2、份有限公司第一部分技术方案1、产品方案装置氢气生产能力：1000Nm3/h名称指标备注氢气额定产量1500Nm3/h操作弹性：50110%产品氢气纯度99.99%（V/V）CH410ppm、CO+CO220ppm系统操作压力2.0barg产品氢气压力1.6barg输出压力产品氢气温度40装置运行方式年开工日8000小时，连续运行2、沼气裂解制氢工艺方案2.1、烃类蒸汽转化制氢工艺简介以轻烃为原料制取工业氢，国内外均认为蒸汽转化法为最佳方案。大型合成氨厂以及炼油厂和石油化工厂的制氢装置，其造气工艺大多为水蒸汽转化法。经过多年的生产实践，目前已积累了许多成功的工程设计和操作经
3、验。因此本方案采用水蒸汽转化法造气工艺。国内外蒸汽转化制氢的净化工艺主要有两种。即化学净化法和变压吸附净化法（PSA净化法）。国内早期建设的制氢装置均采用化学净化法。由于近年PSA技术的进步（多床多次均压，吸附剂性能的改进等），使氢的回收率最高达95%，加之PSA技术的国产化，极大降低了PSA装置的投资以及其操作成本，使该技术在新建制氢装置中占主导地位。采用天然气为原料生产氢气。选择PSA净化气体，其制氢成本比采用化学净化法的制氢成本低，同时采用PSA技术具有流程简短、自动化程度高、产品氢纯度高等特点，因此，我们推荐用户采用PSA净化技术。综上所述，制氢装置采用水蒸汽转化法加PSA净化工
4、艺。2.2、原料气条件压力：0.040.07kpag温度：3039。原料气组成：原料气组成表:（V%）序号组分（V%）备注1CH460.02H2S0.43H2O饱和水4CO235.05CO+H22.66N21.27O20.8总计1002.2、公用工程要求1)循环冷却水供水温度32回水温度40供水压力0.4Mpa（G）回水压力0.15Mpa（G）固体含量5mg/L总磷46PPm游离氯0.51mg/LPH值7.59污垢系数0.0005Kcal/m2.h.2)电源电压10KV380V220V频率50HZ（单相）电机用电等级及相数：电压等级380V10KV电机额定
5、功率200KW200KW相数333)蒸汽低压蒸汽：1.0Mpa（G）：饱和4)仪表空气5)氮气6)除氧水3、工艺流程3.1工艺概述本制氢装置是以沼气为原料，采用蒸汽转化造气工艺制取粗氢气。系统压力2.0barg，粗氢经变换和PSA分离杂质后得纯度99.99%的氢气。3.2基本原理3.2.1原料脱硫可采用的气体脱硫工艺方法有两种。一是干法脱硫，二是湿法脱硫。干法脱硫虽然精度较高，但是用此方法来脱除煤气中含量为6g/Nm3的H2S，不但脱硫成本会很高，而且会伴随大量的脱硫剂废物产生，造成环境污染。因此，不宜选用干法脱硫。对脱除气体中较高硫化氢，最经济、有效的工艺方法还是湿法脱硫。湿法
6、脱硫有以下几个优点：一是脱硫液可以再生循环使用，二是可以将单质硫分离出来，副产硫膏。通过对大量脱硫装置的综合分析，结合对目前国内各种脱硫工艺的实际运行情况进行反复对比，经过对多家煤气脱硫的生产装置和我们以前设计建设的在用装置的长期跟踪和考察，我们认为采用“湿式氧化脱硫”的PDS（或888）法是最恰当工艺选择。PDS法属于湿式氧化法，其主要特点采用碱液为载体，用双核钛菁钴磺酸盐系（PDS）加少量专用活化剂组合成的复合型催化剂，不但能脱除硫化氢，对有机硫也有很好的脱除作用。本法采用自吸空气对脱硫富液进行氧化再生。经过湿法脱硫以后的沼气硫含量降至200ppm以下。为降低精脱硫槽的脱硫量，湿法脱
7、硫后串氧化铁脱硫塔将硫含量脱至20ppm以下。Fe2O3H2O+H2Fe2S3H2O+3H2O精脱硫是在一定温度、压力下，原料气通过氧化锰及氧化锌脱硫剂，将原料气中的有机硫、H2S脱至0.2PPM以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的要求，其主要反应为：MnS+CO2COS+MnOMnS+H2OZnS+H2OH2S+MnOH2S+ZnO3.2.2烃类的蒸汽转化脱除硫后的原料气经压缩机压缩至0.35MPa-G后送入脱氧工序;在脱氧工序，原料首先经原料换热器换热至400，然后进入脱氧塔，在催化剂的作用下氧与甲烷反应生成二氧化碳，从而达到脱氧的目的。反应后的脱氧气经原料
8、换热器与原料气换热，然后再经冷却器冷器至常温，送入冷冻干燥工序。为了达到产品气的露点温度，同时满足产品气温度要求，在进入PSA脱碳之前，先对脱氧气进行冷冻干燥，进一步降低水含量。经冷干机冷却，经二级过滤器过滤后脱氧气送入PSA脱碳工序。脱氧冷干气进入变压吸附脱碳工序，通过变压吸附脱除二氧化碳，从而获得产品甲烷，最终产品送出界外。变压吸附脱碳工序采用5-1-2/V工艺，经过五个塔的循环吸附，最终连续获得转化原料气。烃类的蒸汽转化是以水蒸汽为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到制取氢气的原料气。这一过程为吸热过程,故需外供热量，转化所需的热量由转化炉辐射段提供。在镍催化剂作用下其主要反
9、应如下：CH4+H2OCO+3H2QCO+H2OCO2+H2+Q3.2.3一氧化碳变换转化气温度在360oC进入变换炉，在高变催化剂的作用下，一氧化碳与水蒸气发生如下反应：CO+H2OCO2+H2+QCO变换反应为放热反应，低温对变换平衡有利，可得到较高的CO变换率，进而可提高单位原料的产氢量。设置低温变换会降低原料气消耗，但是变压吸附解吸气热值降低，将增加燃料消耗同时增加操作的复杂性。为简化工艺流程，节省投资，通常天然气转化制氢只采用一段变换。3.2.4变压吸附装置提纯氢气基本原理吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度
10、较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体）称为吸附质。变压吸附氢提纯装置中的吸附主要为物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行得极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。变压吸附提氢工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的
11、第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而实现氢提纯的目的；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续提氢的目的。工业PSA装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和分子筛类。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。对于组成复杂的气源，在实际应用中常常需要多种吸附剂，按吸附性能依次分层装填组成复合吸附床，才能达到分离
12、所需产品组分的目的。3.3工艺流程简述流程框图如下：脱氧脱碳脱硫增压原料沼气增压燃料气解吸气作燃料产品氢气变压吸附变换蒸汽转化脱氧水3.3.1变压吸附装置提取纯氢本变压吸附提氢采用6-1-3/P工艺（6个吸附塔，1塔吸附，3次均压，常压解吸）。原料气由吸附塔入口端进入，在出口端获得需要纯度的氢气。变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步骤。吸附剂的再生又是通过以下三个基本步骤来完成的：（1）吸附塔压力降至低压首先是经过均压和顺着吸附的方向进行降压（以下简称为顺放PP），顺放时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态，接着逆着吸附的方向进行降压（以下简称为逆放D），逆放时，吸附剂得到初步再生。（2）用较纯
13、的含氢气体冲洗待再生的吸附塔，使吸附剂解析同时清除尚残留于吸附剂中的杂质。（3）吸附塔升至吸附压力，以准备再次分离原料气。装置采用五塔工艺，即一塔吸附三次均压，常压解析的变压吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、三均升（E3R）、二均升（E2R）、一均升（E1R）以及终充（FR）等十一个步骤。五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。解吸气全部回收提供给转化炉作燃料。PSA方案技术特点：（1）提氢装置采用6塔工艺，在满足处理气量的前提下，减
15、以6-1-3/P运行方式为主的工艺流程，当与某一吸附塔相连的程控阀或控制阀门开关的元件出现故障时，可根据对产品气的要求情况，切换为5-1-3/P运行方式，然后切除故障塔，实现不停产的目的，从而大大增加了装置长期稳定运行的可靠性。3.4控制系统特点：（1）硬件控制器的选择：采用SiemensS7300控制系统，可以提供与其他控制系统的通讯接口（本方案中的配置无此功能，可根据用户需要增加相应的硬件）。现场仪表的选择：主要采用国内合资产品，如川仪-YOKOGAWA、上海-YOKOGAWA、承德KROHNE、上海山武YAMATAKE、苏州WIKA等品牌。（2）软件控制方法采用上位计算机监控和操作模式
16、。提供仿真监控画面、操作调节画面、报警画面和数据报表自动生成打印等完善操作功能。控制软件编制：除检测显示、调节、报警和联锁等常规手法外，软件还编制了压力保护缓释回路，使装置的安全保护措施更加完善。还可根据用户的需要进行二次开发，提供装置故障自动检测功能。4、控制方案及仪表4.1基本控制功能4.1.1顺序控制本装置的顺序控制功能要求对全部程控开关阀进行可靠的开关控制，保证各程控开关阀按照工艺给定的条件和顺序开关，实现PSA装置的正常切换工作。所有程控开关阀均由防爆电磁阀驱动，所有程控阀均带阀位传感器。计算机可随时监控、显示所有程控阀的动作情况，并可对程控阀故障进行自动报警和联锁处理。顺序控制
17、功能还可实现多种切塔和恢复的控制，运行多套程序。4.1.2均压限速调节PSA装置在运行过程中，吸附塔除在吸附状态外，都处在某种降压和升压过程中，这些过程中都要求气流均衡、稳定，特别是均压过程如果太快将严重影响吸附剂的使用寿命，因而本装置的程控阀门采用气动，并具有慢开启快关闭功能，可有效控制气流冲击，保证吸附剂长期、有效使用。4.1.3回路调节本装置控制系统的回路调节功能可实现可靠的PID调节、串级调节、分程调节等多种控制功能，保证天然气转化和PSA系统的控制自动进行，确保装置稳定可靠运行，所有控制回路均由计算机进行监控，参数修改方便。并可自动对各参数的异常进行报警和联锁处理。4.1.4自适应随
20、亚联高科技股份有限公司开发的这套变压吸附自适应控制软件，可根据变化中的工艺参数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冲洗和升压过程，可最大限度地接近于理想过程。4.2.2自动控制回路自动调节设定值压力、液位等+PID（PI、PD、P等）过程值输出调节阀门开度根据工艺要求，设定工艺操作参数（液位、压力、流量等），通过自动控制回路，完成自动的闭环控制。4.2.3故障塔切除与恢复控制软件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,以此类推可根据装置配置情况和生产情况切除一个或多个塔,系
23、采用西门子MPI方式进行通讯，满足数据采集和通讯需要，控制系统保证平稳、安全、长期的运行。上位监控与管理系统配置上位监控与管理系统由1个操作员站组成，并兼工程师站，它们包括计算机、显示器、声光报警元件和操作台等部分。操作员站上都能显示装置的全部流程图画面和控制操作参数，利于操作人员进行监控和控制，系统运行可靠、监控、管理先进、操作方便。上位监控站选择美国DELL公司的PIV的计算机。显示器选用高性能的19纯平彩显，它能提供较大的显示窗口和很高的分辨率，使画面显示更加清晰、操作更加准确。在上位机上安装有Wincc6.0或以上版本（完全版）的监控软件和Step7编程软件。仪表维护工程师可在工程师
24、站上方便地进行流程图画面修改、控制组态修改、控制程序修改等操作，修改后的程图画面、控制组态可直接存储，然后进行运行；修改后的PLC控制程序通过MPI口下载到PLC，对控制系统进行文件或程序更新。WindowsProfesional2000或WindowsXP和Wincc的分级用户管理可以避免无关人员进入工程师环境，保证系统的安全和完整。PLC控制系统示意图系统配置图如下：上位控制站MPI主机架（电源、CPU、扩展模块和I/O模块）扩展I/O机架（电源、扩展模块和I/O模块）扩展I/O机架（电源、扩展模块和I/O模块）5.设备及程控阀选择根据本装置中的工艺物料特性、设计参数等要求，设备材
25、料主要采用国产普通碳素钢、低合金钢、不锈钢。设备制造材料主要采用国产普通碳素钢（Q235-A、20R），低合金钢（16MnR），高合金钢（1Cr25Ni20、0Gr18Ni9、00Cr18Ni5Mo3Si2、15CrMo、Incoloy800H等），其标准为：碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB912-89碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB3274-88不锈钢热轧钢板GB4237-921）转化炉转化炉采用圆筒炉，顶烧（上部进原料气），单面辐射。在辐射段内有共8根转化管，转化管有效长度10.0m。圆筒炉顶中心设有1个烧嘴。对流段设置了混合气，天然气，废锅等4个预热盘管组，使辐
26、射段来的高温烟气通过4个预热盘管组以后，烟气温度降至280左右，再经空气预热器降温到180左右，由风机和烟囱排入大气。转化炉是采用直接火焰加热的高温，中压炉管，炉管最高温度高达880，操作条件恶劣，而炉管的设计寿命正常情况下可达十万小时，因此，如前所述，只有设计、制造、操作都给与足够的重视，方能使转化炉安全、长周期运行。由于操作条件的需要，本设计辐射段采用高镍铬合金离心铸造炉管HP-Nb，以及轧制的Incoloy800H管；回收余热盘管材料采用0Cr25Ni20、1Cr19Ni9、20G等材料。特点：采用圆筒炉占地小，热效率高。2）转化气废热锅炉转化气废热锅炉是高温中压的压力容器，由于转化气温
28、点PSA阀门在PSA装置运行过程中起着至关重要的决定作用，所以要求也非常之高而严，其应用的场合具有如下的特点：启闭十分频繁；阀门启闭要求快；气流方向有交变；气流量也有起伏变化；阀门内外密封要求高而且严格。与本装置配套的程序控制阀为我公司根据长期PSA设计、运行和制造所沉积经验、特别精制的PSA专用高性能气动截止阀。阀门的制造同时借鉴了国外商家的工程技术经验并采用了多项专利技术，其密封性能、防冲刷性能、抗疲劳性能均达到或接近国际先进水平，具有很好的简便安装性能、在线检修性能和产品互换性能。它还成功地运用在国外气体公司的PSA装置中阀门的，阀门出厂检验执行美国ANSI标准。4.1.程控阀性能体现
29、亚联的高性能气动截止阀是借鉴国外多个厂家在PSA成功使用的产品和技术，并有自己的风格和特点，主要体现在以下方面：（1）缸与电磁换向阀之间采用国外最新潮流实现无管接头连接，安装方便简单。（2）支架可实现全封闭四年不调整，设有检漏孔和高性能阀必设的带压堵漏孔。（3）阀门密封件全部采用进口名牌密封件。（4）独特的内平衡密封机理。（5）具有截止阀才能实现的防冲刷结构。（6）在较洁净介质和正常使用工况下寿命上100万次。（7）防腐涂料采用防静电涂料，防止静电积聚导致放电产生火花。4.2.程控阀主要技术和构件程控阀由阀体、执行机构、阀位检测三部分组成，详细构件介绍如下：（1）阀芯阀芯密封结构有多种形式，可
30、根据用户要求选择：A铠装式：安装较麻烦、适合薄型可绕曲密封片如PTFE等。密封特点：抗冲刷，密封效果好。B平装式：装拆简单、适合有一定强度厚型密封片如PI、Ekonol或PEEK、填充PTFE等。密封特点抗冲刷、密封稳定长久。（2）防冲刷问题由于PSA工艺的特殊性，在较高压差下高速的H2和分子筛粉尘对密封产生冲刷，使密封失效。蝶阀和球阀由于结构原因均无法有效防止、保护密封面，只能用较大泄漏量的金属密封阀门来解决冲刷问题。冲刷常发生在阀门开启瞬间流道最窄（节流）处，通过转移冲刷位置，保护密封面不受冲刷。密封座采用抗冲蚀抗擦伤的堆焊焊条焊接而成。（3）密封片与新材料阀芯密封有多种材料可供选择：
31、只有金属对非金属的密封（软密封才能达到长期零泄漏。而金属对金属的密封（硬密封国外通常最高达到级密封，仅个别能保证出厂达到零泄漏，因金属对金属密封比压大，易损坏密封面。（4）阀杆阀杆设计采用稳定设计法和抗疲劳设计法，材质多种，采用国际先进的无心磨床加工技术，进行多道表面处理以及外表高频强化处理技术，外表硬而耐磨，内部韧，加粗设计有效地防止阀杆疲劳断裂和密封磨损（永不断裂）。阀杆采用高精密无心磨床、高速抛光机以及电镀专用设备，经过15道工序加工而成，严格保证材质成分、机械性能和尺寸、形位公差、镀层厚度、表面粗糙度。还被广泛用于各种气缸、油缸、活塞杆的加工。（5）活塞与缸体活塞与缸体不是硬对硬摩擦，
32、而是在他们之间加有耐磨导向带，具有耐磨减摩、刮尘、抗粘着、平稳导向、提供固体润滑之功效，实现气、液缸无油润滑。活塞采用铝合金和衬优质耐磨导向环提供润滑、防止金属活塞啃缸、摩擦力过大造成缸体密封失效，能实现无油操作。（6）弹簧与轴承A阀杆轴承采用多层复合轴承，淘汰传统的铜套。B弹簧采用抗疲劳新型模具弹簧，解决普通弹簧易疲劳断裂的问题。弹簧使阀门始终处于关闭的安全状态。（7）密封圈与耐磨带有世界级液压密封品牌：美国PARKER、日本NOK、德国MERKEL和DICHTOMATIK供选择。（8）填料函功能：自密封、自补偿、可检漏、可带压堵漏、不调整、设防分子筛粉尘刮尘圈、高弹性/低摩擦/自润滑
33、材料。（9）在线维修与无管式安装检修阀门不用拆阀门两端法兰，只需将中法兰拆卸即可对阀门进行检修。蝶阀和球阀无此优点。电磁阀和气缸之间联接无气管和接头，实现NAMUR联接。4.3.程控阀主要特点高性能液动截止阀又称程控阀或平板阀，它是气体分离（PSA法）和造气装置中应用最广泛的阀门。该阀具有以下特点：（1）阀门开关迅速，动作灵活可靠。（2）可在线维修，阀体无须从管道上拆下就可维修。（3）阀芯密封采用特种结构与材料，抗冲刷、零泄漏、长寿命。（4）阀门在频繁开关状态下保持高的密封性能。（5）油缸无冲击，开关速度可调。（6）油缸体积小，结构紧凑，运行平稳。（7）具有可在现场确认阀门行程指示；开启、关
35、路冷却器DN300/L=23341台13废热锅炉20bar/15CrMoR1台14中变后换热器23bar/15CrMoR1台15锅炉给水预热器23bar/0Cr18Ni10Ti1台16脱盐水预热器20bar/0Cr18Ni10Ti1台17水冷器20bar/0Cr18Ni10Ti1台18原料气缓冲罐20bar/Q345R1台19燃料气缓冲罐20bar/Q345R1台20除氧器1台21汽包23bar/Q345R22变换气分离器20bar/0Cr18Ni91台23排污罐常压/Q235A1台24蒸汽分离器23bar/Q345R1台25空气吸入管常压/Q235A1台26烟囱常压/Q235A1台2
36、7气液分离缓冲罐16bar/Q345R1台28吸附塔16bar/Q345R6台29顺放气罐6bar/Q345R1台30逆放气罐4bar/Q345R1台31解吸气罐气4bar/Q345R1台32产品氢气缓冲罐16bar/Q345R1台33阻火器Q235A3台-34原料气缓冲罐0.1MPa1台35原料气换热器0.4MPa1台36脱氧塔0.4MPa1台37原料冷却器0.4MPa2台38汽液分离器0.4MPa1台39脱碳塔0.4MPa5台40产品气缓冲罐0.4MPa1台三定型设备21台1罗茨风机2台2原液泵2台3贫液泵2台4富液泵2台5泡沫泵2台6引风机2台7空气鼓风机2台8锅炉给水泵2台9锅炉
37、水循环泵2台10原料气压缩机2台11磷酸盐加药装置1套12原料过滤器13原料压缩机14电加热器15冷干机16冷干机后过滤器17水环式真空泵四催化剂吸附剂1转化催化剂ALCA-Z111/Z1072氧化锰脱硫剂ALCA-SH-T5123氧化锌脱硫剂ALCA-T3084中变催化剂ALCA-B1135吸附剂ALGA-C0101ALGA-B0101ALGA-A0101ALGA-A03016脱氧剂ALGA-D0101五程序控制阀75台PN40DN25PN40DN32PN40DN40PN40DN50PN40DN100PN40DN150六电气控制设备1套1低压配电柜电气元件/GGD3台2防爆操作柱立式防爆11台3照明设备防爆照明灯具，节能灯，dIICT420台4检修电源箱dIICT41台5照明控制箱dIICT41台6电气安装材料穿线管/电缆/气管等(30m)1批七色谱及氧分仪1色谱及工作站色谱+数据PC+软件+标气1套2烟气氧分仪西安