本文对苏丹喀土穆炼油厂氢提纯装置的工艺原理进行了简介，并重点从氢提纯装置TSA工段的吹冷与加热、VPSA工段的真空解吸和冲洗、VPSA工段操作系数K、回收加氢装置驰放气，以及合理排列吸附剂位置5个方面论述了RFCC干气氢提纯装置的控制要点。

苏丹喀土穆炼油厂氢提纯装置是以重油催化裂化RFCC干气为原料，采用“TSA（变温吸附）+VPSA（变压吸附）+脱氧干燥”的工艺和具有立方体骨架结构的硅铝酸盐5A型分子筛，来实现混合气体的分离与净化，工艺控制应用变压吸附计算机集成液压操纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀，实现6/2/2流程，完成吸附剂的连续吸附与再生，下文就该RFCC干气氢提纯装置的控制要点做了简要论述分析。

严格控制TSA工段的解吸气吹冷与加热

吸附的基本原理是依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力即范德华力进行的，原料气温度升高，气体分子动能增大，能被吸附剂表面分子力束缚的分子减少，吸附剂的吸附量降低，吸附塔的处理能力变差，产氢量减少。当压力一定时，吸附塔的吸附容量随着原料气温度的升高而降低。由此可见，原料气的温度越低，越有利于吸附，故而控制好氢气提纯装置的变温吸附TSA工段的解吸气吹冷和加热步序，才能达到良好的吸附和解吸效果。

VPSA工段采用真空解吸和冲洗措施

吸附是依靠吸附剂和吸附质分子间的分子力来进行的，分子间的范德华力可由以下的公式来描述：

F=C1/rm - C2/rn（m>n）

其中，F为分子间的范德力，C1为引力常数，C2为电磁力常数，r为分子间的距离。

吸附压力升高，原料气分子和吸附剂分子间距离r减小，范德华力F增大，若气体分子的分子能不足以克服这种分子引力时，气体分子被吸附在固体吸附剂表面，吸附剂的吸附量相应增大，产氢量提高。当温度一定时，吸附塔的吸附容量随着吸附压力的增大而增大。

因此，提高和维持高的吸附压力，可以提高吸附塔的吸附效果，喀土穆炼油厂的氢提纯装置利用这一关系，在VPSA工段，采用了抽真空和“冲洗”相结合的解吸工艺，使较难解吸的杂质在负压下，利用较少的产品氢来冲洗而强行解吸下来，使吸附塔得到完全的再生。

以VPSA工段操作系数K为氢提纯装置的控制核心

RFCC干气的组成、压力的波动是影响氢气提纯装置吸附时间和氢气回收率的重要因素，因而在装置的VPSA工段设计了一个“操作系数K”，来修正这种影响。操作系数K定义为：操作系数K=（实际负荷流量/满负荷流量）×（实际吸附时间/满负荷时间）。当吸附塔的大小和装填的吸附剂量一定时，在压力一定的情况下，吸附塔每一次所能吸附的杂质容量为一个常量，故当RFCC干气流量发生变化时，就应相应地调整操作系数K，装置的实际操作负荷越大，单位时间内进入吸附塔的量就越大，在吸附塔达到吸附饱和前，吸附塔的吸附时间就越短，所以在保证产品氢气纯度的前提下，为了充分地利用各吸附塔中吸附剂的吸附能力，应适度地增大操作系数K。

操作系数K与氢气回收率的关系

氢气回收率表示氢提纯装置产氢能力的大小，它的高低直接关系到装置的经济效应和全厂氢平衡。表1为2008年12月1~12月10日RFCC干气中的氢含量与相应的产氢量（操作系数K＝1.76）。

我们可以由上面的数据可以得出，当操作系数K=1.76，装置的处理量F＝5252Nm3/h时， 氢回收率=（PSA的产氢量×产氢的纯度）÷（原料气的流量×原料气中氢气的含量）＝36.29％

同样，当操作系数K=1.45时，根据的各项数据得出氢气的回收率为30.26%。比较以上两种操作系数K值下，装置氢气回收率的大小，可以得出当增大操作系数时，氢回收率提高，当减小操作系数时，氢回收率下降。因此我们应在保证氢气纯度的前提下适当增大操作系数，以延长吸附塔的吸附时间，充分利用吸附剂的吸附能力，回收更多的氢气。

操作系数K与氢气纯度、吸附前沿的关系

操作系数K不仅影响吸附时间和氢气回收率，而且对氢气的纯度和装置的处理量都有直接的关系。操作系数K可以在0.05~9.9的范围内进行调整。在氢气提纯装置开工初期，为了提高开车的速度，应选择较小的操作系数K，使产品纯度迅速达到合格标准。在正常运行后，再将操作系数调整到既能满足产品质量要求，氢气的回收率又最高的位置。但操作系数的调整受到氢气纯度的限制。调整需要参照产品氢的纯度，当产氢的纯度降低时，要适当地降低操作系数，不能一味地只考虑氢气的回收率，而忽略了氢的纯度。

氢气纯度的高低决定操作系数的大小，而它受到吸附前沿的限制。吸附前沿是在确定的吸附时间内，吸附塔在一定量的原料进料下，产出一定纯度的氢气后，吸附原料中的杂质（氢气以外的组分），使吸附塔内的吸附剂达到饱和状态的位置。也可以说是把吸附剂“污染”的位置。吸附前沿的高低直接影响产氢的纯度，如果在确定的吸附时间内，吸附前沿在吸附塔的中部，这说明吸附塔内还有很大的空余，这种状况下的产氢纯度就高，这时可以适当考虑调整操作系数K，增大K值来延长吸附时间，增加单塔的处理量。也可以考虑适当地增大原料的进料量，在吸附时间不变的前提下增加了单塔的处理量，提高了单塔的产氢量。但如果吸附前沿在吸附塔的顶部，吸附塔没有多余的处理空间，这种情况下就易造成产氢携带部分杂质，从而降低了氢的纯度。这时候就应考虑降低操作系数K值或直接减少进料量。

然而吸附前沿只是一个概念和理论研究参数，它不能从工艺操作中直接获得。产品氢纯度的调整还得是修改操作系数K。按照增大操作系数产品氢纯度下降，减小操作系数产品氢纯度上升的原则来进行调整。当装置的处理量改变或原料气的组成、其他因素改变后，将有可能影响产品的纯度，这时候就需要调整操作系数K，使产品氢的纯度运行在最佳范围内。

回收加氢装置的高、低分排放气

氢提纯装置的产氢能力很大程度上取决于原料气中的氢含量，氢含量高时，相应地杂质组分含量就低，单位时间内吸附塔内的吸附剂被“污染”的少，吸附塔的处理能力增加，产氢能量提高。当原料气中杂质含量高时，特别是有害杂质含量高时，吸附塔的处理能力减小，产氢能力下降。表2列出了在相同的进料量和操作系数K下，原料气氢含量与产氢量的关系。

由此可见，提高原料气中的氢含量对增大产氢量，提高装置的经济效益至关重要。喀土穆炼油厂的氢提纯装置设计RFCC干气氢含量为33.3%，为满足重油催化产品需求，RFCC干气氢含量达不到设计值，故采用将柴油加氢高、低分气引入氢气提纯装置的方法予以解决。柴油加氢装置高分弛放气氢含量在70%以上，流量为400Nm3/h，低分气中的氢含量也可以达到50%左右，流量在30~500Nm3/h之间，把这两种尾气引入氢气提纯装置加以回收后，大大增加了氢提纯装置的产氢量。

合理排列吸附剂位置

氢提纯装置所用的吸附剂是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。不同的吸附剂具有不同的孔隙大小分布，不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。

焦炭：其主要作用是吸附C5以上的重质碳氢化合物，应装填在本装置的预处理变温吸附TSA工段的前处理塔。

活性氧化铝：主要作用是脱除水分及重质碳氢化合物，应装填在VPSA变压吸附工段的各吸附塔底部。

活性炭：氢提纯装置所用的活性炭包括MT-8（Φ2~Φ4条状）和MT-10（Φ1.5条状）两种，MT-8装填在预处理工段的预处理塔底部，用于脱除部分水分和C5以上的重质碳氢化合物。MT-10装填在VPSA变压吸附工段的各吸附塔的中上部，用于脱除C5等各种碳氢化合物及二氧化碳。

硅胶：装填在预处理工段的预处理塔的顶部和VPSA变压吸附工段各吸附塔的中下部，用于脱除重质碳氢化合物。硅胶也装填在氢提纯装置脱氧干燥工段的干燥塔，用于脱除氢气中的水分。

分子筛：5A分子筛不仅有发达的比表面积，而且有非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm，是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，应装填在VPSA变压吸附工段的各吸附塔上部，用于脱除轻质碳氢化合物、一氧化碳、氮气和部分氧气。

脱氧剂：属于具有筛分效应的无极性吸附剂，应装填在VPSA变压吸附工段的各吸附塔的中上部，s用于脱除氢气中的氧气和氮气等杂质，以进一步净化氢气。

综上所述，设计处理能力为8465Nm3/h的苏丹喀土穆炼油厂重油催化裂化RFCC干气氢提纯装置，通过采取上述控制措施，装置实际处理能力达到了11000Nm3/h，取得了良好的经济效益，具有很强的借鉴意义。