天然氣制氫項(xiàng)目建議書

安徽豐原集團(tuán)1500Nm3/h自然氣轉(zhuǎn)化制氫裝置工程建議書編號(hào):FU-2023-1112聲明：未經(jīng)我公司許可，請(qǐng)不得將本文件復(fù)制或轉(zhuǎn)交給第三方一、總論裝置名稱及建設(shè)地點(diǎn)裝置名稱：1500Nm3/h建設(shè)地點(diǎn)：安徽裝置力量和年操作時(shí)間裝置力量：H：1500Nm3/h；2純度:≧99.99(V/V)壓力≧2.0MPa(待定)：≧8000h操作范圍:40%-110%原料自然氣(參考條件,請(qǐng)依據(jù)實(shí)際組分修改完善):序號(hào)1名稱組成單位數(shù)量備注C1甲烷mol%0.95C2乙烷mol%0.032C3丙烷mol%0.0038IC4異丁烷mol%0.0012NC4正丁烷IC5異戊烷mol%mol%0.01NC5正戊烷mol%0.00C6已烷mol%0.00N2氮?dú)鈓ol%0.013CO2二氧化碳mol%0.00水露點(diǎn)℃/1.4產(chǎn)品氫氣產(chǎn)品序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1純度mol%99.992流量Nm3/h15003溫度℃<404壓力MPa≧2.0待定公用工程規(guī)格脫鹽水溫度：常溫壓力：0.05MPa(G)水質(zhì)：電導(dǎo)率≤5μS/cm溶解O2≤2mg/kg≤0.1mg/kg硅酸鹽(以SiO2計(jì))≤0.2mg/kgFe≤0.1mg/kg循環(huán)冷卻水供水溫度：≤28℃回水溫度：≤40℃供水壓力：≥0.40MPa回水壓力：≥0.25MPa氯離子≤25mg/kg電溝通電：相數(shù)/電壓等級(jí)/頻率3PH/380V/50Hz溝通電：相數(shù)/電壓等級(jí)/頻率1PH/220V/50HzUPS溝通電：相數(shù)/電壓等級(jí)/頻率1PH/220V/50Hz儀表空氣壓力： 0.7MPa～1.8滅火～1.8滅火3氫氣H≥99.5%鋼瓶瓶5開車時(shí)用露點(diǎn)： -55℃含塵量：<1mg/m3，含塵顆粒直徑小于3μm。含油量：油份含量掌握在1ppm以下氮?dú)鈮毫Γ?0.6MPa溫度： 40℃需求量：在裝置建成初次置換使用，總量約為5000Nm3正常生產(chǎn)時(shí)不用公用工程及原材料消耗序號(hào)一工程原材料規(guī)格單位數(shù)量備注1自然氣見自然氣組成表Nm3/h～0.45單耗0.42~0.453二脫鹽水公用工程t/h～1.5局部自身回用1電裝機(jī)用量380V，220VKw～220含照明外輸過熱蒸汽開工蒸汽t/ht/h～0.3連續(xù)除氧，汽提，2424氮?dú)釴≥99.8%O≤0.2%P≥20.3MPa2Nm3/hN≥99.5%O≤0.5%鋼瓶2 2T≤33.5℃6冷卻循環(huán)水P≥0.3MPat/h～1500系統(tǒng)置換～1000循環(huán)升溫～1507儀表空氣符合GB4830-840.6MPaP:～Nm3/h～60脫鹽水脫鹽水余熱回收副產(chǎn)蒸汽解吸氣作燃料自然氣壓縮脫硫轉(zhuǎn)化變換PSA氫提純氫氣補(bǔ)充燃料自然氣占地面積主裝置占地：約50×40=2023m2(不包括公用工程及生活設(shè)施等)二、工藝方案工藝流程簡(jiǎn)述根本的工藝流程框圖如下：注:原料自然氣壓力到達(dá)1.7Mpa以上,則不需要配置自然氣壓縮機(jī)。自然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來自管網(wǎng)溫度常溫自然氣，燃燒用氣局部去轉(zhuǎn)化爐燃燒器作燃料使用，大局部經(jīng)增壓至1.7-2.7MPa(g)左右與循環(huán)氫混合后進(jìn)入原料氣緩沖罐。原料氣再經(jīng)流量調(diào)整后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器對(duì)流段加熱后進(jìn)入鈷鉬加氫催化劑/氧化鋅硫槽，使原料氣中的硫脫至0.1ppm以下。脫硫后的原料氣與工藝蒸汽按肯定比例混合，進(jìn)入混合氣過熱器，進(jìn)一步預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化管，在催化劑床層中，甲烷與水蒸汽反響生成H、CO和2CO2入廢熱鍋爐轉(zhuǎn)化氣側(cè)盤管產(chǎn)生工藝蒸汽。350℃CO蒸汽變換為CO2

和H，變換氣進(jìn)入變換后換熱器，與鍋爐給水換熱，再依次進(jìn)入2MDEA脫碳再沸氣、脫鹽水預(yù)熱器和循環(huán)冷卻水，逐步回收熱量最終冷卻到 40℃以下，再經(jīng)氣液分別器分液后進(jìn)入脫碳工序。工藝?yán)淠哼M(jìn)入酸性水氣體塔氣體，氣相與工藝蒸汽進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐、液相作為鍋爐補(bǔ)水，無排放，環(huán)保節(jié)能。脫碳工序:(雙方爭(zhēng)論后才能工藝確定)?；瘜W(xué)凈化法即MDEA脫碳和變壓吸附〔PSA〕脫碳。一般需要回收提純食品級(jí)PSAPSAPSA由脫碳塔來粗氫氣進(jìn)入變壓吸附提氫系統(tǒng)，氣體承受8-2-5vPSA工藝，即提純，544PSA工藝設(shè)計(jì)要求是;連續(xù)的、穩(wěn)定和提高氫氣收率。承受“均壓”“順放”尾氣回收變壓吸附過程排出的解吸氣(已脫碳)通過2較為穩(wěn)定的壓力下，供給應(yīng)轉(zhuǎn)化爐作燃料。余熱回收增加了原料預(yù)熱溫度調(diào)整的敏捷性，節(jié)約了投資.脫硫工段0.1PPm，氯小于0.5PPm。為了防止將自然氣中硫含量降到最低。蒸汽轉(zhuǎn)化工藝條件的選擇自然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反響操作條件的選擇是影響制氫裝置經(jīng)濟(jì)性的重要因素轉(zhuǎn)化溫度蒸汽轉(zhuǎn)化反響過程是受熱力學(xué)限制的，為滿足高溫轉(zhuǎn)化反響的工藝要求，提高降低原料消耗。選用一種種性能優(yōu)良的型耐高溫爐管。轉(zhuǎn)化壓力轉(zhuǎn)化壓力選擇為1.7-2.8Mpa(G)左右。由于轉(zhuǎn)化壓力較低，盡管設(shè)備壁厚降低，但設(shè)備直徑加大，投資不肯定降低，尤其是轉(zhuǎn)化爐和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的投資和中壓方案相比，根本不變；在低壓操作條件下，中變氣的露點(diǎn)降低，使得中變氣的低溫位潛熱無法有效利用，降低了中壓蒸汽產(chǎn)量，增加了冷卻中變氣的水電消耗；在低壓操作條件下，則氫氣回收率降低，造成原料耗量增加。高壓力過高，增加裝置投資本錢外也加大了系統(tǒng)的安全隱患罐在較高壓力下供氫，可以很好保證下游用氫的穩(wěn)定性，對(duì)負(fù)荷變動(dòng)的調(diào)整也格外有利。一氧化碳變工段承受一段中變流程(假設(shè)建設(shè)方同時(shí)需要CO，則不需要中變工段，增加從CO回收系統(tǒng))置設(shè)計(jì)中，均承受一氧化碳變換工藝。CO變換反響為放熱反響，低溫對(duì)變換平衡有利，可得到較高的CO變換率，進(jìn)而可提高單位原料的產(chǎn)氫量，由轉(zhuǎn)化局部來的約340-360℃的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入中溫變換反響器，在催化劑的作用下發(fā)生變換反響：CO+H2O=CO2+H2 △Ho298=-41.4KJ/molCO含量降至2％左右，同時(shí)連續(xù)生產(chǎn)氫氣。中變氣經(jīng)過鍋爐給水預(yù)熱器、脫鹽水預(yù)熱器進(jìn)展熱交換回收局部余熱后，再經(jīng)中變氣水冷器冷凝除去水分，經(jīng)分水后進(jìn)入PSA生產(chǎn)局部。工藝?yán)淠旱幕厥绽煤筮M(jìn)入除氧器裝置。除氧器所需的蒸汽由裝置自產(chǎn)水蒸氣供給。除氧水經(jīng)過中壓鍋爐給水泵升壓后經(jīng)過鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入汽包。產(chǎn)生蒸汽。所產(chǎn)生的蒸汽一局部作為工藝蒸汽使用；多余局部減壓作為除氧器除氧用、外輸出裝置。優(yōu)化余熱回收和PSA解析氣利用自然氣一起燃燒放出熱量，依據(jù)轉(zhuǎn)化爐出口氣體溫度的凹凸調(diào)整燃料自然氣的流度。主要設(shè)備選擇轉(zhuǎn)化爐選擇點(diǎn):有利于延長(zhǎng)爐管的使用壽命著直接的關(guān)系：使用溫度越高、其使用壽命呈指數(shù)關(guān)系下降?！布礌t管的傳熱量相等〕和出口溫度，那么圓筒爐爐管迎火側(cè)壁溫肯定大于方箱爐。制氫轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化管工況已經(jīng)格外惡劣，其金屬壁溫已高達(dá)950度左右,所選用的hp-nb材料設(shè)計(jì)使用壽命為10萬小時(shí)，而壁溫較高的圓筒爐爐管壽命必定會(huì)縮短。同時(shí),由于圓筒爐為單面輻射、單面反射，徑向溫差較大，也簡(jiǎn)潔使?fàn)t管變形。方箱爐由于熱場(chǎng)分布均勻，爐管徑向溫差小，不易變形、使用壽命長(zhǎng)。有利于裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行由圖可以看出，圓筒爐只有一個(gè)燃燒器,一旦熄火就必需緊急停爐，然后吹掃后維持爐溫在800度以上,熄火機(jī)率格外小，即使某個(gè)燃燒器熄火，由于爐內(nèi)仍有其它明火持續(xù)引燃,所以不需要停爐,只需關(guān)閉熄火的燃燒器數(shù)分鐘后重點(diǎn)燃即可，這個(gè)過程不會(huì)導(dǎo)致氫氣停頓供給。故障時(shí)，有利于裝置快速恢復(fù)生產(chǎn)假設(shè)由于意外緣由導(dǎo)致某根爐管變形、或者產(chǎn)生熱斑甚至裂開，對(duì)于方箱爐來講,只需承受蒸汽降溫置換、并在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下將該管上下豬尾管切斷、堵焊，就可重升溫恢復(fù)生產(chǎn)〔對(duì)應(yīng)燃燒器適當(dāng)關(guān)小燃料氣〕,損壞的爐管大修時(shí)再更換管，整個(gè)過程可以在4~8小時(shí)內(nèi)完成。由于方形爐依據(jù)矩陣式布置，因而爐內(nèi)熱場(chǎng)格外簡(jiǎn)潔調(diào)整。圓筒爐為環(huán)形布置爐管、燃燒器呈星形放射式輻射傳熱，一旦某根爐管不吸熱沒有方法定向調(diào)整某個(gè)區(qū)域的熱量輸出。方箱爐有利削減Nox排放量方箱式轉(zhuǎn)化爐燒嘴由多個(gè)燃燒器組成，且承受套管式燃燒器，降低了火焰最高溫度；圓桶爐只有中心一個(gè)高強(qiáng)度燃燒器,在總輸出功率一樣條件下，中心火焰溫度大于方箱爐，因而Nox排放量也大于方形爐。小時(shí)均可。1〕依據(jù)轉(zhuǎn)化反響需要，最大傳熱量位于工藝溫度較低的管子進(jìn)口處，其平均熱通量是爐管平均熱通量的兩倍。在頂燒爐內(nèi)，由于火焰向下，爐子上部釋放大量熱，而此處工藝氣體反響猛烈，吸熱強(qiáng)度大，使?fàn)t管壁溫維持較低水平，爐子下部已沒有燃燒放熱，而此處工藝介質(zhì)吸熱反響根本完成，主要以CO重整放熱反響為主。因此爐管外表溫度沿軸向分布均勻，使轉(zhuǎn)化爐管的耐高溫性能得以充分發(fā)揮，延長(zhǎng)爐管壽命。輻射效率高，燃料消耗少一面輻射、一面反射效率高。同時(shí)，在頂燒爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物來自輻射室頂部的混合物在輻射室的底部，隨著燃燒物的向上通過燃燒室，燃燒物冷卻下來引起逆向混定性然循環(huán)方式，避開立式煙道的煙氣廢鍋需要增設(shè)強(qiáng)制循環(huán)熱水泵，或建筑更高的汽包安裝框架。燒充分、防止氫氣尾燒、降低燃料消耗，另一方面降低了引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度，使風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的壽命更長(zhǎng)。方面有利于裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)調(diào)整對(duì)流段盤管組溫度，已滿足工藝要求。關(guān)鍵設(shè)備廢熱鍋爐特點(diǎn)高溫端管箱接口處斷裂的故障發(fā)生。吸附塔吸附塔是凈化局部的核心設(shè)備之一，設(shè)計(jì)使用壽命10年，循環(huán)次數(shù)達(dá)40萬次，工作壓力0~3.0Mpa〔G〕。該塔材料為16MnR，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能，并且可以在交變載荷的作用中工作，整個(gè)容器空間全裝滿吸附劑,上下封頭開孔處為折邊構(gòu)造削減應(yīng)力集中。專用程控閥由于PSA自身工藝流程的特點(diǎn)，對(duì)程控閥有以下要求：，2～68000要開閉近二十萬次。2～3⑶能用于有毒，易燃易爆場(chǎng)合。⑷能抵抗高速氣流和少量粉塵〔吸附劑〕沖刷。⑸有良好的耐溫特性〔TSA〕。本工程承受亞連公司自己生產(chǎn)的高性能程控閥，已在幾百個(gè)工程工程中運(yùn)用，是裝置平穩(wěn)運(yùn)行的有效保證。工藝設(shè)備一覽表(技術(shù)溝通后具體供給)報(bào)建用設(shè)備有:序號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)介質(zhì)材質(zhì)一反響器類1脫硫反響器2原料氣15CrMoR序設(shè)備名稱臺(tái)介質(zhì)材質(zhì)號(hào)數(shù)2中溫變換反響器1轉(zhuǎn)化氣15CrMoR小計(jì)4二塔類1汽提塔1工藝?yán)淠篛Cr18Ni9三冷換設(shè)備類1轉(zhuǎn)化廢熱鍋爐1轉(zhuǎn)化氣15CrMo+水、蒸汽16MnR，2中變廢鍋1中變氣水、蒸汽Ocr18Ni916MnR34鍋爐給水預(yù)熱器脫鹽水預(yù)熱器11中變氣水、蒸汽中變氣Ocr18Ni916MnROcr18Ni95中變氣水冷卻器1水中變氣20ROcr18Ni9水20R小 計(jì)5四容器類1原料氣緩沖罐1自然氣20R2汽包1汽、水20R3中變氣分水罐Ⅰ1中變氣、水OCr18Ni94中變氣分水罐Ⅱ1中變氣、水OCr18Ni95脫氧器及水箱1汽、水Q235-A6加藥溶解槽1NaPO3 4Q235-A.F7連續(xù)排污擴(kuò)容器1汽、水Q235-A小計(jì)7五加熱爐類1轉(zhuǎn)化爐包括輻射段、對(duì)流段、煙囪〔1〕轉(zhuǎn)化管9材質(zhì)25Cr35Ni(2)煙道廢鍋115CrMoR序號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)介質(zhì)材質(zhì)(3)空氣預(yù)熱器1C.S〔4〕原料氣預(yù)熱器1S.S〔5〕自然氣蒸氣預(yù)熱器1S.S〔6〕引風(fēng)機(jī)2C.S〔7〕鼓風(fēng)機(jī)1C.S〔8〕煙囪1C.S六小計(jì)機(jī)械設(shè)備類1自然氣壓縮機(jī)2自然氣C.S2鍋爐給水泵2鍋爐水C.S3加藥泵2磷酸鹽溶液316S.S小計(jì)6序號(hào)臺(tái)數(shù)介質(zhì)材質(zhì)序號(hào)臺(tái)數(shù)介質(zhì)材質(zhì)1234吸附塔6中變氣16MnR解吸氣緩沖罐1解析氣16MnR逆放緩沖罐1解析氣16MnR氫氣緩沖罐1氫氣16MnR小計(jì)9自動(dòng)掌握系統(tǒng)(技術(shù)溝通后確定)DCSPIC)集散掌握系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。本工程將吸取國(guó)內(nèi)化DCSPIC)自動(dòng)掌握。DCSPIC)具有通訊功能，并有OPC接口，以適應(yīng)工藝對(duì)掌握的高要求，確保裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期的運(yùn)行，生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。各生產(chǎn)裝置工藝操作所DCSCRT算機(jī)儲(chǔ)存器長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并可隨時(shí)提取。1〕挨次掌握簡(jiǎn)單掌握。并且對(duì)于多種切塔和恢復(fù)的掌握，能實(shí)現(xiàn)多種不同的掌握程序。2〕自適應(yīng)調(diào)整關(guān)信號(hào)啟動(dòng)，然后進(jìn)入自適應(yīng)隨動(dòng)掌握，最終由挨次開關(guān)信號(hào)關(guān)斷或開啟。變壓吸附工況的穩(wěn)定和優(yōu)化。參數(shù)優(yōu)化掌握收率，獲得最正確的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。聯(lián)鎖掌握5)動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控真空泵等各種動(dòng)力設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控，動(dòng)力設(shè)備故障的報(bào)警和動(dòng)作聯(lián)鎖。治理功能故狀態(tài)和各種操作記錄及打印報(bào)表。主要功能：總貌圖〔多幅〕報(bào)警畫面參數(shù)設(shè)定參數(shù)優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控〔壓力、流量、溫度、液位、純度等〕〔壓力、流量、溫度、液位、純度等〕打印故障記錄打印故障診斷功能此掌握系統(tǒng)可依據(jù)壓力、閥位檢測(cè)、產(chǎn)品純度、溫度、流量等參數(shù)對(duì)工藝或設(shè)備故障進(jìn)展自動(dòng)診斷、報(bào)警和聯(lián)鎖處理。同時(shí)對(duì)掌握系統(tǒng)自身的主要故障：如 故障、通訊故障也可進(jìn)展自診斷，并提出故障警告和安全處理。關(guān)鍵回路掌握軟件及特點(diǎn)1)賣方供給的制氫裝置“專家系統(tǒng)掌握軟件”可依據(jù)原料氣流量的變化以及轉(zhuǎn)化氣出口CH4的含量自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整蒸汽參加量，使轉(zhuǎn)化爐在最經(jīng)濟(jì)的水碳比條件下運(yùn)行，降低裝置的自然氣消耗。保轉(zhuǎn)化爐不超溫，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)化爐管壽命，又可以保證自然氣的轉(zhuǎn)化效率。賣方供給的制氫裝置“專家系統(tǒng)掌握軟件”可依據(jù)轉(zhuǎn)化爐煙氣中的剩余氧含削減空氣帶走的熱量，進(jìn)一步到達(dá)節(jié)能降耗的目的。PSA自適應(yīng)隨動(dòng)調(diào)整軟件PSA單元的各吸附塔除在吸附狀態(tài)外，都處在某種降壓和升PSA單元運(yùn)行質(zhì)量包括吸附劑壽命長(zhǎng)短的一個(gè)關(guān)鍵，本裝置方案中以壓力為掌握量，通過掌握吸附壓力均勻上升和下降，到達(dá)穩(wěn)定掌握氣體量的目的。依據(jù)上述要求開發(fā)的變壓吸附自適應(yīng)掌握軟件，可依據(jù)變化中的工藝條件進(jìn)展預(yù)估,隨工藝狀況的轉(zhuǎn)變，自動(dòng)生成掌握操作曲線，按此曲線自動(dòng)掌握變壓吸附裝置的升壓和降壓過程，可最大限度地