PSA 变压吸附二段出口CO 控制

1. 生产工艺介绍

来自预处理的工艺气经过中温变换炉和 2.5MPa 蒸汽做原料反应除去一部分一氧化碳生成氢气，再经过低温变换炉反应除去剩余的一小部分的一氧化碳生成氢气，出来后的低变气经过精馏回收热量在进入 PSA 脱碳段，原料气先经过气液分离罐分离掉游离水之后进入PSA 脱碳，从吸附塔顶得到脱碳气去 PSA 提氢工段使用。来自 PSA脱碳工段的脱碳气经中间罐缓冲之后进入 PSA 提氢段，脱碳气从吸附塔底部进入，顶得到产品氢气出界区。逆放得到的解吸气经逆放罐缓冲之后和抽空气在混合气罐混合之后经解吸气压缩机压缩至压力为0.3MPaA 之后送出界区。

示意图如下：

原料气从下图中的 ① 点进入本装置，产品氢气从图中 ③ 点输出装置，废气 ④ 从图中点输出装置，燃料气从图中 ⑥ 点输出装置。

图 1.PSA 流程图

2.PSA 二段调整

（1） PSA 二段逆放时间调整

通过研究 PSA 系统的程控阀动作次序表与实际情况相结合，将PSA 二段逆放时间增加一秒，达到提高产品氢气中CO 含量的目的。

图2 二段 PSA 逻辑控制时序

备注：各字母表示：A 吸附、1D 一均降、2D 二均降、3D 三均降、4D 四均降、5D 五均降、D 逆放、V 抽真空、5R 五均升、4R 四均升、3R 三均升、2R 二均升、1R 一均升、FR 终升。

从上图可以看出 PSA 二段逆放时间全部为 T1 ，将 T1 设定时间提高 1 秒增加各塔逆放时间，达到提高产品氢气中 CO 的目的。但在实际实施过程中，效果不理想。

（2）降低 PSA 二段吸附塔外表温度

6-9 月因环境温度持续升高，气体分子间距增大，扩散能力变强产品氢气中一氧化碳含量偏高，为保证产品氢气合格，决定将二段水环真空泵第三台启动，使二段吸附塔解析更加彻底，通过在 PSA 二段的吸附塔外表面上增加喷淋水，达到降低 PSA 二段温度，从而降低气体分子间距，保证 PSA 产品氢气中的 CO 含量受控。但是在具体实施过程中，2024 年以前，该方法能够满足目标生产需要，但是在2024 年年初随着后端的负荷的增加，导致 PSA 二段出口 CO 在高温情况下会出现偶尔超标的情况。

（3）PSA 二段真空度调整

PSA 一段的核心任务是高效脱除原料气中的二氧化碳与一氧化碳，其出口富氢气中若残留一氧化碳偏高，则可通过精准提升 PSA二段真空泵的真空度，强化二段吸附剂对残余一氧化碳的选择性吸附，从而显著降低最终产品氢气中的一氧化碳含量，确保氢气纯度满足下游工艺要求，同时兼顾系统能耗平衡与运行稳定性。

图3 变压吸附循环中吸附—解吸过程示意图

根据以上图可知在吸附过程中吸附的时间越长，吸附剂床层中吸附的杂质越多，吸附空间越小，在吸附剂时间一定的情况下，真空抽吸真空度越大，吸附剂吸附越彻底产品富氢气中一氧化碳含量越低。为降低氢气产品氢气中 CO，启动 PSA 二段备用水环真空泵 B，提高PSA 二段的真空度，使 PSA 二段吸附塔吸附更加彻底，产品氢气中一氧化碳含量越低，产品质量越高。

（4）PSA 一段管道技改

通过图 1PSA 流程图中，我们可以知道 PSA 一段的富氢气进入到PSA 二段，如果我们降低 PSA 一段到 PSA 二段的流量，降低 PSA 二段的负荷，就可以降低产品中的CO含量。通过组分对比以及计算分析，合成系统的需求的 PSA 的产品氢气，可以引 PSA 一段的工艺气直接至合成系统，同时也不影响合成系统的正常运行。同时也能够满足合成系统的氢碳比的调整需求。具体示意图如下：

（5）调整前后变化

在系统参数尚未进行优化调整之前，PSA 二段出口的一氧化碳（CO）浓度峰值曾高达 12ppm ；而在经过全面的工艺调优、催化剂再生与操作参数精细化调整之后，夏季高温该出口处的 CO 浓度已稳定地、持续地维持在以下，再无一次超过该值，满足了装置生产需求，充分验证了此次优化措施的有效性与可靠性。