宁波四明化工有限公司10000Nm3h脱碳气提氢项目可行性研究报告

1 宁波四明化工有限公司 10000 /第一章 总论 述 目名称、主办单位名称、企业性质及法人 项目名称：宁波四明化工有限公司 10000主办单位名称： 企业性质：股份制企业 地址：宁波市镇海区北部的宁波市化工园区的澥浦区块 联 系 人 ： 方前军 法人代表： 制依据和原则 制依据 （ 1）宁波四明化工有限公司与宁波市化工研究设计院有限公司共同签定 10000 。 （ 2）建设单 位提供的可行性研究基础资料。 （ 3）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定（修订本）化计发（ 1997） 426号。 （ 4）建筑设计防火规范（ （ 5）石油化工企业设计防火规范 2008 （ 6） 工业企业总平面设计规范 (（ 7） 工业企业卫生设计标准 （ 2002） （ 8）化工企业安全卫生设计规定（ 1995） （ 9） 石油化工企业职业安全卫生设计规范 （ （ 10）建设项目环境保护管理条例国务院令第 253号； （ 11） 石油化工企业环境保护设计规范 （ 2 （ 12） 大气污染物综合排放标准 （ （ 13） 工业企业厂界噪声标准 ( （ 14） 污水综合排放标准 （ （ 15） 化工装置工艺系统工程设计规定 （ （ 16） 化工装置设备布置设计规定 （ （ 17）国家发改委、建设部 20061325号文 建设项目经济评价方法与参数（第三版） ； （ 18）国石化规发（ 1999） 195号 化工建设项目可行性研究投资估算编制方法 （修订本）； （ 19）国家计委计办投资 200215号文 投资项目可行性研究指南 （试用版）。 制原则 （ 1）以市场为导向，以提高竞争力为出发点，以经济效益为中心，加强项目的市场调研，优 化各项成本要素，尽可能节省项目建设投资，努力降低项目的产品成本，提高项目的竞争力。 （ 2）充分利用建设单位的脱碳气资源，选择先进可靠的工艺技术、合理安排工艺流程，建设以脱碳气为原料的变压吸附制氢生产装置，变废为宝，既符合国家环保政策，又实现了资源综合利用。 （ 3）充分依托公司现有的公用工程、辅助设施和生活福利设施，尽可能采用先进的工艺路线，节省投资，缩短建设周期。 （ 4）严格执行国家各类环境保护、职业安全、工业卫生及消防等规定，避免污染，保护环境，保证安全生产。确保生产安全运行，保护劳动者的健康。 目提出的背景、投资必要性和经济意义 设单位基本概况 宁波四明化工有限公司前身为宁波化肥厂， 2001 年转制为国有、社会法人、职工共同参股的有限责任公司，主要产品有合成氨、碳铵、双氧水、食品级二氧化碳等。 厂区位于宁波化工园区（镇海澥浦）， 现有职工 423 人，其中各类专业技术人员 51 名，有较强的产品自行开发能力。厂区占地面积 153017 房建筑面积 企业总资产约 元 ，其中净资产 元， 是浙江省氮肥行业骨干企业之一。 该公司先后荣获化工部全国小氮肥先进企 业、全国化肥生产先进单位、省技术进步优秀企业、省资源综合利用先进企业、省级先进企业等荣誉称号，企业资信 2008 年 8 月份至今，经过 12 万吨合成氨生产线技术改造工程的建设，规模达到了：合 3 成氨 12 万吨 /年（其中商品液氨 吨 /年、工业氨水 1 万吨 /年、甲醇 3 万吨 /年、碳酸氢铵 6万吨 /年），双氧水 8 万吨 /年，工业级二氧化碳 5万吨 /年，氢气 800万 。 该公司以 “ 质量第一 ” 为宗旨，通过 “ 求真务实、开拓创新 ” 的企业文化理念，采用国内先进的生产工艺和 准质量认证管理体系组织生产，积极推 进能源循环利用，执行安全标准化管理，组建一个高效、节能、安全、环保的绿色企业。随着生产的发展，公司将不断引进先进技术和科研成果，充分发挥技术和资源优势，大力发展以氨、氢气和双氧化为原料的后续产品，并集合公司气体资源多、品质高的特点，营建成为其它化工产品输送原料气的基地，将为宁波化工园区的整体发展作出一定的贡献。 资必要性 氢气是重要的工业原料，也是今后主要的二次能源之一。氢既是一种能源材料，也是一种功能材料。氢气在国民经济的各个领域发挥着重要的作用。氢气以优良的物理化学性能广泛应用于石油炼制和石油化工的各种工艺过程、冶金工业、化学工业、电子工业、食品工业、医药工业、宇航工业和科学实验中等。氢气是我国国民经济发展过程中不可缺少的重要工业原料。 宁波四明化工有限公司现利用 与江宁化工 8 万吨顺酐及衍生物项目需配套供应氢气的机遇 ，通过技 改将原 4万吨合成氨装置改为年产 8000万 利用原固定床煤气炉所生产的煤气，经脱硫、变换、脱碳装置，新增一套 10000000 万 江宁化工提供 8 万吨顺酐及衍生物项目所需氢气，改 变目前基本依赖液氨产品的供求局面，提高企业的经济效益。同时又减少了脱碳气作为废气的排放对环境的污染，有利于保护环境，符合国家的环保政策。 究范围 本报告将论述如下问题： (1)项目建设的目的、意义。 (2)提供优化、可行的工艺流程及所需的主要工艺设备；提供原材料、动力消耗及供应要求。 (3)提供装置布置。 (4)规划项目建设进度，确定生产组织及劳动定员。 (5)提出本项目的环保治理措施及劳动安全防护措施。 (6)进行投资估算及生产成本估算，在此基础上进行财务评价。 4 (7)对建设项目作总体评价， 提出存在问题及建议。 究的主要过程 宁波市化工研究设计院有限公司与建设单位签订的技术咨询合同生效以后，建设单位及时提供大量的基础资料，宁波市化工研究设计院有限公司相关专业设计人员投入可研工作，查阅了大量的技术资料。并根据工厂现有状况进行计算和论证，通过技术比较和经济评价，推荐了较好的工艺技术方案，然后按化计发 (1997)426 号文化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定 (修订本 )及“建设项目经济评价方法和参数” (第三版 )，国石化规发(1999)195 号化工建设项目可行性研究投资估算编制 办法 (修订本 )等有关规定的要求编写完成本报告，经审核、审定合格后打印成册，供建设单位及有关部门决策。 究结论 通过研究， 本 项目是切实可行的，其主要理由如下： (1)本项目能够合理利用资源 本装置系综合利用公司脱碳气为原料生产氢气，装置的建设符合国家的资源综合利用政策、环保政策及建设单位的发展规划。 (2) 采用的工艺技术先进 本项目采用变压吸附提氢技术，工艺先进，技术成熟，产品纯度高（ V%） ），消耗定额低，生产成本低。 (3)环保、安全卫生及消防措施落实 采用变压吸附技术提 取氢气，三废排放量较小，装置建成后对周围环境影响较小，符合国家清洁生产的要求。同时在设计中注意安全生产及工业卫生，认真贯彻执行国家和地方的各项法规，采取了完善的安全消防措施，确保安全生产。 (4) 项目在经济上可行 本装置项目新增投入总资金为 1940万元。年均生产总成本费用为 12706万元，年均实现利润总额 761万元，年平均营业收入 13492万元 (含副产品解吸气收入，产品氢气价格按 吸气价格按 ，年均利润 571万元，年均增值税 208 万元，经济效益较好。全 投资内部收益率为 税前 )，税前投资回收期 (含建设期 )，投资收益率 ，项目资本金净利润率 ,均高于行业平均指标，在经济上是可行的。 5 (5) 存在的主要问题和建议 a)因本装置中大部分设备属非标设备 , 为保证工程进度，应尽早与供应商联系，落实供应厂家和供货时间； b)本项目技术先进，经济效益较好，建议上级部门尽快决策，使本项目尽快上马，早日实现其较好的经济效益； c)本项目盈亏平衡点为 当销售价格、原材料价格、销售量和固定资产投资等各因素向不利方面变化 10%时（单因素变化），内部收益率仍远高于行业基准值，说明本项目具有极强的抗风险能力。 表 1综合技术经济指标 序号 指标名称 单位 数量 备注 一 生产规模 h 15000 原料气处理能力 二 产品方案 1 产品氢气 h 10000 2 副产制氢解吸气 h 1777 三 年操作时间 小时 8000 四 主要原材料消耗 1 脱碳净化气 h 12000 五 公用工程消耗 1 电 h 350 （含照明用电） 2 仪表空气 h 30 3 氮气 h 100 开车初置换用数小时 六 劳动定员 人 5 七 每小时能耗 GJ/h 八 经济数据 1 项目总资金 万元 1940 6 序号 指标名称 单位 数量 备注 其中：项目总投资 万元 1856 2 建设投资 万元 1820 3 建设期利息 万元 0 4 流动资金 万元 120 其中：铺底流动资金 万元 36 5 资金筹措 万元 1940 其中：债务资金 万元 0 项目资本金 万元 1940 资本金比例 % 100 6 年平均营业收入 万元 13492 7 年平均营业税金及附加 万元 25 8 年平均总成本费用 万元 12706 9 年均利润总额 万元 761 10 年平均所得税 万元 190 11 年平均净利润 万元 571 12 年平均息税前利润 万元 761 13 年平均增值税 万元 208 十二 财务评价指标 1 全投资内部收益率 % 前 2 全投资内部收益率 % 后 3 总投资收益率 % 4 项目投资财务内部收入 益率 % 得税前 5 项目资本金净利润率 % 6 项目投资回收期 年 前 （含建设期） 7 项目投资回收期 年 后（含建设期） 7 序号 指标名称 单位 数量 备注 8 项目投资财务净现值 万元 3059 税前 9 项目投资财务净现值 万元 2269 税后 10 盈亏平衡点 % 第二章 产品预测分析 品的主要用途 氢气作为重要的工业原料，其用途有： (1)用于合成氨工业中，生产合成氨； (2)用于甲醇生产； (3)广泛应用于化工领域，生产各种化学品 ； (4)石油炼制过程中采用全过程加氢； (5)在精细化工及医药行业中，用作加氢原料； (6)在冶金工业中用作还原剂，还可用于精炼和热处理； (7)在电子工业中，高纯氢气用于电子材料、半导体材料和器件、集成电路以及电真空器件的生产；超纯氢主要用于大规模集成电路的制造中，提供还原气氛； (8)在玻璃行业中用于生产浮法玻璃。以提高玻璃质量和成品合格率； (9)高纯氢气在加工过程中还用作还原气和保护气； (10)采用能够可逆吸、放氢的吸氢合金，可开发出能量密度高、能迅速充放电的无公害电池。液氢用作火箭燃料和航天器 推进剂； (11)液氨常用于低温材料性能试验及超导研究中。 8 内、外市场境况预测 品的国外境况预测 氢气的主要消费领域是石油化工产品的生产，包括合成氨、甲醇、石油炼制产品和其它石化产品等，三者占总消费量的 98%以上，另外还有食用油脂、金属加工、电子、浮法玻璃、火箭等领域有较广泛的应用，但用户分散、用量小，约占总消费量的 1 美国、西欧和日本是氢气生产和消费的大户，消费量分别占世界总消费量的 20%、 20052010 年世界氢气消费增长速度约为 年。 品的国内境况预测 内 我国工业氢气的来源主要有烃类水蒸汽转化制氢、炼厂重整装置副产氢、乙烯厂、烧碱厂等回收氢，较小规模的还有电解水制氢、合成氨分解制氢、甲醇裂解制氢等。氢的生产和供应多以气态形式，液氢多应用于与国防航天事业有关的领域。 我国氢气最大用户是合成氨工业，约占总消费量的 80%以上。但是随着我国环保要求日益严格，及加入 后产品与国际接轨的要求，国内汽、煤、柴和润滑油的质量指标大幅度提高，因此，作为油品质量改善的主要手段，炼油过程的加氢裂化、加氢精 制近年增长最快，也需要应用大量的氢气。另一较大氢气用户是利用合成气 (2)合成甲醇，近年我国甲醇产能增长很快。其它方面如 应生产除了甲醇以外的其他醇、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等等，在我国都有较快的发展。以煤为原料，从合成气直接或间接合成液体燃料的项目也在研讨和开发过程中，如神华煤液化项目已开始实施。 内 (1) 合成氨 合成氨是我国第一大耗氢产品。我国作为农业大国，也是化肥生产大国，合成氨生产大国。国内氮肥消耗量经过了近二十年的高速增长，目前 已经进入平稳阶段，根据国家“十五”化肥发展规划，预测 2000 2010 年我国化肥需求增长率约为 化肥用氨稍有增长，而工业用氨变化不大，预计 2015 年国内合成氨产量将达到 4000万吨 /年左右。 (2) 石油炼制 石油炼制工业用氢量仅次于合成氨，氢气主要用于石脑油加氢脱硫，精柴油加氢脱硫， 9 改善航空燃油的无烟火焰高度，燃料油加氢脱硫，加氢裂化；加氢精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氢、硫醇。总硫、水、含氮化合物、芳香烃。酚类、环烷酸、炔烃、烯烃、金属和准金属等。催化重整原料的加氢精制目的是除去石脑油中的 硫化物、氮化物、铅和砷等杂质。加氢裂化是在氢气存在条按下进行的催化过程，反应主要特征是 的断裂。所用氢量大，压力高，空速低。选择性加氢主要用于高温裂解产物。在石油炼制下游领域，氢气主要用于 油加氢， 产环己烷。 在石油炼制工业中，氢气的消耗是由加工的原料和加工工艺所决定的。一是原油中含硫量较高，会对下游生产装置造成服饰，或对产品质量产生影响，因此，需要更多的加氢装置并消耗更多氢气。再者，炼厂生产过程中有催化裂化、催化裂解等装置，造成汽油、柴油或其它成品油中 烯烃含量过高，影响产品的氧化安定性，造成产品质量指标不合格。而且近年环保要求越来越严格，油品质量指标日益提高，炼油厂氢气的消耗量大幅度增加，因此，近年我国多数炼油厂新建了制氢装置。 中国是炼油大国，原油一次加工能力居世界第三位。对原油的需求量大，由于中国原油产量不足，供需矛盾将越来越突出，中国会更多的进口国外原油，特别是高含硫原油。随着我国高硫油加工比例的增加，特别随着近两年的清洁油品指标的发布和实施，企业多采用加氢工艺，对汽油、柴油和润滑油进行改质和径直，促使国内炼油厂加氢装置比例增加。炼厂主要耗氢装置耗 氢量如表 2 表 2油炼制加氢工艺耗氢量 装置名称 进料 氢气耗量 (t) 加氢精制 直馏石脑油 3 56 煤油 8 脱硫装置 低于 含量 (W) 低硫柴油 8 低于 含量 (W) 低硫柴油 12 低于 含量 (W) 高硫柴油 25 10 低于 含量 (W) 高硫柴油 29 83 常压渣油 143 脱芳烃装置 低于 20%芳烃含量 脱硫柴油 21 低于 10%芳烃含量 脱硫柴油 48 加氢裂化 减压蜡油 171 214 常压渣油 171 429 根据我国炼油行业的发展规划，“十一五”期间我国现有装置能力增幅不大，但加氢裂化、加氢精制、脱硫脱芳等加工装置总能力及其比例都将大大提高。 (3) 甲醇 二十世纪 60年代末我国甲醇产能仅有 10万吨左右，基本上能够实现自给。改革开放后，特别是 20 世纪末以后，甲醇工业得到快速发展，预计到 2015 年，我国甲醇总产能力有望达到 3500万 t/a，消费量约占世界的 30 40%。成为名副其实的世界甲醇市场中心。 我国甲醇主要用于化学合成，其次是燃料和溶剂，近年来增长罪迅速的 是燃料，化学品生产和医药市场平稳增长，农药和溶剂在总量中所占比例有所下降。预计今后几年，由于甲醇大量用于掺烧汽油，燃料市场将得到迅猛增长。与合成氨相比，虽然甲醇合成过程中耗氢量要小得多，但随着甲醇产量及需求量的大幅增长，相应 (4) 烧碱 烧碱是通过电解食盐水来生产的，生产过程中副产一定量的氢气。对于大中型烧碱装置和企业，这部分副产氢气量也很可观，我国是烧碱生产大国，多数烧碱厂均配套建设盐酸、聚氯乙烯装置，以平衡氯气并回收利用副产氢气。多数烧碱企业配套建设了盐酸和聚氯乙烯装置，以利用副 产氢，烧碱企业副产氢的平均利用率约达 60%。 2010 年国内烧碱副产氢气量增长不大，估计利用率有小幅提高，总体上讲，烧碱厂的氢气利用率较低，随着氢气用户的增加，烧碱厂氢气回收还有较大的发展空间。 (5) 其他化工产品 化工产品生产中采用加氢工艺的还很多，但用量较小，一般附属于合成氨厂、炼油厂或 11 烧碱厂，我国主要耗氢的化工产品有苯胺、己内酰胺、过氧化氢等，另外有部分食用油脂生产采用加氢工艺。从主要化工产品分析，目前我国化工产品耗氢量约 年，预计今后这方面的氢气消耗年增长率达 10%。 (6) 浮法玻璃 氢 气在浮法玻璃生产中应用于浮法玻璃成形设备 (即锡槽 )中，锡槽需密封并连续地送入纯净的氮、氢混合气。维持锡槽内微正压及还原气氛，保护锡液不被氧化。保护气体中氮、氢气量比为 10:1，要求含氧量不高于 (5 10) 10点 下。国内玻璃行业所需氢气均由现场供应，还没有外购氢气。 (7) 电子工业 氢气在电子工业中主要用于半导体、电真空材料、硅晶片、光导纤维等领域。在电子工业中，氢和氧作为热处理气氛气和过程气而广泛使用。这些气体的纯度对产品的好坏影响很大，需要高纯氢和氧。电子工业用氢多为纯氢或高纯氢，用 量小，一般企业用量从几十立方米几百立方米 /小时。 我国供氢气的生产消费的现状及其预测如表 2 表 2国 消费现状及其预测 消费领域 2005年 2011 年 05 11年均增长率 合成氨 甲醇 烧碱 其他化工产品 石油炼制 浮法玻璃 食用油脂 电子工业 (商品氢 ) 其它 合计 12 品价格分析 目前国内氢气市场总体情况是南方地区氢气价格高于北方地区。南方地区钢瓶装氢气价格大致在 46元 /成都地区），北方地区氢气价格大致在 34元 /抚顺地区）。 本项目根据宁波化工区的氢气市场情况及四明化工与江宁化工氢气供应的合同，本装置氢气含税价格定为 第 三章 产品方案及生产规模 品方案 本装置是以宁波四明化工有限公司合成氨装置的脱碳净化气为原料，生产最终产品为氢气 ( 。 品方案是否符合国家有关政策 根据国家发改委第 9号令产业结构调整指导目录 (2011年本 )中第一类“鼓励类”中第三十八条“环境保护与资源节约综合利用”中的“ 15.“三废”综合利用及治理工程”，该产品方案既符合国家的产业政策和环保政策，也符合公司的企业发展规划。 品规模和各装置的规模确定的原则 根据工艺技术条件和宁波四明化工有限公司提供的脱碳净化气的气 量和组成，确定本装置规模为：原料气处理量 12000h，产品氢气输出流量为 10000h，副产解吸气气量为：1777 h。 年操作时间按 8000小时计。 品、中间产品和副产品的品种、数量、规格及质量指标 品规格及质量指标 本装置产品氢气应达到如下指标： 表 3本装置产品氢气的质量指标 13 序号 指标名称 数值 备注 1 氢气纯度， %(V) 2 10 3 10 4 %(V) 5 %(V) 6 压力， 压 ) 7 露点， 副产品规格 本变压吸附制氢装置可得副产解吸气流量为 1777 h，该解吸气含 9%、 1%、 可送公司 8万吨合成氨系统作原料）、 4%， 解吸气压力： 吸气温度： 40 解吸气流量： 1777 h 料平衡 装置流程框图 原 料气 产品气 解吸气 为装置界区 制氢装置物料平衡 变压吸附提氢装置物料平衡见表 3 表 3变压吸附物料平衡表 组份 原料气 一段产品气 一段解吸气 V h V h V h 户（江宁化工） 原有气柜 14 合计 第四章 工艺技术方案 0000 艺技 术方案选择 目前国内制氢厂家采用的制氢方法有多种：如水电解制氢、氨裂解制氢、甲醇裂解制氢、天然气加压蒸汽转化制氢、含氢的混合气 (本项目 含 氢的脱碳净化 气 )中提纯氢等。 表 4几种制氢方法比较 (以生产 1000 序号 比较项目 单位 水电解法 天然气蒸汽转化+碳净化+裂解+醇裂解+ 投资 万元 1500 604 120 600 600 2 主要消耗 (1) 软水 t 2 (2) 脱碳净化气 546 1200 (3) 液氨 700 (4) 甲醇 690 (5) 燃料油 260 260 (6) 电 5006000 106 16 50 100 (7) 蒸汽 t (自给 ) 8) 循环水 t 20 58 60 60 从上表可以看出，以含氢的脱碳净化气为原料制取氢气具有较大优势，故对于本项目而 15 言，以脱碳净化气为原料制取氢，是最经济合理、切实可行的。 当前，工业上应用较多的方法主要有膜分离法、低温分离法和变压吸附法。 膜分离法是以选择透过性膜为介质，待分离的原料在某种推动力的作用下（如电位差、压力差、浓度差等），有选择性的透过膜，从而达到分离提纯的目的。与常规的分离方法相比，膜分离法具有低能耗、单级分离效果好、过程简单、不污染环境等特点。用于氢气分离纯化的膜材料有钯膜和有机纤维膜。用于氢回收的钯合金膜由于价格昂贵，只适用于较小规模且对氢气纯度要求很高的场合使用；有机中空膜分离回收氢装置应用最广、销售量最大的领域是从合成氨弛放气、甲醇厂放空气分离回收氢。其特点是可以利用放空尾气自身的压力，以膜两侧的分压差作为推动力，具有无 需外加动力，在常温或稍高于常温的温度下操作，对原料气组成变化的适应性强等优点。其缺点是回收氢纯度不高，一般都是作化工原料气，就地循环使用。 低温分离法亦称深冷法，一般在液氮温区操作。深冷法最大的优点是氢的回收率高，一般情况下大于 90%，采用深冷法时，对装置预冷所需时间长，因而从开车启动到正常运行的周期也长，同时为避管道堵塞造成中途停车，原料气在进入深冷装置前，需要预先清除在低温下会固化的高沸点杂质如： 。缺点是运行成本较高，装置投资较大。 此法现在一般很少采用。 变压吸附 (简称 文 写 )分离法是六十年代以后发展起来的常温气体分离技术，其原理是利用吸附剂对不同气体吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特征，在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，降压解吸所吸附的气体组分，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的。 该技术用于制取纯氢，几乎能够把所有的杂质除去，从而获得纯度为 纯氢产品。 美国联合碳化合物公司首先采用 1966年第一套 后的 20年间，目前，全世界各种类型的 000套，我国从 60 年代末开始进行采用变压吸附技术分离气体混合物的实验研究，到 1981 年实现工业化，最初是用于合成氨驰放气中制取高纯氢 (，以后不断开发了从焦炉煤气、氨厂变换气、甲醇尾气、甲醛尾气、石油裂解气、冷箱尾气等二十多种含氢混合气中提纯氢气，在此基础上，又从单纯的制氢领域拓展到变压吸附制一氧化碳、二氧化碳、变换气脱碳、天然气净化、空分制富氧、空分制纯氮、浓缩甲烷、浓缩乙烯等九大技术领域，目前，我国已建成各型 000余套， 在部分技术领域处于世界领先水平。 16 从目前制氢的主要方法来看，深冷分离法历史最久，工艺成熟可靠，且具有容量大、收率高等特点，但工艺流程和设备复杂，当原料气组份较多时，往往要求预净化处理，投资和能耗较高， 因具有工艺流程简单、设备台件少、自动化程度高、能耗低、产品纯度高等优点而获得广泛应用，特别是在制取纯氢方面，因为氢组份的特殊吸附性能，使得 的优点充分体现，从已经投产运行的 能效果和技术经济指标均较为理想，本装置采用变压吸附法提纯氢技术上是可行的。 故本项目拟推荐采用脱碳净化气 为原料采用变压吸附分离技术制取氢气。 碳净化气氢提纯单元工艺技术方案、工艺流程、工艺技术特点 变压吸附工艺过程的工作原理是 : 利用吸附剂对气体混合物中各组份的吸附能力随着压力变化而呈现差异的特性，对混合气中的不同气体组份进行选择性吸附，实现不同气体的分离。 为了有效 而且 经济地实现气体吸附分离净化，除了吸附剂要有良好的吸附性能外，吸附剂的再生方法具有关键意义。吸附剂的再生程度决定产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力；吸附剂的再生时间决定了吸附循环周期的长短，从而 也决定了吸附剂的用量。因此选择合适的再生方法及吸附周期时间，对吸附分离法的工业化起着重要的作用。 变压吸附过程在加压下进行吸附，减压下进行解吸。由于吸附循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，波动范围仅为几度，可近似看做等温过程。变压吸附工作状态是在一条等温吸附线上变化。 常用的减压解吸方法有下列几种，其目的都是为了降低吸附剂上被吸附组分的分压，使吸附剂得到再生。 （ 1） 降压 ： 吸附床在一定压力下吸附杂质组份，然后通过降压方式 (通常降至接近大气压 )，使被吸附 组分解吸出来。采用降压方式，被吸附组分解吸不太充分，吸附剂再生不太完全。 （ 2） 抽真空 ： 吸附床降到大气压后，为了进一步减小被吸附组分的分压，可用抽空的方法来进一步降低吸附床压力，以得到更好的再生效果。 （ 3） 冲洗 ： 利用较纯净的产品气或者其它适当的气体通过进行再生的吸附床，被吸附组 17 分的分压随冲洗气通过而下降。吸附剂的再生程度取决于冲洗气用量和冲洗气纯度。 通常在变压吸附过程中根据被分离的气体混合物各组分性质、产品要求、吸附剂的特性以及操作条件来选择几种上述的再生方法配合实施的。 艺流程 原料 气 (脱碳净化气 )在 1. 65 40 下 送入分离器分离液态物质后， 进入 置 。 在 统中 每台吸附器在不同时间依次经历吸附 (A)、 多 级压力均衡降 (顺放 ( 逆放 (D)、 抽空 (V)、 多 级压力均衡升 (最终升压 (逆放步骤排出吸附器中吸留的部分 杂质 组分，剩余的 杂质 通过 冲洗 步骤进一步完全解吸 。解吸气经过解吸气缓冲罐和混合罐稳压后送出界区。 艺技术特点 针对原料气的组成、压力相对稳定，而要求产品氢气中 1010实际情况， 该变压吸附装置具有如下特点： 采用先进的变压吸附提氢工艺，吸附剂利用率高，产品收率高，运行平稳可靠，节省投资及占地。 先进的变压吸附制氢工艺，采用抽空解吸工艺可大大提高产品氢回收率。同时真空泵可任意实现增减，大大提高了装置的可操作灵活性。 本装置采用自适应优化控制系统及多塔程序切换系统。可实现装置全自动化操作，减少人为因素对装置操作的影响。 原料压力及组成相对稳定，使得吸附时间与原料负荷的关系式大大简化，原料负荷变化时，吸附时间可自动改变。可保证产品氢气质量，提高产品氢气收率。 终充调节 采用压力控制。原料负荷变化后，吸附时间的变化会自动改变终充调节阀的设定值，使终充调节阀在新的原料负荷下自动调整，终充到位。可保证装置在负荷变化时仍能优化、稳定运行。 逆放过程随原料负荷变化自动调整，可保证尾气系统稳定。 采用程控阀阀检与压力信号判断程控阀故障，可准确判断阀门故障情况，如仪表元件故障、程控阀内漏及执行机构故障等，减少误操作。 解吸气系统设立缓冲系统，即解吸气缓冲罐，使得尾气压力、流量及热值更加稳定。 18 采用研制并改良的专用吸附剂，其吸附容量大，解吸性能好。减少了装置吸附剂用量，节 省了投资并提高了氢气回收率。 作为关键设备的程控阀，在压力高及气流来回冲击大的部位采用研制生产的第 5代平板程控阀，启闭速度快，双向流通性好，密封性能高（ 寿命长（大于 100万次）、阀位显示可靠、检修方便；可保证装置长期稳定运行。 程控系统采用压缩空气驱动，介质的粘度受环境温度影响变化很小，一年四季驱动介质的物理性质基本不变，可保证一年四季程控阀动作时间一致；系统简单，运行平缓；动作安全可靠，无环境污染。 碳净化气氢提纯单元消耗定额 表 4按 1000 品计） 序号 项目名称 规格 单位 消耗定额 备注 1 原料 气 200 2 电 220V 5 照明和仪表用电 3 380V 空泵 4 仪表空气 仪表及程控阀用 5 氮气 0 开车初置换用数小时 7 副产 解吸 气 于合成氨原料 碳净化气氢提纯单元主要设备的选择 本装置中压力容器的主要受压元件选用 20R、 16优 质钢板制造。 20R、 16板符合 压力容器的安全阀应并联设置两个，每个均能满足事故状态的泄放要求。 本装置主要设备是吸附器，设备工作压力呈周期性变化，承受交变压力。本设备材料选用 20合 在施工前逐张进行超声波探伤检验，符合 力容器无损检测规定的 ，在结构上要求设备 A 、 100%射线探伤检测，达到 I 级标准，焊缝内外表面磨平，所有角焊缝必须按 19 规定探伤，要求 倒园，以降低应力集中，制造检验方面要求制作产品焊接试板，焊后消除应力热处理。 为保证该装置长期安全运行，设备应有由用户制定的专门的安全操作规程。特别是压力容器，应按劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程和化工部在用压力容器检验规程及当地劳动部门规定的管理办法加强管理。 为使设备安全运行，保证设计寿命，要求凡是在冬季开车系统应缓慢升温升压，需升温升压的设备，最好将温度升至操作温度后再升压。 裙座防火层的敷设方案要加以考虑，可在设备就位后敷设，防火层厚度 50 照 4 标设备 一览表 表 4标设备 名称 直径 主材 数量 单重 总重 工作压力 m 台 t/台 t 料分液罐 20R 1 3 3 吸附塔 20R 10 115 产品气缓冲 罐 20R 1 11 11 解吸气缓冲罐 20R 2 13 26 合计 14 155 力 设备 及定型设备一览表 表 4型设备 序号 名称 主 要技术参数 数量 备注 1 真空泵 2抽气量 3480h，电机功率90 3台 控技术方案 用的标准、规范 过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号 20505自动化仪表选型设计规定 20507控制室设计规定 20508仪表供电设计规定 20509仪表供气设计规定 2051020 信号报警、安全联锁系统设计规定 20511仪表配管配 线设计规定 20512仪表系统接地规定 20513仪表及管线伴热和绝热保温设计规定 20514仪表隔离和吹洗设计规定 20515自动分析器室设计规定 20516自动设计常用名词术语 20699 自动控制水平 为满足厂方对装置长期、稳定、安全运行的要求，在 置的控制软件包中，不仅能实现系统的常规控制要求，还配置了多塔自动任意切换和自适应优化控制系统。 可保证装置的长期 、稳定、安全运行，同时大大提高装置操作的灵活性。 要控制方案 本装置控制系统选用 序逻辑控制系统，其电源、通讯、 有冗余功能。通讯卡 以和具有 议的其它 行通讯。预留 100M 以太网接口一个，便于信息资源共享。其容量和性能可充分满足本装置的需要 。 本项目拟选用德国西门子公司的 控制范围是 位检测，动力设备运行状态，以及装置的压力，温度，流量，分析，调节等监控回路。西门子公司是世界知名的 一。产品可靠，具有较好的性价比。在冶金、电站、石化、化工等领域得到广泛应用。 表选型原则 变压吸附装置的控制特点是：程序控制阀门多，程控阀门切换时间短，动作频繁，顺序控制结合常规模拟控制，自动化程度高，无法手动控制。所有的现场仪表均能满足区 为本质安全型。 现场就地指示压力仪表为普通弹簧管压力表。 压力变送器、差压变送器选用智能式变送器，其模拟信号经安全栅隔离后送入 控制室集中调节和显示。压力变送器带现场指示表头。 现场就地指示温度仪表选用双金属温度计。 21 本装置在原料气进口端及产品气出口端设置有流量检测系统，便于对原料气及产品气进行准确计量。对要求计量的参数进行温度、压力自动修正。 在控制室集中显示的流量仪表，选用涡街流量计作一次表，经安全栅隔离后送入 统。 气动调节阀带空气过滤减压阀、 电磁阀动作频繁，故障后直接影响程控阀动作，要求高，采用原装进口产品。平均 1000万次以上无故障。 阀检检 测程控阀动作是否正常，如误报将直接影响生产，要求高，采用原装进口产品。 (1)装置区设置可燃气体报警仪。 (2)装置区设置有毒气体报警仪。 (3)在线检测指标： 配置在线分析仪，采用原装进口产品。 样点： 动控制系统 表 4自控系统 一 1 酷睿 50G 控机 台 1 2 19 彩显 1 3 1024 点 套 1 4 套 1 5 高级语言编程软件 套 1 二 1 块 1 2 128K 个 1 22 3 530 根 3 4 61 扩展卡 块 3 5 16 点 /块 块 6 6 16 点 /块 块 6 7 8点 /块 块 4 8 4点 /块 块 2 9 20针前连接器 个 18 10 总线连接器 个 4 11 总线电缆 根 1 要仪表清单 表 4表设备表 序号 名称 单位 数量 备注 一 现场仪器仪表 1 阀位检测器 台 76+5 德国 P+F 2 二位五通电磁阀 台 76+5 美国 智能压力变送器 台 14 一体化温度变送器 台 2 川仪 5 孔板流量计 台 2 川仪 6 智能差压变送器 台 2 调节阀及定位器 台 6 富阳佳能 8 可燃 (有毒 )气体报警仪 台 4 无锡时和 9 台 1 北分麦哈克 10 就地仪表 套 1 川仪 二 系统成套仪 器仪表 1 阀检用安全栅 台 36 德国 P+F 2 模拟量用安全栅 台 22 西安咸阳 23 3 24台 2 德国西门子 4 仪表柜 块 1 成都智能仪表厂 控阀门 程控阀门能对阀位状态进行现场指示和远程传送信号。 程控阀是变压吸附装置完成工艺过程的重要部件，亦是装置实现正常运转，可靠工作的关键设备。由于变压吸附装置工艺的特殊性，需要大量的程控阀频繁动作，因此，程控阀的操作指标和要求均较一般阀门高，除了应具有良好的密闭性能、快速的启闭速度和调节能力外，还必须能在频繁动作下 ，长期可靠运行，主要性能归纳如下： (1) 动作寿命长，密封在启闭 100万次以上无泄漏。 (2) 关闭速度快，随阀门通径不同，其启闭时间在 1 2秒。 (3) 开启速度慢，根据程控阀所处位置的不同而具有不同的开启速度。 (4) 程控阀门具有双向流通特性。 (5) 具有阀位状态现场指示和远程传送信号的性能，其动作寿命与程控阀相当。 (6) 具有调节功能的程控阀配备的电气阀门定位器，寿命与程控同步。 程控阀门的寿命 阀门的机械寿命不小于 15年。 阀门的密封保证使用寿命大于 4年。 表 4程序控制阀 阀门规格 计 阀门数量 20 10 10 10 26 76 第五章 原料、辅助材料及燃