甲醇裂解制纯氢及CO技术.doc

某科技 YALIAN 技术方案及报价书 甲醇转化制取400Nm3/h 纯氢及CO合成气装置技术附件时 间： 机密第 1 页2010-7-15第一部分 技术方案一、 技术规格1、概述项目名称：甲醇转化制取400Nm3/h 纯氢及CO合成气装置业 主：建设地点： 2、技术规格一览表序号指标名称单 位数 量备 注一产品规格及规模氢气纯度（V/V）99.9%压力MPa(G)1.0温度40.0产量Nm3/h210CO合成气纯度（V/V）50%不含氧、H2O压力MPa(G)0.02温度40.0产量Nm3/h190二装置能力1公称能力Nm3/h4002年生产时数小时82003装置运行方式连续运行4操作弹性40-110%三装置消耗1甲醇kg/h243.43符合GB338-92，工业一级2脱盐水Kg/h2.46氯离子0.1mg/l，电导率10S/cm3循环水m3/h50.0循环量4电KWh/h40.0包括机泵、真空泵用电及车间照明5仪表空气Nm3/h30.0四三废排放量1废水t/h无本装置基本无废水排放2废气Nm3/h无本装置解析气即为产品CO合成气3废渣kg/年催化剂 490.8吸附剂 744.2年平均更新的催化剂、吸附剂（可回收）4废液t/年未反应甲醇及副产物回烧处理五装置占地面积m2200根据现场情况具体确定六装置定员人8按四班三运转考虑3.主要物料情况一览表名称单位组 分合计甲 醇脱盐水氢气一氧化碳二氧化碳甲 烷二甲醚1原料mol%99.00%1.00%100.00%Kg/h243.43 2.46 245.88 2裂解气V%4.75%0.43%61.64%27.50%2.37%0.57%2.75%100.00%Nm3/h20.45 1.84 265.31 118.37 10.20 2.45 11.84 430.45 Kg/h29.21 1.48 23.69 147.96 20.04 1.75 21.76 245.88 3净化分离V%60.45%2.34%37.21%Kg/h28.18 1.09 17.35 46.62 4产品氢气V%99.99%0.01%100.00%Nm3/h209.98 0.02 210.00 Kg/h18.75 0.01 18.76 5解析气V%0.38%0.25%29.13%62.32%5.37%1.29%1.26%100.00%Nm3/h0.72 0.48 55.33 118.37 10.20 2.45 2.40 189.95 Kg/h1.03 0.39 4.94 147.96 20.04 1.75 4.41 180.52 二、 工艺描述1工艺技术基础数据1.1 氢气1.1.1 工艺指标l 压力 1.0MPa(表压G)l 温度 40l 流量210Nm3/hl 纯度 99.9%（V/V）1.1.2 生产规模l 210Nm3/h氢气，弹性范围40110%。l 装置年运行时间8200小时1.2 一氧化碳合成气1.2.1 工艺指标l 压力 0.02MPa(表压G)l 温度 40l 流量190Nm3/hl 纯度 50%（V/V）1.2.2 生产规模l 190Nm3/h CO，弹性范围40110%。l 装置年运行时间8200小时1.3 公用工程条件1.3.1 脱盐水l 供水温度. 常温l 电导率 5S/cml 溶解O2 2 mg/kgl 氯化物 0.1 mg/kgl 硅酸盐(以SiO2计) 0.2 mg/kgl SO42- 0.000l Fe 0.1 mg/kgl PH值 6.08.01.3.2 循环冷却水l 供水温度 33l 回水温度 43l 供水压力 0.45MPal 回水压力 0.25MPa1.3.3 电l 交流电 相数/电压等级/频率 3 PH/ (10KV/380V/220V) / 50 Hzl 交流电 相数/电压等级/频率 1 PH/ 220V / 50 Hzl 直流电 相数/电压等级 1 PH/ (220V/24V)1.3.4 仪表空气l 压力 0.500.65MPal 温度 常温l 常压下露点 -40 l 纯度 无油无尘、无其它有害气体1.3.5 低压氮气l 压力 0.30MPal 温度 常温l 常压下露点 -40 l 纯度 99.0%vol,无油1.3.6 工厂风l 压力 0.65MPal 温度 常温1.3.8 消防水l 压力 1.0MPa1.3.9 生活水l 压力 0.4MPa2原料及公用工程消耗以下原料的要求是针对我国原料来源制定的标准，如果原料指标更高，产品质量会更加稳定，催化剂的使用寿命会更长。序号名 称规 格单 位消 耗备 注1甲醇符合GB338-92一级品Kg/h243.432去离子水符合锅炉用水要求电导率：10s/cm氯离子：1mg/lkg/h2.463循环冷却水0.4mPa,33t/h50.00循环量4仪表空气0.40.6mPa，-40ATMNm3/h30.005电配电柜，照明及仪表Kwh/h40.006氢气99.9Nm3/次400仅开车还原催化剂用7氮气99Nm3/次600仅还原催化剂及置换用8柴油kg/h503工艺原理3.1 甲醇裂解工艺原理精制甲醇在一定的温度、压力条件下通过催化剂作用，发生催化裂解反应，最终生成氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体的混合气。主反应：CH3OH=CO+2H2 -90.7kJ/mol副反应：CO+H2O=CO2+H2 +41.2kJ/molCH3OH+H2O=CO2+3H2 -49.5kJ/mol 2CH3OH=CH3OCH3+H2O +24.90kJ/mol CO+3H2=CH4+H2O +206.3kJ/mol反应后的混合气体经换热、冷凝、分离后，即得到氢含量6467%、CO含量2730%， CO2含量23%、 CH4含量0.31%、饱和H20含量1.52.5%的转化气送变压吸附装置分离提纯。3.2 PSA变压吸附工艺原理吸附现象早已被人类所知，但是吸附作为一种分离技术，在工业上被大规模采用，还是近几十年的事情。吸附技术早期的应用是用于工业气体的干燥和净化。六十年代初，这项技术成功用于氢气的分离提纯，奠定了吸附分离技术大规模工业化的基础。目前变压吸附技术已在世界范围内成为氢气的主要分离方法，并成功用于二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、甲烷等气体的分离提纯和其它工业气体的净化。 吸附分离技术作为化工单元过程，正在迅速发展成为一门独立的学科，在石油化工、化学工业、冶金工业、电子、国防、医药、轻工、农业以及环境保护等行业，得到了越来越广泛的应用。变压吸附技术已成为气体化合物分离和提纯的重要手段。 研究发现，一些具有发达微孔结构的固体材料对流体分子具有吸附作用，这类吸附材料被称为吸附剂。当流体分子与固体吸附剂接触后，吸附作用随即会发生。吸附的结果导致被吸附的分子在流体中和在吸附剂表面呈现不同的浓度分布，被吸附的分子在吸附剂表面得到富集。不同的分子在吸附剂上呈现不同的吸附特性。外界条件如流体温度、流体浓度(压力)会直接影响分子的吸附特性。利用不同分子在吸附剂上吸附特性的差异，通过改变温度或压力的方式可以实现混合物的分离和提纯。 CO2 平 衡 CH4 吸 CO 附 N2 量 H2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5吸附压力(MPa)图 6-1. 25下CO2,CH4,CO, N2,H2在CNA-226吸附剂上的吸附等温线 在一定的温度和压力下，可以测定出不同气体组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量用曲线连接，就得到吸附等温线。 由于气体组份在吸附剂上的吸附特性存在差异，我们可以利用这种差异来达到分离气体混合物的目的。不同的气体组份，在吸附剂上表现出不同的吸附特性，通常用吸附等温线来描述气体组份在吸附剂上的吸附特性，见图61。根据Langmuir吸附理论，单分子层吸附的吸附等温线遵循Langmuir吸附等温方程： 61 吸附质i的平衡吸附量 P 系统的压力 Pi 吸附质i的分压 Xi 吸附质i的摩尔浓度分数 K1，K2 吸附常数 从Langmuir吸附等温方程(3-1)可知，在一定的吸附温度下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附质的分压上升而增加；在相同分压下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附温度上升而减少；加压降温有利于吸附质的吸附，降压加温有利于吸附质的解吸。变压吸附过程在一定压力下进行吸附，在低压下进行解吸。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，吸附过程可近似看做等温过程。图62. 吸附量与压力和温度关系示意图从Langmuir吸附等温方程(6-1)可知，在一定温度下，被吸附组份的解吸需要通过降低其分压来完成，常用的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份的分压。如图6-3吸附和解吸示意图。l 放压: 吸附床在一定压力下完成吸附过程后，通过放压方式(通常降至接近大气压)，使被吸附组份解吸出来。采用自然放压方式，放压程度有限，被吸附组份不能充分解吸，吸附剂再生不完全。l 抽真空: 吸附床降到大气压后，为了进一步减小被吸附组份的分压，可用抽空的方法来进一步降低吸附床压力至真空状态，使被吸附组份充分解吸。l 冲洗: 利用纯净的产品气或者其它适当的气体冲洗吸附床，以减小被吸附组份的分压而使之充分解吸，从而达到吸附剂再生的目的。l 加温：对于一些吸附性很强的组份，在低分压下有强烈的吸附作用，通过降低分压难以解吸，这时需要采用加热方式进行解吸，这就是所谓变温吸附分离过程。通常在变压吸附过程中根据被分离的气体混合物各组份性质、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。 图63.吸附和解吸示意图 气体组份的流出顺序是： H2，N2，CO，CH4，CO 气体流出物 H2富集区 2N2富集区 固定吸附床，装填有一种或多种吸附剂CO富集区CH4富集区CO2富集区 气体混合物（ H2，N2，CO，CH4，CO2）图6-4.气体混合物吸附分离示意图如图6-4所示，气体混合物的吸附分离是在固定吸附床中实现的。把一种或多种吸附剂充填在吸附床中，当混合气体在一定压力下进入吸附床后，由于气体组份存在吸附特性差异，不同的组份在吸附床的不同位置形成吸附富集区，最强吸附组份（CO2）富集于吸附床的人口端，最弱吸附组份（H2）富集于吸附床出口端，其余组份的富集区以吸附性强弱差异分布于吸附床中部。 气体流出物：H2 吸附时间：t1 H2富集区 在吸附初期，吸附性强的组份富集在层次的入口端，靠近吸附床出口端的区域是H2富集区，此时，吸附床的流出物是纯度较高的H2 N2富集区CO富集区CH4富集区CO2富集区 气体混合物（ H2，N2，CO，CH4，CO2）图6-5.吸附时间为t1时，吸附床各组份富集区分布示意图 气体流出物：H2，N2 吸附时间 ：t2 N2富集区 随着吸附过程的进行，强吸附组份的富集区逐渐扩大，强吸附组份会对弱吸附组份发生“顶替作用”，其富集区将向吸附床的出口端移动，当N2富集区达到吸附床出口端时，吸附床的流出物是H2和N2的混合物 CO富集区CH4富集区CO2富集区 气体混合物（ H2，N2，CO，CH4，CO2）图6-6.吸附时间为t2时，吸附床各组份富集区分布示意图 气体流出物：H2，N2，CO，CH4，CO2 吸附时间 ：t3 CO2富集区 随着吸附过程的继续进行，强吸附组份的富集区继续扩大，最终最强吸附组份CO2的富集区将占据整个吸附床，吸附床的流出物是H2，N2，CO，CH4，CO2的混合物 气体混合物（ H2，N2，CO，CH4，CO2）图3-7.吸附时间为t3时，吸附床各组份富集区分布示意图 随着混合气体不断进入吸附床，各组份的富集区不断发生变化，强吸附组份的富集区逐渐扩大，同时发生“顶替效应”，弱吸附组份的富集区被强吸附组份占据而逐渐缩小。H2的吸附性最弱，在吸附床的出口端首先流出。其余组份由弱到强依次流出，我们可以控制流出时间得到不同浓度的流出物。在N2流出之前得到的流出物是纯度较高的H2，这样便可以实现H2的分离提纯。CO2吸附性最强，最后流出。当CO2流出后，CO2的富集区几乎充满整个吸附床，通过放压和抽真空的方式，使吸附床中富集的CO2解吸并回收，便可以实现CO2与其它气体组份的分离。图68. 强吸附组份（N2，CO，CH4，CO2）流出曲线吸附性最弱和最强的组份较容易分离，可以一步完成。当吸附时间为t1时，可以从吸附流出物中得到纯度较高的H2，如图65，图66。当吸附时间为t3时，可以从解吸物得到富集的CO2，如图67，图68。 要分离不同的气体混合物，提纯不同的气体组份，需要根据混合物的组成，选择不同的吸附剂。 为了有效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，吸附剂的再生过程非常重要。吸附剂对气体组份的吸附量是有限的，当吸附达到饱和后，其吸附性能将下降甚至失去，所谓吸附剂的再生，是使吸附剂重新恢复吸附性能的过程。吸附剂的再生程度影响产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力。因此选择合适的再生方法，对吸附分离技术的工业化起着重要的作用。吸附剂的再生通常采用分压、冲洗、抽真空方式，有时需要几种方式配合使用，以得到良好的再生效果。在本装置中把多种吸附剂充填在吸附床中，当转化气（气体混合物）在一定压力下进入吸附塔(吸附床)后，由于转化气中H2、CO、CH4、CO2等有不同吸附特性差异， H2、CO、CH4、CO2气体被吸附剂吸附，并在吸附塔内的不同位置形成吸附富集区，最强吸附组份（CO2）富集于吸附床的人口端，最弱吸附组份（H2）富集于吸附床出口端，其余组份的富集区以吸附性强弱差异分布于吸附床中部。转化气中的H2从吸附床顶部排出，得到合格的产品氢气。变压吸附(PSA)净化工艺自从于六十年代初由美国联合碳化物公司(UCC)实现4床工业化后，许多公司相继开发了多床(5床、6床、8床、7床、10床、12床）PSA工业装置，并在程序控制方面不断改进和完善，使PSA工艺的氢回收率有了很大提高，同时操作的可靠性、灵活性也得到了较大提高。4工艺流程简介流 程 原 理 图转化反应汽化过热冷 却甲醇换 热甲醇裂解制氢工艺流程原理框图如下:导热油加热系统 未反应甲醇去导热油炉分离净化产品氢气送压缩工段变压吸附提氢CO合成气送压缩工段4.1 公用工程系统4.1.1 导热油系统甲醇裂解制氢工艺采用导热油作为热源供反应使用，导热油的加热可以采用煤加热、油加热、气加热、电加热等多种方式。在本装置中，工程建设方对导热油的加热方式指定了两种方式：即电加热和天然气加热。同时，在本装置每小时大约有28.18Kg未反应完全的甲醇，这部分甲醇经处理后送特殊改制的烧咀入油炉混烧加热导热油，这样既可减少天然气的消耗同时又解决了含有有机物的未反应完全的甲醇须外排的环保问题。在本装置中，建议业主考虑油加热导热油炉。油加热导热油炉同样可以回烧未反应甲醇，还有运行成本低的特点。且柴油来源方便，可以随用随购，还可省去天然气管道费用和天然气保底消费费用。导热油几种加热方式运行成本比较（均为50万大卡油炉）加热方式消耗/小时单价(元)小时成本（元）备注电加热600KW0.85/KW510未反应甲醇无法回烧天然气加热80Nm34.70/Nm3376未反应甲醇可以回烧柴油加热50Kg4.67/Kg233.5未反应甲醇可以回烧，技术成熟 甲醇加热100Kg2.50/Kg250未反应甲醇可以回烧，技术开发阶段综上，本工艺方案采用油加热导热油炉。4.1.2 脱盐水本装置脱盐水用量很少，配置小型脱盐水发生器一套。4.1.3 电、仪表空气及循环水 本装置用电、仪表空气及循环冷却水由用户统一送至装置界区。4.2 甲醇转化工序4.2.1 原料汽化过程原料液汽化是指在加压条件下，将甲醇和微量脱盐水按规定比例混合，用泵加压送入系统进行预热、汽化过热至转化温度的过程。完成此过程的设备包括：甲醇中间罐、原料液计量泵、换热器、汽化过热器、导热油炉等设备及其配套仪表和阀门。该过程目的是为甲醇催化裂解反应提供规定的原料量、转换温度等条件。4.2.2 催化转化反应在规定温度和压力下，在特殊改制的催化剂的作用下，原料蒸汽在转化器中进行气相催化反应，完成催化裂解反应。完成此反应过程仅需转化器及其配套仪表和阀门。该反应的目的是完成化学反应，得到主要含氢气和一氧化碳的转化气体。4.2.3 转化气冷却冷凝将转化器下部出来的高温转化气经两次换热冷却、冷凝降到常温。完成该过程的设备有：换热器、冷凝器设备及其配套仪表和阀门。该工序目的是降低转化气温度,冷凝转化气中的甲醇、脱盐水等组分。4.2.4 转化气气液分离含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和少量甲醇、水的低温转化气，进入气液分离缓冲罐气体从分离罐上部去PSA气体净化工序，少量的甲醇、水从底部排放。完成该过程的设备有：气液分离缓冲罐及其配套仪表和阀门。该工序目的是进一步将转化气中的未完全反应的甲醇和极少量的水分离掉，罐顶制得转化气送入PSA工序。4.2.5 甲醇转化主流程简述来自甲醇储罐的甲醇在甲醇中间罐与脱盐水按比例混合后经原料液计量泵加压进入换热器中，与来自转化器的高温转化气进行第一次热交换。完成第一次热交换后的原料液温度约为180，随即进入汽化过热器，在汽化过热器中与导热油进行第二次热交换完成汽化和过热。原料蒸汽温度达到290300催化转化温度后进入转化器内。在此完成催化裂解反应，生成的高温转化气在换热器中被原料液冷却，再经冷凝器与循环冷却水进行第三次热交换，冷却冷凝降温至40以下后进入气液分离罐分离掉未反应的甲醇、水后，转化气从顶部去PSA提纯工序。被分离出来的甲醇、水经特殊处理后送入特制的烧咀入导热油炉燃烧加热导热油。汽化、过热及转化反应所需热量由外部导热油加热供给。4.3.1 PSA气体净化工序4.3.1 流程简述来自甲醇裂解工序的约400Nm3/h的转化气进入由4个吸附塔组成的提纯装置，经变压吸附提纯处理后得到210Nm3/h纯度99.9%产品氢气，抽真空解析气即为190Nm3/h CO纯度62%产品一氧化碳合成气。本提纯装置由4个吸附塔组成。采用一个吸附塔吸附，二次均压和连续抽真空的解析方式。每个吸附在一次循环过程中要经历吸附、二次压力降、逆放、抽空、二次均压力升、最终升压共8个步骤构成。下面将吸附剂的再生过程简述如下：a. 均压降压过程这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将吸附塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压、解析过程，更是回收床层死空间气体的过程，本流程共包括了二次连续的均压降压过程，以保证有效气体的充分回收。b. 逆放过程在均压降压过程结束、吸附前沿已达到床层出口，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来。c. 抽空过程逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用真空泵将吸附塔抽空，使被吸附杂质气体即产品一氧化碳合成气解吸出来。e. 均压升压过程在抽空再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力气体依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是吸附塔升压过程，而且也是回收其它吸附塔的床层死空间气体的过程，本流程共包括了连续二次均压升压过程。f. 产品气升压过程二次均压升过程完成后，吸附塔内的压力还未达到吸附压力，为了吸附塔平稳地切换至下一次吸附并保证产品气纯度和压力在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品气将吸附塔压力升至吸附压力。经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。4.3.2 PSA气体提纯工序的主要工艺操作参数序号步序操作压力温度1吸附 （A）1.00MPa常温2一均降压 （E1D）1.00MPa0.56MPa常温3二均降压 （E2D）0.56MPa0.19MPa常温4逆放 （D）0.19MPa0.02MPa常温5抽真空 （V）0.02MPa-0.08MPa常温6二均升压 （E2R）-0.08MPa 0.19MPa常温7一均升压 （E1R）0.19MPa0.56MPa常温8产品气升压 （FR）0.56MPa1.00MPa常温4.3.3 PSA工艺流程的多种运行方式PSA工艺操作灵活，可以组合多种运行方式，在计算机程序控制下， PSA装置可4塔运行，需要时（如出现阀门及控制设备故障时）也可自动切换至3塔，从而实现装置的在线检修功能。在真空泵出现故障时，装置可由VPSA转入PSA冲洗流程继续生产。这样大大地提高了装置运行的可靠性。5. 车间生产成本分析 本装置按照年运行时间8200小时工况考虑序号名 称单 位数值/金额总况氢气产量Nm3/h210一氧化碳合成气产量Nm3/h190总气量Nm3/h400小时生产成本分项甲醇元608电元34柴油导热油炉柴油234158回烧未反应甲醇-76仪表空气元6.00循环冷却水元10.00小时车间成本元816单位成本元/Nm32.04计算价格依据甲醇：元/T2500天燃气:元/ Nm34.700柴油元/T4670电价：元/度0.85仪表空气元/Nm30.20循环冷却水元/T 0.20消耗指标甲醇：Kg/h243.43未反应甲醇Kg/h28.18柴油Kg/h50电：度/h40仪表空气Nm3/h30循环冷却水T/h50说明: 导热油炉小时运行成本中回烧甲醇价值计算方法如下：1.小时回烧甲醇总质量：28.18 Kg2.甲醇热值折算为柴油小时重量：16.34 Kg/h28.18Kg0.58（回烧甲醇热值约为柴油热值的68）16.34Kg/h l 柴油油炉小时回烧甲醇价值为：16.34Kg/h4.67元76元6. 工艺特点本工艺总结了我公司多年在专业制氢领域的工作经验，对系统进行了优化和改进，使用户的操作更为方便，监控更为得力。具有以下显著特点：l 采用我公司特制的专用功能直裂解催化剂：特殊助剂的添加使得催化剂具有优异的耐毒性能, 能够有效地抑制一氧化碳变换反应和其他副反应的发生，催化剂使用寿命长、活性高。l 特殊的甲醇回烧技术：采用清洁生产工艺，对未反应完的甲醇经过特殊处理后送导热油炉燃烧，即节约了油炉成本，又有效地解决了外排未反应完甲醇的环保问题。同时，气体净化工序的解析气即为产品一氧化碳合成气，所以整个系统几乎无三废排放。l 装置开停车方便： 该装置特别适合业主中试试验装置非连续稳定运行、有间或开停车要求的特点。PSA提纯H2装置在原始开车1小时内可得合格产品气；临时停车后重新启动20分钟内可恢复供合格产品气。这是其它提纯H2方法无法达到的。l 优质高效吸附剂: 曾对甲醇裂解制氢可能有的杂质是CO、CO2、H2O又由于CO会使绝大部分加氢催化剂中毒，我们选用了即易吸附又易解吸；机械强度高；分离效果好的多种专用吸附剂。l 装置安全可靠: 装置设有超温超压报警、超压连锁保护系统。在系统超压前得到及时处理，解决了氢气安全阀起跳后不易回座的难题，在仪表系统出现故障时系统的两套安全阀起跳保护，使装置的安全运行有了可靠保证。l 先进的控制技术: 采用PLC控制系统，PSA连续稳定运行。压力、吸附时间、调节阀开度，产量等自动调节。各控制点的温度、压力及其变化趋势连续自动记录。由压力的变化趋势图可直观判定PSA运行是否平稳，可提前判断可能出现故障，当PSA系统故障已出现时，调出各吸附塔的压力曲线变化图，可快速找到故障点。l 用模块化标准橇装式设计，装置占地小：极大节约土建投资，极大提高装置焊接和安装质量(公司专业化的氩弧焊队伍)，缩短建设工期。l 产品纯度高：可制取纯度为9899.9999%的高纯度氢气；l 转化器：转化器是甲醇裂解制氢装置的核心设备，我公司设计的转化器为列管式，选用合理的高径比，催化剂在管中，导热油在管程中。这样对催化剂床层的加热较为均匀，对催化剂起保护作用，同时有利于甲醇的转化率，以提高催化剂的转化效率；在材质上选用15CrMoR低合金钢材料为列管材料，该合金钢具有耐高温的、耐氢脆的特点。l 汽化过热器：汽化过热器是将液态的原料液汽化并过热到反应温度。原来该台设备汽化与过热是分开的，经我公司的多套装置的实际使用性能和用户反馈意见发现：不但投资高且由于结构上的缺陷导致故障率特别高，为此，我公司组织了一批专家进行开发和研究，现在使用我公司最新一代的(第三代)二合一高效专用汽化过热器，其设备内胆采用U型管结构，增大气体流动的雷诺准数，大大提高了汽化过热器的换热效率，降低了投资，减少燃料消耗。同时减少了氢气，二氧化碳、甲酸等腐蚀问题的产生。也减少了废液的排放量。l 换热器、冷凝器：换热器对裂解气和原料液进行换热，不锈钢板片两侧温度差大，原料液一侧存在气态到液态的相变，裂解气一侧存在气态到液态的相变；冷凝器对循环冷却水和换热后的裂解气进行换热，换热器、冷凝器的精度、生产质量、选材等问题，直接关系到产品纯度、氢气收率、装置的稳定运行。因此我公司经多年对装置运行状况和供货商的考核，最终选定了不锈钢螺旋板式换热器和全进口板式冷凝器。如此可满足装置长期稳定可靠运行的需求。l 投资省、维护方便： 主要设备为低压容器，无需特殊材料，设备简单，制造费用低，维护费用低。三、控制系统、控制软件和仪表 1 概述本装置的控制系统采用PLC。本装置的控制系统设计和软件设计将在满足工艺要求的前提下，遵循可靠、稳定、准确、先进的原则。满足装置的长期、稳定、安全运行的要求。2 基本控制功能2.1 顺序控制本装置的全部程控开关阀和控制调节阀，按照工艺给定的条件进行顺序控制和模拟调节，使装置正常工作。这要求顺序控制和模拟控制能有机的结合起来，进行复杂控制。并且对于多种切塔和恢复的控制，能实现多种不同的控制程序。所有的程控开关阀均带阀位检测、显示和报警功能。2.2 自适应调节这是由开关信号和模拟信号组合运行的复杂控制，分三个步骤：首先是顺序开关信号启动，然后进入自适应随动控制，最后由顺序开关信号关断或开启。该功能用于保证各关键压力变化曲线能和理想曲线基本完全吻合。从而保证了变压吸附工况的稳定和优化。2.3 参数优化控制依据原料气量的变化和产品纯度的变化自动地计算出最佳吸附循环时间，优化装置的运行状况，使装置在保证产品质量的前提下，还可以自动地获得最高的产品回收率、获得最佳的经济运行效益。2.4 联锁控制包括工艺参数联动调节，工艺参数安全联锁，产品质量联锁控制等。2.5动力设备监控真空泵等各种动力设备的流程显示、关键参数的监控、动力设备故障的报警和动作联锁。2.6管理功能可以进行完善直观的工艺流程监控与动态显示，如故障自诊断，历史趋势，事故状态和各种操作记录及打印报表。主要功能：总貌图动态工艺流程详图（多幅）报警画面调节回路棒图参数设定参数优化阀门状态显示与操作动力设备监控历史趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等）实时趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等）打印：班报表日报表月报表故障记录打印2.7 故障诊断功能本控制系统可根据压力、阀位检测、产品纯度、温度、流量等参数自动对工艺或设备故障进行自动诊断、报警和联锁处理。同时对控制系统自身的主要故障：如CPU故障、通讯故障也可进行自诊断，并提出故障警告和安全处理。3 控制设备选型3.1 控制系统选型本项目的自控系统选用PLC,可以非常方便地满足所有对性能、可靠性、简单性、安全运行等方面的需求。3.1.1控制系统的组成控制系统由以下各部分组成： 系统通讯网络 工程师站（ES兼OS，可与操作员站同时实时监控） 操作员站（OS，可与工程师站同时实时监控） 控制站和I/O机柜 3.1.3工程师站及操作站系统配置一台操作员站，安装OS控制软件，完成工厂监控任务。设置一台工程师站，安装ES工程师组态工具软件。工程师站用于系统工程组态目的，如控制回路组态，画面生成，报表生成等。工程师站完全兼备操作站的所有功能，二个站相互独立，互为备用。3.2 现场仪表选型原则本装置仪表选型遵循可靠、准确、先进、经济的原则。1） 现场检测仪表均选用能够与PLC进行数字通讯的智能型变送器（如压力/差压变送器、流量计）。2） 执行机构主要采用气动程控阀和气动调节阀加电/气阀门定位器（或电/ 气转换器）的配置方式。3） 流量测量仪表主要采用金属转子流量计。4） 本装置产品控制设H2在线分析仪。5） 本装置的温度检测采用铂热电阻温度变送器检测。6） 程控阀及电磁阀4 生产装置安全措施和安全保护系统为了满足工艺装置安全地长周期正常运行，确保正常生产及事故状态下工艺设备和操作人员的安全，根据有关标准规范的规定，将考虑如下几方面的安全防护措施：1)、所有置于室外危险场所的仪表均采用本安结构，因故不能构成本安回路时选用隔爆型仪表。2)、控制室及现场仪表供电除设置一般电源（GPS）外，还设置仪表专用的不间断供电系统（UPS），不间断供电时间一般为30分钟，以便电网掉电时能够使装置处于安全状态。3）、根据装置的特点，设置一套智能可燃气体检测报警仪表，根据安全需要设置多个氢气及甲醇探测头。5 控制软件及特点5.1自适应随动调节软件装置在运行过程中，PSA吸附塔除在吸附状态外，都处在某种降压和升压过程中。在这个过程中要求气流均衡、稳定。因此对这类过程的控制是关系装置运行质量包括吸附剂寿命长短的一个关键，本装置方案中以压力为控制量，通过控制吸附压力均匀上升和下降，达到稳定控制气体量的目的。按照上述要求开发的变压吸附自适应控制软件，可根据变化中的工艺条件进行预估,随工艺状况的改变,自动生成控制操作曲线，按此曲线自动控制变压吸附装置的充压过程，可最大限度地接近于理想过程。5.2 故障塔切除与恢复控制软件5.2.1故障塔切除在变压吸附装置运行过程中，如因阀门、控制线路、电磁阀、杂质超标等问题，使某塔不能正常工作时，就需要切掉一个塔，让其余的塔正常运行，保证生产不间断，这是提高变压吸附装置可靠性的一个关键，也是变压吸附控制技术的一个核心。本系统PSA工序可作从4塔到3塔的任意自动切换运行。切塔过程如下：a.故障塔判断(根据压力、阀检、杂质超标)；b.程序产生切塔报警并自动（或经操作工确认后手动）切除故障塔切除故障塔，关断该塔所有程控阀；c.程序将自动从压力扰动最小的点开始运行切塔后的新程序；5.2.2 切除塔恢复当被切除塔修复之后，需要将其投入正常运行，但投入的时机不对，将引起较大的波动，甚至出现故障，软件能够自动找到最佳状态恢复，使系统无扰动恢复。恢复过程如下：a. 在吸附塔故障处理完成后，操作人员发出塔恢复指令；b. 程序根据该塔的压力状态，自动确定在恢复后应进入的最佳步序；c. 程序自动等到最佳的时间点将该塔无扰动地恢复进最佳步序，投入运行；四、界区及供货范围1装置界区l 甲醇裂解工序：卖方负责从原料甲醇的装卸到经气液分离后，气相部分转化气去PSA气体净化工序，液相部分入冷凝液收集罐后去导热油系统之间部分；l PSA气体净化工序：卖方负责从甲醇裂解工序来的转化气入PSA气体净化工序的原料气缓冲罐到产品气氢气经氢气缓冲罐送出界区,产品气CO合成气经解析气缓冲罐送出界区之间部分；l 仪表及控制系统：卖方负责甲醇裂解工序和PSA气体净化工序所有仪表及控制系统。中心控制室到距装置界区以外一米的部分由买方负责；l 电气系统：卖方负责甲醇裂解工序和PSA气体净化工序所有电气系统。中心配电室到距装置界区以外一米的部分由买方负责；l 导热油炉系统：卖方负责包括导热油燃料装储部分及回烧来自冷凝液收集罐的液相物质部分的全部导热油炉系统；l 脱盐水系统、分析系统：卖方负责脱盐水系统、分析系统；l 仪表空气系统：卖方负责仪表空气系统。仪表空气由买方送至距装置界区以外一米处；l 土建部分：装置全部的土建由买方完成；2供货范围2.1 硬件设备卖方提供责任范围内的所有硬件设备。非标设备订货前提供所有非标设备所用材料的生产厂家名单，供买方确认。提供所有非标设备所用材料的生产厂家原厂出具的材质检验报告和机械性能检验报告。1）甲醇裂解工序l 非标设备序号名称规格材料数量生产厂家 1转化器15CrMo1台某科技监制2汽化过热器0Cr18Ni10Ti1台3甲醇中间罐Q235-B1台4汽液分离缓冲罐3041台5冷凝液收集罐3041台6原料甲醇储罐Q235-B1台7导热油燃料储罐Q235-B1台说明：采用钢制化工容器材料选用规定图6的标准，确保了选型的正确性。l 定型设备序号名 称数 量材 料 规 格制 造 商备注1原料计量泵2台P=1.6Mpa大连劳雷、大连里瓦一开一备2甲醇卸料泵1台3冷凝器1台304不锈钢, F=供货商计算舒瑞普、阿法拉法无锡换热器厂可拆式4螺旋板换热器1304不锈钢, F=供货商计算无锡换热器厂、阿法拉法5罗茨鼓风机1台MLM415WC,Pi40KPa天津或上海鼓风机厂催化剂还原6导热油炉系统1套燃油型 50万大卡常能特殊改制烧咀、不含导热油7脱盐水发生器1套国产8冷干机1台国产l 催化剂及填料序号名 称数 量材料规格制 造 商备注1催化剂1272kg铜系某专供特殊改制加助剂2磁性填料335kg磁性填料江西、江苏2）PSA气体净化工序l 非标设备序号名称数量材料规格制造商材质1纯化器(吸附塔)4台某科技监制16MnR2原料气缓冲罐1台16MnR3放空阻火器1台DN200/填料Q235-B4氢气缓冲罐1台16MnR5解析气（CO合成气）缓冲罐1台Q235-B6真空罐1台Q235-Bl 定型设备序号名 称数 量材 料 规 格制 造 商备注1真空泵2台Po:常压,Pi:-0.08MPa功率17千瓦淄博博山真空设备公司一开一备l 三剂及填料.序号名称数量kg规格描述制造商备注1吸附剂-12995球状某专供2吸附剂-22990条状某专供3吸附剂-31459球状某专供4规整填料一批不锈钢、上海、天津l 专用阀门序号名称型号数量(台)厂家备注1专用程控阀PN4.0 4某制造2专用程控阀PN4.0 4某制造3专用程控阀PN4.0 4某制造4专用程控阀PN4.0 4某制造5专用程控阀PN4.0 2某制造3）安装材料序号名 称型号及规格材质数量（估算）备 注1无缝钢管2589，219碳钢200米2无缝钢管2557不锈钢53米3法兰PN1.6DN15-PN4.0D