年产30万吨焦炉气制氢工程可行性研究报告(编辑修改稿)

年产30万吨焦炉气制氢工程可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

9 11 本装置副产品为 PSA 解吸气， PSA 解吸气采用管道输送至装置界区外。 其规格如下： (1) 温度：≤ 40℃ (2) 压力： (3) 流量： 550Nm3/h (4) 组成：见 表 22 表 22 PSA 解吸气组成 组成 H2 O2 N2 CH4 CO CO2 CmHn 合计 含量V% 3. 工艺技术方案 工艺技术方案的选择 概述 变压吸附气体分离技术（ Press Swing Adsorption 简称 PSA）是八十年代由四川西南化工研究院开发成功，最初应用于合成氨弛放气中回收氢气，后逐步发展到从水煤气中提纯氢气，第一套水煤气提纯氢气装置建在太 化 TDI工程，当时氢气回收率只有 60% 左右。 经过二十多年的发展， PSA 变压吸附气体分离技术已经非常成熟，广泛应用到石化、化工、空分、环保、食品等行业，可用于水煤气制氢、焦炉气制氢、 CO 提纯、变换气脱碳、空分制氮、制氧、天然气提纯等，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 变压吸附气体分离技术先进，成熟可靠，收率高，本工程拟采用该公司技术。 工艺方案 本装置分为四个主要工艺过程：脱萘及压缩、预处理，变压吸附制氢，后处理等工序。 (1).脱萘及压缩工序 原料焦炉煤气进入该工 序后，首先脱除其中大部分的焦油、萘、H2S、 NH HCN等杂质，经初加压后再进行精脱萘，最后升压至≥ 后送至下一工序。 AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 12 (2). 预处理工序 升压后的焦炉气进入本工序，进一步脱除其中的烷烃、芳烃、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合变压吸附原料要求的预净化气。 (3). 变压吸附制氢工序 经处理后的焦炉气进入 PSAH2工序，采用 623/P变压吸附工艺、经吸附（ A）、均压降（ ED）、顺放（ PP）、逆放（ D）、冲洗（ P）、均压升（ ER）、终充（ FR）等七个步骤。 从逆放、冲洗得到的解吸气用作本装 置的再生气或吹扫气。 变压吸附得到合格的半产品氢气送入下一工序。 (4). 后处理工序 半产品氢气中含有少量的氧气，采用钯催化剂脱氧，生成的水经干燥脱除（露点≤ 40℃），得到合格的产品氢气送出界区外。 工艺流程及及消耗定额 工艺流程 : AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 13 变压吸附的基本原理是：利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随 压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。 变压吸附提氢技术就是根据变压吸附的的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的 CO、 CO CH4等杂质组成，而氢气等少量不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离。 通过降低吸附床的压力使被吸附的 CO、CO CH4等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生，同时达到提氢的目的。 吸附器内的吸附剂对不同组份的吸附是定量的，当吸附剂对有效组份的吸附达到一定量后，有效组份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 才有实用意义。 故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生阶段。 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，才能连续制取产品气。 多床变压吸附的意义在于：保证在任何时刻都有相同数量的吸附器处于吸附状态，使产品能连续稳定地输出：保证适当的均压次数，使产品有较高的回收率。 本装置变压吸附提氢系统采用 623/P操作工艺，即设 6个吸附器，任何时刻均有 2个吸附器同时进料（处于吸附状态）， 3次均压，顺放冲洗再生工艺。 六台吸附器依次执行吸附和再生操作，使原料气连续不断地输入，产品气连续不断地输出，整 个操作过程在环境温度下进行。 每个吸附器经过吸附（ A）、降压平衡 1（ E1D）、降压平衡 2（ E2D）、顺放（ PP）、降压平衡 3（ E3D）、逆放（ D）、冲洗（ P）、升压平衡 3（ E3R）、升压平衡 2（ E2R）、隔离（ IS）、升压平衡 1（ E1R）、最终充压（ FR）等步骤完成一个吸附周期。 每个周期约 720秒。 变压吸附各步骤的过程及作用如下： 1．吸附（ A） 原料气从吸附床底部进入吸附床，吸附量较小的弱吸附组成 H2通过吸附剂床层作为产品输出，吸附量较大的强吸附组成（杂质）则被吸附而留在床层。 紧接着的步骤是均压降。 2． 均压降（ EiD）和均压升（ RiR） 完成吸附步骤的吸附床需降压，再生完成后的吸附床需升压，需降压的吸附床与需升压的吸附床上部（出口端）连接。 需降压的吸附床向需升压的吸附床充压直至两床压力相等。 该降压步骤称为均压降、升压步骤为均压升。 均压的作用是回收降压吸附床中的有用气体，用AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 14 于升压吸附床的充压，提高有用气体的回收率。 均压次数增加有利于气体的回收。 本装置采用三次均压流程。 3．顺向放压（ PP） 吸附器继续从出口端降压，降压的气体用于冲洗已逆向放压到过程最低压力的吸附器，顺向放压结束时，吸附前沿仍未达到出口端，此步骤的顺向放压气体基本上是纯的，利用这股气体使另一吸附器的吸附剂进一步再生。 4．冲洗（ P） 利用另一吸附器顺向放压的气体在过程中最低压力下自上而下对吸附床进行冲洗以进一步将杂质分压，清除残留于床内的杂质。 5．逆放（ D） 完成最后一次均压降的吸附床，从吸附床下端（与进料方向相反）向外排气泄压，该步骤称为逆放。 逆放作用是降低吸附床压力，使被吸附组分解吸。 6．最终充压（ FR） 完成最后一次均压升的吸附床，用净化气从吸附器上部（产品出口端）对其进行充压，使床层压力达到吸附压力。 终充的作用是将床层压力升高到吸附 压力，并使吸附前沿下移。 紧接着的步骤是吸附。 本 PSAH2装置的工艺流程见附图于后。 原料焦炉煤气在压力 3KPa、温度≤ 40℃的条件下进入本装置，首先进入脱油脱萘器（ T101AB）脱除焦炉煤气的焦油、萘、硫化氢、 NHHCN等杂质，得到杂质较少的净化气。 当其中一台脱油脱萘器吸附饱和后，立即将焦炉气切换到另一台脱油脱萘器进行净化，而吸附饱和的脱油脱萘器则用过过热水蒸汽（～ 400℃）进行再生，从而达到反复循环吸附和再生的使用目的。 再生废水进工厂装置定期处理。 再生结束时用一定量的 解吸气对脱油脱萘器进行冷吹降温，冷吹气经冷却器降温后返回解吸气系统。 杂质较少的净化气进压缩机一级增压到 ，进入二台可串并联的精脱萘器（ T102AB），更进一步脱除焦炉煤气中的萘、硫化物等，精脱萘器的工作原理及再生过程等均与脱油脱萘器相近。 经进一步脱萘脱硫的焦炉煤气返回压缩机增压到 后，进入二台除油器（ T201AB）脱除压缩机油等杂质。 同样，二台除油器可串并联使用，除油剂吸附饱和后即更换。 除油后的焦炉煤气送入二台预处理器（ T202AB），脱除焦炉煤气中残存的杂质。 二台预处理器通过程序控制阀来实现交替使用。 再生时，用来自 PSA 工序的解吸气经加热器加热AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 15 到～ 150℃对预处理器进行再生，再生常温解吸气冷吹降温，冷吹气和再生解吸气经冷却器降温后返回解吸气系统。 经预处理的焦炉煤气进入 PSAH2系统，获的氢气纯度≥ %（氧气含量为 %）的半产品气。 产生的解析气作为预处理的再生气和冷吹气。 本 PSAH2装置主程序采用 623/P 工艺，其特点是任何时候总有二个吸附塔处于吸附状态，进行三次均压，顺放冲洗和再生。 每个塔均要依次经历吸附、一均降、二均降、顺放、三均降、逆放、冲洗、三均升、二均升、一 均升、最终充压等十一个步骤。 半产品气中由于含有 %的氧，需进入后处理工序脱除。 将半产品气加热到 50～ 100℃后，送入脱氧器（ R402），氧气与氢气在脱氧器中（在催化剂的作用下）反应生成水，然后再经干燥器（ T401AB）脱除水（露点≤ 40℃），得到合格的产品氢气经流量计计量后送出界区，不合格的产品经程序控制阀返回到压缩前的原料气中。 本装置原辅材料及公用工程消耗情况见表 31： 表中 PSA解吸气为本装置副产物，送出界外再利用。 表 31 消耗定额和消耗量表 （消耗以生产 550Nm3/h 产品计） 序号 名称 规格 单位 消耗量 备注 每小时 每年 1 原料气 见表 43 Nm3 1100 106 2 CAN229 见表 43 kg 5300 15 年更换 3 CAN324 见表 43 kg 27123 15 年更换 4 CAN421 见表 43 kg 1520 15 年更换 5 CAN193 见表 43 kg 16973 15 年更换 6 CAN110 见表 43 kg 4200 1 年更换 7 CAN228 见表 43 kg 16973 1 年更换 8 CAN421 见表 43 kg 16973 2 年更换 9 CAN324 见表 43 kg 16973 2 年更换 10 CAN561 见表 43 kg 16973 2 年更换 11 EAC4 见表 43 kg 9000 1 年更换 AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 16 12 冷却水 ≤ 32℃ t 105 循环水 13 仪表空气 常温 Nm3 60 105 14 压缩空气 常温 Nm3 400 吹扫用 15 置换氮气 常温 Nm3 400 置换用 16 低压蒸汽 饱和温度 t 13600 伴热用 17 电 380V/220V Kwh 264 106 照明以 4000h/a计 18 一次水 t 2 16000 生活及补充循环水用 自控技术方案 根据工艺专业要求及现场环境的防爆的特殊性，以及该装置 阀门多、动作频繁的特点，并结合目前自控仪表的发展，所配自动化水平比较高。 本设计采用西门子 S7300 控制系统并取消盘装仪表的方案，重要参数均可在操作室内 CRT 上进行监视和操作。 以及在打印机上实现报表打印（班报、日报、月报或随机打印）。 在 PLC 上实现顺序控制，常规 PID控制，联琐控制和自诊、自适应优化控制。 1. 报警 本装置内重要工艺参数、可燃气体的越限，以及程控阀的故障等，均在计算机屏幕上实现声光自动报警和信息提示。 2. 系统可靠性 程控阀的控制线路设计为停电时该阀门自动处于正常 关闭状态；对程控阀的开闭实现阀位开关（关到位）检测及故障报警；对重要参数的越限报警及阀门故障时实现多塔自动切换并能在线处理；仪表用电采用 UPS 不间断电源供电（ UPS 电源沿用厂方原有的 UPS 电源）；对 PLC I/O 卡件的配置考虑有少量的在线备用余量； 阀门区及动力设备厂房设置了可燃气体检测报警； AAA 化工股份有限公司 30 万吨 /年苯加氢二期工程 MMd 化工设计有限公司 电话： 03516077429 17 3. 现场电缆敷设时，考虑了本安信号电缆和隔爆信号电缆分槽走线； 4. 设计中分别考虑了信号及仪表设备的接地措施； 5. 对装置中的动力设备，考虑了在控制室计算机上进行运 /停监视，停车报警联锁以及控制室内远程紧急停车 操作； 6. 对程控阀门故障设有专家自诊断系统； 7. 对关键控制回路考虑了自适应优化控制。 环境特征 1. 本装置界区为 2区防爆场所，因此仪表选型考虑了防爆等措施。 2. 由于 H2为易燃。