的提升，同时也能让故障问题发生的时候依旧保持着对于更多床层的运行，不让氢气出现减少的现象，避免给生产造成不良的影响。对原有的SPA装置进行改造，将新的工艺和技术都应用在其中，可以让制氢装置的可靠性得到有效提升，同时也能在很大程度上降低操作的难度，不管是在发生故障需切除床层还是排除故障后都可以恢复到正常运行的方式，并且都可以达到自动实现的目标。

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