变压吸附提纯氢气及其影响因素分析

杨明

摘 要：   随着经济和科技水平的快速发展，我国市场上绝大多数企业采取焦炉煤气作为制氢原材料，焦炉煤气作为化工企业常用的燃料，其内部存有60%左右体积百分比的氢气资源，通过变压吸附技术进行高纯度氢气的提取，剩余的原料又可用于生产其他化工产品。相对于传统落后的氢气提取方法而言（如电解法、氨气裂解法等），变压吸附技术的成本投入较小，且效率较高，具有极其广阔的应用前景。变压吸附技术主要依赖相关设备装置对气体进行变压吸附，继而采取先进手段进行气体提纯，是一种相对独立的大型化化工企业操作流程。就目前的化工市场氢气提纯统计数据而言，该技术的应用优势十分显著。基于此，文章首先介绍了变压吸附技术的基本应用原理，然后分析了氢气提纯的相关影响因素，以便为相关企业提供科学合理的理论参考依据。

关键词：  变压吸附;制氢;提纯

【中图分类号】TQ116.2     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）06-0142-01

引言：变压吸附（PSA）提纯氢气装置吸附剂寿命短、吸附性能差、产品氢气纯度和氢气回收率低，故障自动诊断切塔专家系统设计有缺陷造成吸附塔压力大幅波动。通过更换全部吸附剂，提高产品氢气纯度和氢气回收率;通过更换故障自动诊断处理专家系统，消除装置故障切塔过程中的非正常压力波动，提升装置安全性;通过更换自适应优化控制系统，装置产品质量控制更稳定，提升装置运行经济性。

1 变压吸附与单元氢气收率概述

变压吸附简称为PSA，其为一种新型的将气体吸附并分离的工业生产技术，通过变压吸附的技术能够分离出高纯度的气体产品，并且变压吸附技术对操作环境的要求不高，在一般温度和压力适中的环境就可以操作。变压吸附技术以其设备简洁、操作简单、可连续进行气体吸附分离生产的优势被众多工业领域如石化行业、工艺行业等广泛使用。随着工业领域的不断发展，各个环节对相关产品质量的要求不断提升，因此为提升经济效益与生产成本如何在变压吸附过程中增强单元氢气收率成为多个工厂重要的发展点。在当下变压吸附过程存在影响着单元氢气收率的问题。首先当下工业生产中存在变压吸附装置封闭不严的问题，程控阀内漏的密闭不够严密会导致氢气收率偏低的状况出现。此外氢气原料的封存不够紧密，原料气的部分流失会导致相应一部分氢气不被分离提取。员工的操作技术不熟练同样会导致单元氢气分离提取的数量较少、质量较低。变压吸附中的吸附剂不符合变压吸附技術实际操作的要求，PSA分离技术的工作核心在于吸附剂，PSA技术分离氢气的分离效果、工艺步骤的简易或者复杂程度、技术操作实施时间周期长短等均与吸附剂有关。

2 影响变压吸附的主要因素

这里对影响变压吸附的基本因素进行探讨，以便更为明确地分析变压吸附提氢技术要点。首先是变压吸附装置的影响，变压吸附装置的具体运行效率决定着氢气吸附的水平，为此，相关技术人员需要对选用的变压吸附设备进行分析。相关研究数据资料表明，变压吸附装置的组成结构对吸附水平的影响较大，原材料的质量也在某种程度上影响着装置运行能力，这在工艺转换环节表现得尤为明显。倘若原材料的质量与预期存在较大的偏差，则会导致变压吸附材料发生温度变化，进而导致最终产生的一氧化碳、二氧化碳的含量也存在较大的不同。除此之外，考虑到氢气产量往往作为变压吸附能力的衡量依据，当原料中的氢气组分含量增大时，吸附装置杂质吸附量就会降低，反过来就会有多余的杂质成分产生，这也会导致变压吸附装置运行困难，降低了使用效率。

3 提升变压吸附单元氢气收率的措施

3.1 原料气含腐蚀杂质

变压吸附（PSA）中对原料气的含硫量有着比较高的要求，通常情况下要求含硫量不得高于0.01‰，但是不少装置在运行中发现吸附塔过滤器及塔顶铁丝网有过度腐蚀现象，分析其原因是原料气中含硫量过高，由于生产环节的不稳定，产生了波动，在前端通过胺洗去除硫化氢时，过高的含硫量无法被完全脱除而夹带到了原料气中，且原料气未经过水洗使得部分铵盐也被带到了变压吸附装置入口，这些杂质容易对过滤器造成堵塞或对床层产生腐蚀，但是通常情况下可以通过增加前置的洗涤塔对残余的铵盐和硫化氢杂质进行预先处理。

3.2 加强对变压吸附装置运转时的监督

虽然变压吸附装置的运行对操作环境温度、压力等要求不高，在工厂进行变压吸附技术时，为提升单元氢气的提取率，需要加强在变压吸附过程中装置运转一级工人施工时的监督，确保变压吸附的每一环节按照原有的状态进行。例如，在进行变压吸附技术实施前，可以组建相关技术监督小组，加强对变压吸附技术的监督，确保技术工作人员操作得当。监督小组每日进行技术巡查，在技术人员进行变压吸附技术时相关监督人员便需要对其实际操作行为进行判断，对相关数据进行监督与明确。监督小组还需要定期对变压吸附装置进行检查，一旦发现破损或者落后的设备，相关监督人员便需要对装置进行修复或替换，确保高质量的变压吸附装置被应用于一线。此外监督小组可以组织趣味技能大赛或者相应的技术奖惩制度，让技术工作人员参与趣味技能活动来提升自身的氢气提取操作技能。此外科学的技术奖惩制度同样可以让相关工作人员认真对待变压吸附工作，防止相关工作人员出现不必要的失误。

3.3 对装置操作人员进行深入的操作培训

强化操作人员对涉及吸附剂以及装置安全的基本原理的理解，深入讲解故障自动诊断处理专家系统、自适应优化控制专家系统的设计理念，避免因为操作失误造成吸附剂性能衰减或设备故障。

结语：随着国家对燃料油的品质要求越来越高，几乎所有油品都要通过加氢改质或者加氢精制处理才能达到国家标准，因此各炼油厂都需要氢气作为加氢原料，并且氢气需求量越来越大。绝大多数炼油厂都会副产不少含氢炼厂尾气，例如重整气、低分气、催化干气等，从这些炼厂气中分离提纯氢气用作加氢原料，有着非常高的经济效益。在中国有数百座炼油厂，大多数炼油厂都有一套或者多套炼厂气变压吸附（PSA）分离提纯氢气装置，这些装置回收的氢气产生着巨大的经济效益。

参考文献

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[2] 项东，雷昕儒.焦炉气制甲醇联合弛放气合成氨过程模拟和分析[J].高校化学工程学报，2019（3）：709-714.