变压吸附设计说明

内蒙古宜化化工有限公司内蒙古宜化化工有限公司 30 万吨万吨 年聚氯乙烯年聚氯乙烯 变压吸附装置变压吸附装置 工程号 工程号 KY9304KY9304 工艺设计说明书工艺设计说明书 设计阶段 施工图设计阶段 施工图 图号 图号 KY9304 30 01 天津渤海化工集团规划设计院天津渤海化工集团规划设计院 中国天津中国天津 2009 年年 06 月月 编制 方玉云 09 6 校核 陶建设 09 6 审核 许淑萍 09 6 目录 1 1 概述概述 6 6 1 11 1 设计概况设计概况 6 6 1 21 2 原料 产品及副产品原料 产品及副产品 7 7 1 31 3 公用工程参数及消耗量公用工程参数及消耗量 9 9 1 41 4 生产制度和劳动定员生产制度和劳动定员 1010 2 2 工艺工艺 1212 2 12 1 概述概述 1212 2 22 2 工艺原理工艺原理 1212 2 32 3 工艺流程叙述工艺流程叙述 1313 2 42 4 设备选型说明设备选型说明 1414 2 52 5 能源利用能源利用 1414 2 62 6 主要控制指标主要控制指标 1515 2 72 7 装置布置装置布置 1616 2 82 8 吸附剂的装填及数量吸附剂的装填及数量 1818 2 92 9 消耗定额消耗定额 1818 3 3 管道设计管道设计 2020 3 13 1 概述概述 2020 3 23 2 变压吸附装置工艺管道特性变压吸附装置工艺管道特性 2020 3 33 3 设计遵循的标准规范设计遵循的标准规范 2020 3 43 4 管道及管道器材的选用管道及管道器材的选用 2121 3 53 5 吸附剂装填注意事项吸附剂装填注意事项 2222 3 63 6 管道施工及验收管道施工及验收 2222 3 73 7 管架设计管架设计 2424 3 83 8 静电接地与跨接静电接地与跨接 2424 3 93 9 程控阀安装方向程控阀安装方向 2424 4 4 防腐设计防腐设计 2626 4 14 1 设计范围设计范围 2626 4 24 2 涂料选型涂料选型 2626 4 34 3 施工要求施工要求 2626 5 5 绝热设计绝热设计 2828 5 15 1 概述概述 2828 5 25 2 施工要求施工要求 2828 1 1 概述概述 1 11 1 设计概况设计概况 1 1 11 1 1 设计依据设计依据 1 1 1 11 1 1 1 内蒙宜化 甲方 与四川开元科技有限公司 乙方 签订内蒙宜化 甲方 与四川开元科技有限公司 乙方 签订 的的 内蒙古宜化化工有限公司内蒙古宜化化工有限公司 3030 万吨万吨 年聚氯乙烯变压吸附装置年聚氯乙烯变压吸附装置 合同及技术附件 合同及技术附件 1 1 1 21 1 1 2 业主提供的气象 水文及地质概况 布置区域等设计基础业主提供的气象 水文及地质概况 布置区域等设计基础 资料 资料 1 1 21 1 2 设计原则设计原则 1 1 2 11 1 2 1 采用先进 可靠的变压吸附气体分离技术 技术方案力求采用先进 可靠的变压吸附气体分离技术 技术方案力求 新近可靠 既要体现技术先进的优势 又要切实解决好工程放大和新近可靠 既要体现技术先进的优势 又要切实解决好工程放大和 工程配套问题 工程配套问题 1 1 2 21 1 2 2 贯彻贯彻 五化五化 一体化 露天化 轻型化 社会化 国产化 一体化 露天化 轻型化 社会化 国产化 原则 原则 1 1 2 31 1 2 3 依托工厂现有设施 充分发掘工厂潜力 以节省投资 缩依托工厂现有设施 充分发掘工厂潜力 以节省投资 缩 短建设周期 创造尽可能好的经济效益和社会效益 短建设周期 创造尽可能好的经济效益和社会效益 1 1 2 41 1 2 4 严格执行国家和行业有关设计规范 规定及标准 严格执行国家和行业有关设计规范 规定及标准 1 1 2 51 1 2 5 本装置的原料及产品为易燃易爆物质 在设计中严格执行本装置的原料及产品为易燃易爆物质 在设计中严格执行 国家及有关部委关于消防 环保 劳动安全与工业卫生的有关规范 国家及有关部委关于消防 环保 劳动安全与工业卫生的有关规范 采取有效措施 改善劳动条件 保证安全生产 采取有效措施 改善劳动条件 保证安全生产 1 1 31 1 3 设计范围及设计分工设计范围及设计分工 1 1 3 11 1 3 1 装置界区划分装置界区划分 界区范围见图界区范围见图 1 1 1 1 图 1 1 装置界区范围 图中虚线内为本装置界区 点 为界内外对接点 点 原料气进界区管道 点 产品氢气出界区管道 点 解吸气出界区管道 点 废气排放管道 1 1 3 2 设计范围 本设计为 PVC 尾气净化回收氯乙烯及提氢装置施工图设计 设计范 围包括界区内的工艺 设备 自控 土建 电气专业的工程设计 1 1 4 装置建设概况 1 1 4 1 装置名称 氯乙烯尾气净化及提氢装置 1 1 4 2 装置代号 KY9304 工程 1 1 4 3 装置设计能力 处理氯乙烯装置分馏尾气 1800Nm3 h 1 1 4 4 年操作时间 8000 小时 1 2 原料 产品及副产品 1 2 1 原料 加热 PSA 净化装置 100 氢气回收装置 200 冷却冷却 原料气 氢气输出 废气排放 解吸气输出 逆放气 真空泵增压机 本装置原料为氯乙烯装置分馏尾气 由管道输送至界区 规格如下 压力 0 52 0 55MPa 温度 15 20 处理量 1800Nm3 h 组成 见表 1 1 表 1 1 原料气组成 组分 N2H2C2H3ClC2H2 其余合计 组成 V 10 1559 6310 125 9 2100 1 2 2 产品气 本装置产品有两种 分别为 1 2 2 1 逆放和抽真空解吸出来的解吸气 解吸气经增压机加压后 用管道送往后序工段使用 规格如下 产品气流量 600Nm3 h 产品气输出压力 0 05MPa 产品气温度 60 8 组成 见表 1 2 表 1 2 产品气组成 组成 H2N2C2H3ClC2H2 合计 V 26 9310 1835 9426 95100 1 2 2 2 产品氢气 规格如下 产品氢气流量 812Nm h 产品氢气输出压力 0 1MPa 氢气纯度 99 9 1 2 2 3 副产品 本装置副产品气为解吸气 就地高空排放 1 3 公用工程参数及消耗量 1 3 1 公用工程参数 1 电 电压 380V AC 10 三相 频率 50HZ 3 220V AC 10 单相 频率 50HZ 3 2 仪表空气 温度 常温 压力 0 4 0 6MPa 露点 40 或比环境温度低 10 要求净化 除尘 无油 符合仪表空气要求 3 置换氮气 温度 常温 压力 0 4MPa 露点 比环境温度低 10 要求净化 除尘 无油 4 热水 压力 0 3 0 5MPa 温度 90 流量 0 50m3 h 5 循环冷却水 a 上水温度 32 上水压力 0 2 0 3MPa b 回水温度 高于上水 3 5 回水压力 低于上水 0 1 0 2MPa 1 3 2 公用工程参数消耗量 本装置公用工程消耗量见表 1 4 表 1 4 公用工程消耗量一览表 小时消 耗量 备注 序 号 名称规格 使用 情况单 位正 常 最 大 220V 50HZ连续KW2仪表照明用1电 380V 50HZ连续KW132机泵用 2仪表空 气 压力 0 4 0 6MPa 温度 常温 露点低于环境温度 10 连续Nm 3 100程控阀调节用 3置换氮 气 压力 0 4MPa 温度 常温 纯度 N2 99 5 间断Nm 3 500开车初期使用 4循环冷 却水 压力 0 2 0 45MPa 温度 32 连续t10冷却器 真空 泵 增压机用 5热水压力 0 3 0 5MPa 温度 90 连续t0 5加热器用 1 4 生产制度和劳动定员 本装置为连续运转装置 操作人员实行五班三运转编制 每班操作 工 2 人 含值班长 另设技术员 2 人 装置维修 分析及管理定员 由工厂统一安排解决 表 1 5 劳动定员表 序号岗位班次每班人数小计备注 1操作人员5210 2技术人员212 合计12 2 工艺 2 1 概述 本装置采用变压吸附气体分离技术回收氯乙烯尾气中的氯乙烯 及 提纯氢气 装置处理氯乙烯尾气 1800Nm3 h 本装置由 PSAI PSAII 系统和逆放 抽真空系统等组成 装置分为 两个工序 100 净化工序 200 提氢工序 2 2 工艺原理 变压吸附的基本原理是 利用吸附剂对气体的吸附容量随压力变化 而变化的特性 吸附剂在选择吸附的条件下 加压吸附气体中的氯 乙烯组分和乙炔组分 减压脱附这些组分而使吸附剂得到再生 从 而达到产品气与杂质组分的分离 吸附器内的吸附剂对氯乙烯和乙炔组分的吸附是定量的 当吸附剂 对氯乙烯和乙炔组分的吸附达到一定量后 氯乙烯和乙炔组分从吸 附剂上能有效地解吸 使吸附剂能重复使用时 吸附分离工艺才有 意义 故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生两个阶段 由此可见 对每个吸附器而言 吸附过程是间歇的 必须采用多个 吸附器循环操作 本装置采用五塔操作 一塔进料 三次均压 抽真空解吸的变压吸 附工艺 简称 5 1 3 V 工艺 整个操作过程在环境温度下进行 每 个吸附塔经过吸附 A 顺放 PP 一均降 E1D 二均降 E2D 三均降 E3D 逆放 D 抽空 V 三均升 E3R 二均升 E3R 一均升 E1R 终充 FR 等十一个操作步骤完成一个吸 附周期 每个吸附周期约 30 分钟 五个吸附塔依次执行吸附和再生 操作 使原料气连续稳定地输入 净化气连续稳定地输出 5 1 3 V 工艺时序详见 操作手册 完成均压后的吸附器 I 内主要是氯乙烯和乙炔组成等组分 通过逆 放 抽真空对吸附床层进行解吸 来自逆放 抽真空步骤排出的气 体统称为解吸气 解吸气经产品气缓冲罐缓冲及鼓风机加压后作为 产品用管道送往后工序使用 通过对吸附床层进行抽真空 使被吸 附的氯乙烯等组分进行更彻底的解吸 完成均压后的吸附器 II 内主要是氢气 氮气等组分 通过逆放 抽 真空对吸附床层进行解吸 来自逆放 抽真空步骤排出的气体统称 为解吸气 解吸气高空排放 本装置核心技术是变压吸附 PSA 工艺 该工艺具有流程简单 能 耗低 自动化程度高 产品纯度高 成本低等优点 与深冷分离 膜分离等工艺相比 更具有可靠性 灵活性及经济合理性 整个吸 附分离循环过程由计算机控制 全部实现自动化操作 装置操作弹 性大 能适应原料气量和组成的波动 2 3 工艺流程叙述 工艺管道及仪表流程图见图 KY9304 32 101 201 从界外送来的 0 50 0 55MPa 10 的氯乙烯尾气经原料气加热器 E101 加热到 40 再经流量计 FIQ 101 计量后 进入由 5 台吸附器 A101A E 及一组程控阀组成的 PSAI 变压吸附系统 变压吸附 PSAI 系统采用五塔操作 一塔进料 三次均压 抽真空解 吸的工艺流程 原料气自下而上通入一台正处于吸附状态的吸附器 由其内部的吸附剂进行选择性吸附 氯乙烯等组分被吸附 其余组 分则穿过吸附床层 塔顶获得净化气 其余四个吸附塔分别进行其 他步骤的操作 变压吸附的十一个步骤由计算机控制完成 调节阀 HV 101 HV 201 控制最终充压步骤的气体量 调节阀 PV 101 PV 201 用来调节吸附器 A101A E A201A E 的吸 附压力 均压罐 V101 V202 用作吸附器 A101A E A201A E 进行二 均降 E2D 和二均升 E2R 时的储气罐 从吸附器 A101A E 顶部出来的净化气经调节阀 PV 101 调压 再经流量计 FIQ 102 计量后 连续稳定地送至 200 提氢 变压吸附 I 系统的解吸气来自吸附器的逆放和抽真空阶段 逆放阶 段压力较高的解吸气 经程控阀 KA 110 进入解吸气缓冲罐 I V102A 缓冲 再经调节阀 PV 101 调压后进入解吸气缓冲罐 II V102B 缓冲 逆放后期压力较低的解吸气则经程控阀 KV 111 直接进入解吸气缓冲罐 II V102B 逆放结束后进入抽真空 阶段 通过真空泵 P101A E 抽真空解吸 抽出的解吸气经后冷 却器 E102 冷却后进入解吸气缓冲罐 V102B 经增压机 C101ABC 升压后 0 06MPa 进入冷却器 E103 冷却 冷却 后的解吸气经调节阀 PV 106 调压后作为产品气分两路送出界外 调节阀 PV 105 和调节阀 PV 106 控制增压机 C101ABC 进口 的压力 变压吸附 PSAII 系统采用五塔操作 一塔进料 二次均压 抽真空 解吸的工艺流程 原料气自下而上通入一台正处于吸附状态的吸附 器 由其内部的吸附剂进行选择性地吸附 氮气等组分被吸附 氢 气则穿过吸附床层 塔顶获得纯氢 其余四个吸附器分别进行其它 步骤的操作 变压吸附的纠葛步骤由计算机控制完成 从吸附器 A201A E 顶部出来的氢气经调节阀 PV 201 调压 再经流量计 FIQ 201 计量后 经过调节阀 PV 203 PV 205 降 压后连续稳定地送至界外 变压吸附 II 系统的解吸气来自吸附器的逆放和抽真空阶段 逆放阶 段压力较高的解吸气 直接用管道送至界外放空 逆放结束后进入 抽真空阶段 通过真空泵 P201ABC 抽真空解吸 抽出的解吸气就 地高空排放 2 4 设备选型说明 2 4 1 本装置 PSA 系统的吸附器 以多元气体组分在压力多变下的 动态试验数据为依据 经计算确定各种吸附剂的装填量及装填顺序 并根据气体的空塔速度及气体分配情况等确定吸附塔的直径 吸附 塔采用立式固定床 2 4 2 均压罐 均压罐的容积及尺寸根据工艺过