年產30萬噸焦爐氣制氫工程可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 9 11 本裝置副產品為 PSA 解吸氣， PSA 解吸氣采用管道輸送至裝置界區外。其規格如下： (1) 溫度：≤ 40℃ (2) 壓力： (3) 流量： 550Nm3/h (4) 組成：見 表 22 表 22 PSA 解吸氣組成 組成 H2 O2 N2 CH4 CO CO2 CmHn 合計 含量V% 3. 工藝技術方案 工藝技術方案的選擇 概述 變壓吸附氣體分離技術（ Press Swing Adsorption 簡稱 PSA）是八十年代由四川西南化工研究院開發成功，最初應用于合成氨弛放氣中回收氫氣，后逐步發展到從水煤氣中提純氫氣，第一套水煤氣提純氫氣裝置建在太 化 TDI工程，當時氫氣回收率只有 60% 左右。經過二十多年的發展， PSA 變壓吸附氣體分離技術已經非常成熟，廣泛應用到石化、化工、空分、環保、食品等行業，可用于水煤氣制氫、焦爐氣制氫、 CO 提純、變換氣脫碳、空分制氮、制氧、天然氣提純等，四川天一科技股份有限公司是由西南化工研究院控股的上市公司， PSA 變壓吸附氣體分離技術先進，成熟可靠，收率高，本工程擬采用該公司技術。 工藝方案 本裝置分為四個主要工藝過程：脫萘及壓縮、預處理，變壓吸附制氫，后處理等工序。 (1).脫萘及壓縮工序 原料焦爐煤氣進入該工 序后，首先脫除其中大部分的焦油、萘、H2S、 NH HCN等雜質，經初加壓后再進行精脫萘，最后升壓至≥ 后送至下一工序。 AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 12 (2). 預處理工序 升壓后的焦爐氣進入本工序，進一步脫除其中的烷烴、芳烴、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合變壓吸附原料要求的預凈化氣。 (3). 變壓吸附制氫工序 經處理后的焦爐氣進入 PSAH2工序，采用 623/P變壓吸附工藝、經吸附（ A）、均壓降（ ED）、順放（ PP）、逆放（ D）、沖洗（ P）、均壓升（ ER）、終充（ FR）等七個步驟。從逆放、沖洗得到的解吸氣用作本裝 置的再生氣或吹掃氣。變壓吸附得到合格的半產品氫氣送入下一工序。 (4). 后處理工序 半產品氫氣中含有少量的氧氣，采用鈀催化劑脫氧，生成的水經干燥脫除（露點≤ 40℃），得到合格的產品氫氣送出界區外。 工藝流程及及消耗定額 工藝流程 : AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 13 變壓吸附的基本原理是：利用吸附劑對氣體的吸附有選擇性，即不同氣體（吸附質）在吸附劑上的吸附量有差異和一種特定的氣體在吸附劑上的吸附量隨 壓力變化而變化的特性，實現氣體混合物的分離和吸附劑的再生。變壓吸附提氫技術就是根據變壓吸附的的原理，在吸附劑選擇吸附的條件下，加壓吸附原料氣中的 CO、 CO CH4等雜質組成，而氫氣等少量不易吸附的組分則通過吸附床層由吸附器頂部排出，從而實現氣體混合物的分離。通過降低吸附床的壓力使被吸附的 CO、CO CH4等組分脫附解吸，使吸附劑得到再生，同時達到提氫的目的。 吸附器內的吸附劑對不同組份的吸附是定量的，當吸附劑對有效組份的吸附達到一定量后，有效組份從吸附劑上能有效地解吸，使吸附劑能重復使用時，吸附分離工藝 才有實用意義。故每個吸附器在實際過程中必須經過吸附和再生階段。對每個吸附器而言，吸附過程是間歇的，必須采用多個吸附器循環操作，才能連續制取產品氣。 多床變壓吸附的意義在于：保證在任何時刻都有相同數量的吸附器處于吸附狀態，使產品能連續穩定地輸出：保證適當的均壓次數，使產品有較高的回收率。 本裝置變壓吸附提氫系統采用 623/P操作工藝，即設 6個吸附器，任何時刻均有 2個吸附器同時進料（處于吸附狀態）， 3次均壓，順放沖洗再生工藝。六臺吸附器依次執行吸附和再生操作，使原料氣連續不斷地輸入，產品氣連續不斷地輸出，整 個操作過程在環境溫度下進行。每個吸附器經過吸附（ A）、降壓平衡 1（ E1D）、降壓平衡 2（ E2D）、順放（ PP）、降壓平衡 3（ E3D）、逆放（ D）、沖洗（ P）、升壓平衡 3（ E3R）、升壓平衡 2（ E2R）、隔離（ IS）、升壓平衡 1（ E1R）、最終充壓（ FR）等步驟完成一個吸附周期。每個周期約 720秒。 變壓吸附各步驟的過程及作用如下： 1．吸附（ A） 原料氣從吸附床底部進入吸附床，吸附量較小的弱吸附組成 H2通過吸附劑床層作為產品輸出，吸附量較大的強吸附組成（雜質）則被吸附而留在床層。緊接著的步驟是均壓降。 2． 均壓降（ EiD）和均壓升（ RiR） 完成吸附步驟的吸附床需降壓，再生完成后的吸附床需升壓，需降壓的吸附床與需升壓的吸附床上部（出口端）連接。需降壓的吸附床向需升壓的吸附床充壓直至兩床壓力相等。該降壓步驟稱為均壓降、升壓步驟為均壓升。均壓的作用是回收降壓吸附床中的有用氣體，用AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 14 于升壓吸附床的充壓，提高有用氣體的回收率。均壓次數增加有利于氣體的回收。本裝置采用三次均壓流程。 3．順向放壓（ PP） 吸附器繼續從出口端降壓，降壓的氣體用于沖洗已逆向放壓到過程最低壓力的吸附器，順向放壓結束時，吸附前沿仍未達到出口端，此步驟的順向放壓氣體基本上是純的，利用這股氣體使另一吸附器的吸附劑進一步再生。 4．沖洗（ P） 利用另一吸附器順向放壓的氣體在過程中最低壓力下自上而下對吸附床進行沖洗以進一步將雜質分壓，清除殘留于床內的雜質。 5．逆放（ D） 完成最后一次均壓降的吸附床，從吸附床下端（與進料方向相反）向外排氣泄壓，該步驟稱為逆放。逆放作用是降低吸附床壓力，使被吸附組分解吸。 6．最終充壓（ FR） 完成最后一次均壓升的吸附床，用凈化氣從吸附器上部（產品出口端）對其進行充壓，使床層壓力達到吸附壓力。終充的作用是將床層壓力升高到吸附 壓力，并使吸附前沿下移。緊接著的步驟是吸附。 本 PSAH2裝置的工藝流程見附圖于后。 原料焦爐煤氣在壓力 3KPa、溫度≤ 40℃的條件下進入本裝置，首先進入脫油脫萘器（ T101AB）脫除焦爐煤氣的焦油、萘、硫化氫、 NHHCN等雜質，得到雜質較少的凈化氣。當其中一臺脫油脫萘器吸附飽和后，立即將焦爐氣切換到另一臺脫油脫萘器進行凈化，而吸附飽和的脫油脫萘器則用過過熱水蒸汽（～ 400℃）進行再生，從而達到反復循環吸附和再生的使用目的。再生廢水進工廠裝置定期處理。再生結束時用一定量的 解吸氣對脫油脫萘器進行冷吹降溫，冷吹氣經冷卻器降溫后返回解吸氣系統。 雜質較少的凈化氣進壓縮機一級增壓到 ，進入二臺可串并聯的精脫萘器（ T102AB），更進一步脫除焦爐煤氣中的萘、硫化物等，精脫萘器的工作原理及再生過程等均與脫油脫萘器相近。經進一步脫萘脫硫的焦爐煤氣返回壓縮機增壓到 后，進入二臺除油器（ T201AB）脫除壓縮機油等雜質。同樣，二臺除油器可串并聯使用，除油劑吸附飽和后即更換。除油后的焦爐煤氣送入二臺預處理器（ T202AB），脫除焦爐煤氣中殘存的雜質。二臺預處理器通過程序控制閥來實現交替使用。再生時，用來自 PSA 工序的解吸氣經加熱器加熱AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 15 到～ 150℃對預處理器進行再生，再生常溫解吸氣冷吹降溫，冷吹氣和再生解吸氣經冷卻器降溫后返回解吸氣系統。經預處理的焦爐煤氣進入 PSAH2系統，獲的氫氣純度≥ %（氧氣含量為 %）的半產品氣。產生的解析氣作為預處理的再生氣和冷吹氣。本 PSAH2裝置主程序采用 623/P 工藝，其特點是任何時候總有二個吸附塔處于吸附狀態，進行三次均壓，順放沖洗和再生。每個塔均要依次經歷吸附、一均降、二均降、順放、三均降、逆放、沖洗、三均升、二均升、一 均升、最終充壓等十一個步驟。 半產品氣中由于含有 %的氧，需進入后處理工序脫除。將半產品氣加熱到 50～ 100℃后，送入脫氧器（ R402），氧氣與氫氣在脫氧器中（在催化劑的作用下）反應生成水，然后再經干燥器（ T401AB）脫除水（露點≤ 40℃），得到合格的產品氫氣經流量計計量后送出界區，不合格的產品經程序控制閥返回到壓縮前的原料氣中。 本裝置原輔材料及公用工程消耗情況見表 31： 表中 PSA解吸氣為本裝置副產物，送出界外再利用。 表 31 消耗定額和消耗量表 （消耗以生產 550Nm3/h 產品計） 序號 名稱 規格 單位 消耗量 備注 每小時 每年 1 原料氣 見表 43 Nm3 1100 106 2 CAN229 見表 43 kg 5300 15 年更換 3 CAN324 見表 43 kg 27123 15 年更換 4 CAN421 見表 43 kg 1520 15 年更換 5 CAN193 見表 43 kg 16973 15 年更換 6 CAN110 見表 43 kg 4200 1 年更換 7 CAN228 見表 43 kg 16973 1 年更換 8 CAN421 見表 43 kg 16973 2 年更換 9 CAN324 見表 43 kg 16973 2 年更換 10 CAN561 見表 43 kg 16973 2 年更換 11 EAC4 見表 43 kg 9000 1 年更換 AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 16 12 冷卻水 ≤ 32℃ t 105 循環水 13 儀表空氣 常溫 Nm3 60 105 14 壓縮空氣 常溫 Nm3 400 吹掃用 15 置換氮氣 常溫 Nm3 400 置換用 16 低壓蒸汽 飽和溫度 t 13600 伴熱用 17 電 380V/220V Kwh 264 106 照明以 4000h/a計 18 一次水 t 2 16000 生活及補充循環水用 自控技術方案 根據工藝專業要求及現場環境的防爆的特殊性，以及該裝置 閥門多、動作頻繁的特點，并結合目前自控儀表的發展，所配自動化水平比較高。本設計采用西門子 S7300 控制系統并取消盤裝儀表的方案，重要參數均可在操作室內 CRT 上進行監視和操作。以及在打印機上實現報表打印（班報、日報、月報或隨機打印）。在 PLC 上實現順序控制，常規 PID控制，聯瑣控制和自診、自適應優化控制。 1. 報警 本裝置內重要工藝參數、可燃氣體的越限，以及程控閥的故障等，均在計算機屏幕上實現聲光自動報警和信息提示。 2. 系統可靠性 程控閥的控制線路設計為停電時該閥門自動處于正常 關閉狀態；對程控閥的開閉實現閥位開關（關到位）檢測及故障報警；對重要參數的越限報警及閥門故障時實現多塔自動切換并能在線處理；儀表用電采用 UPS 不間斷電源供電（ UPS 電源沿用廠方原有的 UPS 電源）；對 PLC I/O 卡件的配置考慮有少量的在線備用余量； 閥門區及動力設備廠房設置了可燃氣體檢測報警； AAA 化工股份有限公司 30 萬噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設計有限公司 電話： 03516077429 17 3. 現場電纜敷設時，考慮了本安信號電纜和隔爆信號電纜分槽走線； 4. 設計中分別考慮了信號及儀表設備的接地措施； 5. 對裝置中的動力設備，考慮了在控制室計算機上進行運 /停監視，停車報警聯鎖以及控制室內遠程緊急停車 操作； 6. 對程控閥門故障設有專家自診斷系統； 7. 對關鍵控制回路考慮了自適應優化控制。 環境特征 1. 本裝置界區為 2區防爆場所，因此儀表選型考慮了防爆等措施。 2. 由于 H2為易燃