变压吸附操作规程.doc

变压吸附操作规程
一、 概况
1. 装置组成：本装置由变压吸附尾气净化以及产品气缓冲系统组成；
装置名称：1000Nm/h尾气净化回收装置。
2. 装置界区范围如下图所示：
②产品气1

干法回收装置

①原料气 ③产品气2

3. 装置年运行时间按8000小时计。
二、 原料及产品
1. 原料：
本装置原料由工厂用管道送到界区内对接点，年消耗量（按年运行8000小时计）尾气8.0×10Nm。
原料气的技术规格如下：
⑴ 温度：-10～-15℃
⑵ 压力：～0.5MPa（表压）
⑶ 流量：1000 Nm/h
⑷ 组成：
组成
SiHCl
HCl
H
N
CO
SiCl
Σ
V%
0.087
33.00
64.06
2.81
0.03
0.012
100

2. 产品:
(1) 产品气1（净化气）
①组成：N+H≥99.99%，HCl≤10mg/ Nm，SiHCl≤10mg/ Nm
②压力：～0.4MPa（表压）
③温度：≤40℃
④气量：～527 Nm/h
（2）产品气（解析气）
①收率：SiHCl、 SiCl、HCl收率：≥99%
②压力：≥0.06（表压）
③温度：～80℃
④气量：～428Nm/h
三、工艺流程原理简介：
本装置采用变压吸附技术（PSA）回收合成尾气中的氯化氢和三氯氢硅。所谓变压吸附就是利用吸附剂对混合气体中不同组份吸附容量的差异且对同一组份的吸附量随压力变化而呈现差异的特性，吸附剂在加压时选择吸附原料气中的氯化氢和三氯氢硅等吸附能力较强的组分，吸附能力较弱的组份如氢气、氮气等作为净化气由吸附塔出口排出，进入到氢气缓冲罐后经减压输送到沁阳氯碱分公司，中间设水封、阻火器以备开车前不合格气体安全排空。减压（逆向放压及抽真空）时吸附的氯化氢和三氯氢硅得到解析，解析气经解析气缓冲罐混匀后返回合成系统，同时吸附剂获得再生。吸附过程中的超压放空气或开车前的置换气体（也叫放空气）由管道输送至淋洗工序进行处理。
PSA系统的解析气来自吸附器的抽空冲洗和逆放阶段，其中一部分解析气经真空泵(P901A～F,六开不备)抽空，进入真空泵后冷却器E902，降温后经气液分离罐V904分离掉液体后气体进入解析气缓冲罐V903B，另一部分解析气从吸附器逆放出来后分两路，逆放前期直接进入解析气缓冲罐V903A，经压力调节阀PV908调节后，与逆放后期的气体混合后进入解析气缓冲罐V903B，再由鼓风机（C901A、B）升压至0.06MPa，由管道至到合成工序的氯化氢缓冲罐V101，部分产品气经冷却器E903降温，经气液分离罐V905分离掉液体后气体再返回用于鼓风机进口低压调节。经气液分离罐分离出的液体三氯氢硅由管道泵输送至合成工序的合成液储罐V601。
四、工艺流程具体步骤说明：
原料尾气在0.5MPa，-10～-15℃条件下进入本装置，首先经原料气加热器（E901）预热，出口温度～50℃，再经流量计计量，进入由5台吸附器、1台均压罐及一组程控阀组成的变压吸附系统，5台塔交替循环工作，时间上相互交错，以此达到原料气不断输入，净化气不断输出的目的。变压吸附过程的所有步骤由PLC控制完成。
本装置系统采用5-1-3&PP/V操作工艺，即5台吸附床，任意时刻均有1台吸附床进料（处于吸附状态）实现3次均压，冲洗抽空的解析工艺。5台吸附床交替循环切换操作，净化气连续输出。原料气通入一台正处于吸附状态的吸附器中，除氢气组分外的其余组份被吸附剂吸附。其余四塔分别进行顺向放压1，顺向放压2，压力均衡1降，压力均衡2降，压力均衡3降，逆向放压，抽空及抽空冲洗，压力均衡3升，压力均衡2升，压力均衡1升及最终升压等十二个步骤，其工艺时序表如下：
步骤
压力（MPa）
温度（℃）
吸附（A）
0.5
～50
顺放（PP）
0.45
≤40
一均降（ED1）
0.29
≤40
二均降（ED2）
0.22
≤40
三均降（ED3）
0.07
≤40
逆放（D）
0.01
≤40
抽空及冲洗（V&VP）
-0.09
≤40
三均升（ER3）
0.07
≤40
二均升（ER2）
0.14
≤40
一均升（ER1）
0.29
≤40
最终升压（FR）
0.5
≤40

现以A塔在一次循环内经历的十二个步骤工况为例，对本装置5-1-3&PP/V变压吸附工艺过程进行说明：
1．吸附（A）
开启程控阀KV901A、KV902A、V102A、V104A，原料气通过KV901A进入A床，原料气中的氯化氢和三氯氢硅等在吸附的压力下被吸附剂吸附，未被吸附的氢气、氮气等组份（产品气1）经KV902A进入氢气缓冲罐（V902A、V902B）,经调节阀PV905调节后由管道输送至氯碱厂。当氯化氢和三氯氢硅的吸附前沿到达吸附塔的某一位置时，关闭程控阀KV901A、KV902A，原料气停止进入A床，床内保持吸附时的压力。
2．顺向放压1（PP1）
A塔吸附步骤结束后，开启阀KV904A、V117、KV909、V116、KV908，A塔内气体顺着吸附的方向从吸附塔输出，进入到放空气管道，A塔降至一定压力后关闭KV908，该步骤结束，阀KV904A和KV909保持开启状态。
3.顺向放压2（PP2）
顺放1结束后，开启KV905D，对处于抽空步骤的D塔进行冲洗再生。
4.压力均衡1降（ED1）
A塔顺放2步骤完成后，关闭阀KV904A、KV905D，开启KV905A和KV905C，使A塔出口端与处于ER1状态的C塔进行压力均衡，使得吸附剂吸附前沿得以平稳推进，此时A塔内的氯化氢和三氯氢硅气体得到进一步的浓缩。该步骤结束时，A塔和C塔的压力基本上达到平衡。
5.压力均衡2降（ED2）
A塔一均降步骤完成后关闭KV905A，KV905C，开启KV904A、V118，KV907，使A塔出口端与均压罐V901连通进行压力均衡，A塔内氯化氢和三氯氢硅气体进一步浓缩，该步骤结束时A塔和均压罐V901压力基本上达到平衡。
6.压力均衡3降（ED3）
A塔二均降步骤完成后，关闭程控阀KV907，程控阀KV904A保持开启状态，开启KV904D，使A塔出口端与处于ER3状态的D塔进行压力均衡，进一步回收A塔压力，并进一步浓缩A塔内氯化氢和三氯氢硅气体，该步骤结束时，A塔和D塔压力基本上达到平衡。
7.逆向放压（D）
A塔三均降步骤结束后，关闭KV904A，打开KV906A,并在逆放不同阶段先后开启程控阀KV915和KV916，逆放初期压力较高部分气体先通过KV915进入解析气缓冲罐V903A，待塔内压力降至一定时，关闭KV915，逆放后期压力较低气体经KV916，进入到产品气体缓冲罐V903B,这一过程中大部分被吸附的氯化氢和三氯氢硅提组份脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生。逆放步骤结束时，吸附塔A内压力接近常压。
8.抽空及抽动冲洗（V&VP）
逆放步骤结束后，关闭KV906A，开启KV903A,KV912,此时吸附塔处于抽空初期，用真空泵对A塔进行抽空。抽空形式有两种，一是分组抽空，一种是连续抽空。当选择分组抽空时，吸附塔处于抽空初期，用P901A、B、C三台真空泵对A塔进行抽空，抽空一段时间后，吸附塔处于抽空中期，再开启阀KV913，用六台真空泵同时对A塔进行抽空；当吸附塔进入抽空后期时，关闭阀KV913，继续用P901A、B、C三台真空泵对A塔进行抽空，在抽空步骤进行的适当阶段，分别短时间开启KV905A，通过调节阀HV901从A塔顶部引入其他吸附塔的净化气自上而下对床层进行边冲洗边抽空，该步骤结束时，塔内吸附剂再生完全。
（由于工艺的需要，真空泵在工作的过程中需要对其进行切换，现以D塔的抽真空步骤为例来说明。
开启KV903D,KV911,此时吸附塔处于抽空初期，用真空泵对D塔进行抽空。抽空形式有两种，一是分组抽空，一种是连续抽空。当选择分组抽空时，吸附塔处于抽空初期，用P901D、E、F三台真空泵对D塔进行抽空，抽空一段时间后，吸附塔处于抽空中期，再开启阀KV914，用六台真空泵同时对D塔进行抽空；当吸附塔进入抽空后期时，关闭阀KV914，继续用P901D、E、F三台真空泵对D塔进行抽空，在抽空步骤进行的适当阶段，分别短时间开启KV905D，通过调节阀HV901从A塔顶部引入其他吸附塔的净化气自上而下对床层进行边冲洗边抽空，该步骤结束时，塔内吸附剂再生完全。）
9.压力均衡三升（ER3）
A塔完成了降压抽空解吸过程后，准备开始升压。关闭阀KV903A，开启阀KV904A，KV904C，利用C塔的三均降气体对A塔进行第一次充压，充压结束时两塔压力大致相等。
10．压力均衡二升（ER2）
三均升结束后，KV904A保持开启状态，开启KV907，使A塔与均压罐V901相连通，用均压罐中气体对A塔进行的二次充压，该步骤结束时A塔和均压罐压力基本相等。
11.压力均衡一升（ER1）
二均升结束后，关闭KV907，KV904A，开启KV905A，KV905D，使A塔出口端与D塔出口端相连通，处于ED1状态的D塔对A塔进行第三次充压，该步骤结束后，A、D两塔压力基本相等，该步骤结束，关闭KV905D。
12.最终升压（FR）
A塔经历一均升步骤后压力还未达到吸附步骤的工作压力，此时阀KV905A开启，通过终充调节阀HV901由净化气管道引少量气体对A塔进行最终升压，直到A塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，A塔再一次循环中的个工作步骤全部结束，紧接着进行下一次循环。其他4个吸附塔的操作步骤与A塔相同，只是各步骤在时间上是相互错开的，这样就能达到连续处理原料气得到产品气的目的。
当某一台吸附塔上的程控阀因外部元件故障（主要指电磁阀、功率放大器及控制线路故障等）导致程控阀不能正常开关时，可切除故障所在的吸附塔而运行4-1-2&PP/VP工艺，即4个吸附塔，每时刻总有1塔进料2次均压抽空及冲洗解吸工艺。运行4-1-2&PP/VP工艺时，每个吸附塔在一次循环中需要经历吸附(A)、顺向降压(PP)、压力均衡1降(E1D)、压力均衡2降(E2D)、逆向放压(D)、抽空及抽空冲洗(V/VP)、压力均衡2升(E2R)、压力均衡1升(E1R)及最终升压(FR)等九个步骤。4-1-2&PP/VP工艺中各步骤阀门的开关情况与5塔工艺相类似，可参考5-1-3&3PP/VP工艺过程，在此不再详述。

六、设备一览表：
1.非标设备:
设备名称
规格
主要材料
数量（台）
吸附器
DN1600,H=10084
16MnR
5
均压罐
DN2600，H=10779
16MnR
1
加热器
DN400，H=2429
16MnR
1
冷却器
DN500，H=3490
16MnR
2
解析气产品气
DN2400，H=11222
16MnR
2
氢气缓冲罐
DN2000，H=10772
16MnR
2
气液分离罐
DN800，H=3997
16MnR
2

2.定型设备：
设备名称
规格或
型号
单台电机
功率
数量（台）
备注
真空泵
WLW-300B
30KW
4
抽气速率：300L/S,
极限真空：2000Pa

鼓风机

RRC-80N

15KW

2
输出流量:≥5.2m/min
（吸入状态下，输送介质的平均分子量≥30）